2142
“2022年將是先進封裝元年?！本揞^持續(xù)加碼，讓這種認知正在成為業(yè)界共識。而這片徐徐展開的廣闊藍海，帶來的不止是新的機遇，更是新的挑戰(zhàn)，而挑戰(zhàn)者遠遠不止是代工廠和封測廠。
糧草未動，設(shè)備先行。更高的連接密度、更精密的控制是先進封裝領(lǐng)先于傳統(tǒng)封裝的優(yōu)勢，也對其使用的設(shè)備提出了新的要求。由于凸塊、TSV等技術(shù)的引入，先進封裝正向前道制造工藝無限靠近，光刻機作為設(shè)備領(lǐng)域“皇冠上的明珠”，在先進封裝中，同樣扮演至關(guān)重要的作用。
在此背景下，海內(nèi)外光刻設(shè)備巨頭，均已紛紛加碼先進封裝，而中國作為目前全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移陣地，更是半導(dǎo)體封測最大產(chǎn)能國，更有領(lǐng)先的國內(nèi)光刻設(shè)備廠商作出示范。其中，芯碁微裝無掩膜直寫光刻設(shè)備WLP-8的推出，代表了國產(chǎn)光刻機進入新的征程。
先進封裝藍海已現(xiàn) 國產(chǎn)光刻機吹響前奏
芯碁微裝副總經(jīng)理曲魯杰博士表示，隨著摩爾定律走向終結(jié)，包括分辨率、功耗、傳輸速度等問題就需要用先進封裝來解決，晶圓級封裝，包括2.5D/3D封裝，其實都是為了解決芯片之間的互聯(lián)問題，并且作為更高密度的芯片，對芯片性能起到關(guān)鍵性作用。
根據(jù)市調(diào)機構(gòu)Yole預(yù)計，2018-2024年，先進封裝市場將以8%的年復(fù)合增長率增長至440億美元，超過同期整體封裝5%復(fù)合增長率，更遠高于同期傳統(tǒng)封裝2.4%的復(fù)合增長率。營收占整體封裝的比重也逐年增加，從2018年的42.1%增長到2024年的49.7%。
不過，更大的市場也帶來了全新的技術(shù)考驗，設(shè)備首先“應(yīng)考”。在Bumping pitch、RDL L/S不斷向更細尺寸發(fā)展的前提下，對設(shè)備的更小線寬處理、工藝精度等提出了更高要求，且由于操作更多是在晶圓層面上，因此也向前道制程設(shè)備靠近，光刻機的應(yīng)用即為典例。
資料顯示，在先進封裝中，光刻機主要應(yīng)用于倒裝（Flip Chip，F(xiàn)C）的凸塊制作、2.5D/3D封裝的TSV技術(shù)，與在前道制造中用于器件成型不同，在先進封裝中主要用做金屬電極接觸，另據(jù)曲魯杰介紹，先進封裝引入濕制程基本都會使用到光刻機。
VLSI預(yù)計，全球集成電路后道先進封裝設(shè)備銷售額2023年將達到20.21億美元，2018-2023年復(fù)合增長率達到4.65%，而其中光刻工藝中所需要的涂膠顯影設(shè)備同期復(fù)合增長率高達8.5%，光刻機作為光刻工藝中價值量最高的設(shè)備，其增長速度由此可見一斑。
中國作為當(dāng)前半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈轉(zhuǎn)移的新陣地，同時也手握當(dāng)前全球封測主要產(chǎn)能，對先進封裝以及其所需的光刻設(shè)備的需求之大毋庸置疑。曲魯杰博士指出，對于先進封裝光刻機來說，國內(nèi)主要有兩部分市場，一部分是存量市場，一部分是增量市場。
對于前者，主要是既有產(chǎn)線的改造，目前國內(nèi)真正量產(chǎn)的產(chǎn)線是10um-5um的階段，隨著制程的改制，光刻設(shè)備有升級換代的可能性；對于后者，主要是新建的產(chǎn)線，主要來自于國內(nèi)幾大頭部封測廠近年來在先進封裝領(lǐng)域的不斷加碼和新產(chǎn)能的投建。
需要指出的是，雖然當(dāng)前國內(nèi)先進封裝在整體封裝中的占比與國外頭部廠商相比尚有差距，但從發(fā)展勢頭來看，無論是頭部企業(yè)和其他二、三線廠商發(fā)展均相當(dāng)迅猛，同時，出于性價比考慮，更多的海外廠商選擇在中國建廠，由此也帶來了對本土光刻機的需求。
此外，一種業(yè)內(nèi)觀點認為，由于先進封裝定制化程度高，靈活性更高的本土設(shè)備商將具有優(yōu)勢，因此在國內(nèi)先進封裝市場規(guī)模迎來快速增長的同時，這一賽道也已成為國產(chǎn)光刻機的突破口。其中作為技術(shù)儲備最為深厚的頭部廠商之一，芯碁微裝此次推出WLP-8，正式吹響了號角。
直寫光刻設(shè)備優(yōu)勢凸顯 WLP-8已進入多方驗證
據(jù)介紹，WLP-8無掩膜直寫光刻設(shè)備應(yīng)用于晶圓級封裝、系統(tǒng)級封裝、板級封裝、功率器件、分立元件等先進封裝和芯片制造領(lǐng)域的量產(chǎn)型直寫光刻設(shè)備，光刻精度能夠達到最小線寬2μm，產(chǎn)能30-60片/小時，支持先進封裝及芯片制造的RDL功能，適用于中試、生產(chǎn)等量產(chǎn)線使用。
顧名思義，無掩膜直寫光刻設(shè)備與傳統(tǒng)光刻設(shè)備的最大區(qū)別就在于是否采用了掩膜版。在先進封裝領(lǐng)域，由于掩膜光刻在對準靈活性、大尺寸封裝以及自動編碼等方面存在一定的局限，泛半導(dǎo)體設(shè)備廠商近年來將激光直寫光刻技術(shù)應(yīng)用于晶圓級封裝等先進封裝領(lǐng)域。
曲魯杰博士以扇出型封裝（Fan-Out）舉例，其步驟是把晶圓切割下來后根據(jù)封裝尺寸拼在一個基板上進行重布線（RDL）、涂上封裝膠，首先在拼接的過程中會產(chǎn)生位移，使得使用掩膜版的光刻機難以精確對位，“尤其是在高精度情況下非常難做?！逼浯蝿t是封裝膠容易產(chǎn)生的翹曲問題。
Fan-Out工藝流程 圖源：日月光
?
在此基礎(chǔ)上，無掩膜直寫光刻設(shè)備無需掩膜版的優(yōu)勢就凸顯了出來，尤其是當(dāng)先進封裝向5μm及以下精度靠近時，其相較于傳統(tǒng)光刻機可以擁有更高的精度，并且可以在使用軟件偵測位移后，通過RDL，重新將裸片（die）連接起來，這樣效率和成品率都會有一定提升。
就WLP-8來說，不但具備上述無掩膜直寫光刻設(shè)備的主要優(yōu)勢，并且還具有量產(chǎn)性以及獨特的RDL功能，即偵測位置后進行RDL，運行成本低也是WLP-8的突出特點。傳統(tǒng)光源可能需要3000瓦，WLP-8至少需要幾十至上百瓦，用電量較低。
另外從應(yīng)用領(lǐng)域來看，無論是Fan-Out，還是FC所需的凸塊、2.5D/3D封裝所需的TSV工藝均可應(yīng)用，甚至在凸塊技術(shù)上，還可根據(jù)位置來控制凸塊，更有特色。某種程度上來說，傳統(tǒng)光刻機能做的WLP-8幾乎都可做到，且在使用上還更具備靈活性。
據(jù)了解，當(dāng)前，全球封測龍頭日月光的高端先進封裝產(chǎn)線已采用了無掩膜直寫光刻設(shè)備，日本直寫光刻設(shè)備巨頭也均已涉足并開啟了晶圓級封裝量產(chǎn)設(shè)備，就性能指標上來看，WLP-8最小線寬已達到2μm，與國外一線廠商相比毫不遜色，可以說達到了世界一流水平。
據(jù)曲魯杰博士介紹，WLP-8在完成研發(fā)后，于2021年下半年開始與多個客戶進行對接和驗證，其中包括代工廠和封測廠，大部分為國內(nèi)企業(yè)，“一些客戶的工藝不太一樣，客戶端的軟件也不太一樣，都在做適應(yīng)性驗證，但就本身性能上看，均能達到客戶的要求?！?/p>
曲魯杰博士認為，隨著無掩膜直寫光刻設(shè)備效率和產(chǎn)量的不斷提高，將會有更多的廠商愿意采用，未來有很大的機會與傳統(tǒng)光刻機平起平坐，甚至超越。同時，芯碁微裝還將圍繞先進封裝引線框架雙面曝光設(shè)備等更多的領(lǐng)域進行研發(fā)，在先進封裝領(lǐng)域持續(xù)發(fā)力。（校對/Stella）
