全球板級封裝部署加速，TGV技術值得關注

2023年，受到下游需求不景氣以及地緣政治等因素影響，全球半導體產(chǎn)業(yè)陷入下滑周期，相關供應鏈面臨多重挑戰(zhàn)。

2024年，半導體產(chǎn)業(yè)鏈的各個環(huán)節(jié)都在期待一場“復蘇”，確實經(jīng)過周期性調(diào)整，消費電子、存儲、被動器件等多個領域“筑底”已基本完成，并出現(xiàn)結構性回暖跡象。

根據(jù)IDC 2024年的最新報告顯示，預測2024 年半導體市場將增長 20%，其主要驅動力來自內(nèi)存回升和全行業(yè)庫存調(diào)整解決方案。從長遠來看，由于產(chǎn)業(yè)轉向AI、計算機基礎建設、汽車、HBM 和小芯片，2029年全球半導體產(chǎn)值將接近1萬億美元。

圖 | 半導體市場預測，來源：IDC 2024，亞智科技

AI拉動算力需求,先進封裝乘勢而起

在AI、HPC產(chǎn)業(yè)發(fā)展的催化下，先進封裝乘勢而起，封裝技術從二維轉向三維，從最初的封裝元件轉向封裝系統(tǒng)。

提到先進封裝就不得不提到RDL（Redistribution Layer，重布線層），而RDL在大部分場景下的目的都是Fan Out （扇出），以實現(xiàn)更輕薄、更多的IO接口、更好的電性能。

根據(jù)Yole 2022年12月發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，全球扇出型封裝產(chǎn)值預計將在2028年達到38億美元， 2022-2028年復合年增長率為12.5%。其中，FOPLP（扇出型板級封裝）占據(jù)了整個扇出型封裝市場約5-10%的市場，并且未來幾年還將不斷增長。

圖 | 全球扇出型封裝市場規(guī)模，來源：Yole，亞智科技

雖然，在扇出型封裝技術中，F(xiàn)OWLP（扇出型晶圓級封裝）依舊是主流，但未來隨著芯片越做越大，比如英偉達最新發(fā)布的B200就有半個巴掌大，F(xiàn)OWLP小于85%的面積使用率就成了短板，單位晶圓可放置的芯片數(shù)量遠小于FOPLP。因此，在產(chǎn)品面世時間和成本的多維度考量下，芯片設計和制造企業(yè)在封裝技術的選擇上，正在逐漸由FOWLP部分轉向FOPLP。

根據(jù)Manz集團亞洲區(qū)總經(jīng)理林峻生的介紹，目前半導體OSAT（外包半導體組裝測試廠商）、IDM（集成器件制造商）、晶圓代工廠（Foundry）、PCB廠、載板廠和面板廠都在試圖從FOPLP技術中尋求機遇，并進行了相應投資。但相對來說，IDM對自己的產(chǎn)品規(guī)格是自主可控的，他可以進行快速嘗試，并得出與傳統(tǒng)封裝的產(chǎn)品單價成本對比結論，當看到可以切切實實地降低成本后，就會持續(xù)投入，一旦起量，成本優(yōu)勢相當可觀，所以IDM是是推進速度最快的。

RDL先進制程正在加速全球板級封裝部署和生產(chǎn)

前面提到RDL是扇出型封裝的核心，因此得到了業(yè)界普遍的關注。那么到底什么是重布線制程呢？

RDL重布線層是將原設計的IC線路接點位置(I/O pad)，透過晶圓級金屬布線制程和凸塊制程來改變其接點位置，使IC能應用于不同的元件模組。

圖 | 板級重布線層工藝應用示意，來源：亞智科技

而對于板級封裝來講，RDL的概念也是類似的，它的作用是改變線路I/O原有設計，增加原有設計的附加價值，加大I/O的間距，提供較大的凸塊面積，降低基板與元件間的應力，增加元件的可靠性，同時RDL還可以取代部分IC線路設計，加速IC開發(fā)進程。不過相比晶圓級封裝RDL，板級封裝RDL則是把原來在晶圓上的重布線工作放到了IC載板上。

不過值得一提的是，未來FOPLP若全面走向RDL First，需要的RDL是非常精密的，包括如何形成高膜厚均勻性且高分辨率的RDL層，銅互聯(lián)要實現(xiàn)微納或者納米級別的組織調(diào)控，采用自由取向的再布線技術等都存在較高的挑戰(zhàn)。

TGV正在重塑IC載板市場格局

伴隨著于人工智能、5G和汽車領域的需求高增長，全球IC載板市場規(guī)模正在不斷擴大。根據(jù)Preismark和Yole 2023年發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，預測2023-2027年全球IC載板市場規(guī)模年復合增長率將達到11.94%。

圖 | 全球IC載板市場規(guī)模，來源：Preismark，Yole，亞智科技

提到IC載板，就不得不提一下近期的熱點，英特爾于 2023 年 9 月 19 日宣布推出業(yè)界首款用于下一代先進封裝的玻璃基板，并計劃在2026-2030年間量產(chǎn)，被導入到需要較大封裝體積的數(shù)據(jù)中心、AI及繪圖處理等相關應用，讓以玻璃基板封裝的高運算芯片效能得以全力發(fā)揮。

這一計劃的宣布直接引爆了業(yè)界對TGV的關注。那么，什么是TGV呢？

TGV（Through Glass Via）中文譯為玻璃通孔，即穿過玻璃基板的垂直電氣互連。TGV 以高品質硼硅玻璃、石英玻璃為基材，通過種子層濺射、電鍍填充、化學機械平坦化、RDL再布線，bump工藝引出實現(xiàn)2.5D/3D互聯(lián)，因此被視為下一代先進封裝集成的關鍵技術。

對此，Manz集團亞洲區(qū)研發(fā)部協(xié)理李裕正博士表示：“與傳統(tǒng)的有機基板相比，玻璃具有獨特的性能，例如玻璃基板具備超高平坦度、更佳的電氣性能、更高散熱性和更佳的尺寸穩(wěn)定性，有望進一步提高基板互連密度。同時，TGV為昂貴的硅技術提供了一種成本更低、 電氣損耗更低的替代方案。不過，當前TGV主要是用作先進載板結構之玻璃芯，暫時還沒有成熟的工藝來用TGV替代中介層，雖然未來不是沒有可能，但還有很長的路要走?！?/p>

圖 | 玻璃芯 VS 玻璃中介層，來源：亞智科技

從市場應用機會來看，TGV將會先導入先進載板中之玻璃芯結構，以用于AI、HPC、HF RF、IPD等領域。此外，TGV的先進載板雖然具有眾多優(yōu)點，初期將部分取代IC載板市場，但在成本上暫時還是相對較高的，所以未來很長時間內(nèi)都會與傳統(tǒng)有機基板共存，市場相互補充。

FOPLP封裝發(fā)展升級，需要高效的生產(chǎn)設備

FOPLP封裝技術的發(fā)展升級，離不開RDL制程，而精密的RDL與半導體制造企業(yè)所使用的生產(chǎn)設備和工藝關聯(lián)度很大。

在2024 Semicon China展會上，我們看到Manz亞智科技（后面簡稱“亞智科技”）正在擴大RDL 研發(fā)版圖。

眾所周知，亞智科技在化學濕制程（洗凈、蝕刻、通孔工藝設備）、自動化及電鍍等生產(chǎn)設備解決方案領域已經(jīng)深耕近40年，并為全球十大載板廠及面板廠提供穩(wěn)定量產(chǎn)的有力支持。近年來，隨著半導體產(chǎn)業(yè)的茁壯成長，基于在有機材料上發(fā)展的RDL技術，以及多年在傳輸玻璃載板領域的經(jīng)驗，亞智科技又進軍半導體產(chǎn)業(yè)，在推進全球板級封裝的部署和生產(chǎn)方面貢獻不少。

對此，Manz 集團亞洲區(qū)銷售副總經(jīng)理簡偉銓表示：“Manz RDL 制程設備解決方案可無縫整合化學濕制程工藝前后制程，并確保電鍍后的基板表面均勻性最高可達95%，銅厚度超過 100 μm。 這不僅提高了芯片密度，還改善了散熱性?！?/p>

圖 | Manz 電鍍設備可依據(jù)客戶制程需求，實現(xiàn)單、雙面電鍍，加速產(chǎn)速，來源：亞智科技

具體來講，Manz RDL 制程設備解決方案具有以下特色：

• 電鍍設備并支持高達10 ASD的高電鍍電流密度，提高整體制造能力。
• 新型的垂直電鍍銅無需使用治具，透過專利的整機設計即可完成單面電鍍銅制程，可節(jié)省治具的購置與維護成本，還能實時監(jiān)控制程中的電鍍藥水成分，確保制程的穩(wěn)定與高效。
• 多分區(qū)陽極設計，提升電鍍均勻性達95 %，線寬線距最小達到5μm / 5 μm。

此外，針對高深寬比需求，Manz RDL制程設備可完整完成清洗、蝕刻、通孔以及電鍍填孔的工藝任務，搭配自動化設備，可提供整合度高的玻璃芯基材解決方案，達成大于100um的高真圓度通孔，優(yōu)化器件電力與訊號傳輸，提升芯片效能。