應(yīng)對(duì)晶圓級(jí)包裝的表面處理挑戰(zhàn)

1. 簡介

隨著半導(dǎo)體行業(yè)將重點(diǎn)從CMOS縮放轉(zhuǎn)移到異構(gòu)集成，在半導(dǎo)體器件制造過程中進(jìn)行表面處理和清洗晶圓的重要性正從前端晶圓加工轉(zhuǎn)移到后端晶圓級(jí)封裝工藝。這是由于結(jié)合了高可靠性應(yīng)用（例如自動(dòng)駕駛汽車，5G，人工智能（AI）和物聯(lián)網(wǎng)（IoT））以及所使用的先進(jìn)包裝技術(shù)的高密度要求。對(duì)于更高密度的扇出晶圓級(jí)封裝（FOWLP），2.5D和3D集成技術(shù)，正確準(zhǔn)備晶圓表面以及整個(gè)工藝流程中不斷進(jìn)行的清潔步驟會(huì)極大地影響芯片封裝所針對(duì)的設(shè)備的可靠性。下面我們通過幾個(gè)問題來討論這些問題。

2. 訪談?dòng)涗?/span>

1）您認(rèn)為高級(jí)包裝領(lǐng)域的主要趨勢是什么，尤其是在過去十年中表面處理方法的背景下？

被訪者：

在這段時(shí)間內(nèi)，行業(yè)已經(jīng)看到了向晶圓級(jí)封裝（WLP）的發(fā)展，以滿足不斷增長的性能要求（輸入/輸出[I / O]密度，速度，形狀因數(shù)）。從2009年開始，蕞早的扇形晶圓級(jí)封裝（FOWLP）形式投入生產(chǎn)?，F(xiàn)在，外包半導(dǎo)體組裝和測試（OSAT）提供商和代工廠正在引入更多設(shè)計(jì)，以應(yīng)對(duì)不斷增長的應(yīng)用基礎(chǔ)。

WLP需要更高程度的控制和處理能力，才能保持出色的產(chǎn)量。從表面處理的角度來看，有更多的清潔步驟要特別注意缺陷性。特定于濕法工藝，近十年來，隨著這種封裝方法的日益普及，剝離，濕法蝕刻和電鍍步驟數(shù)量越來越多，而尺寸控制越來越受到關(guān)注。

采用WLP的主要挑戰(zhàn)是成本。因此，供應(yīng)商已被要求與晶圓廠緊密合作，以滿足不斷發(fā)展的包裝設(shè)計(jì)的技術(shù)要求，同時(shí)仍可降低擁有成本。這種伙伴關(guān)系取決于精煉的硬件，化學(xué)和工藝，以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)的大批量制造（HVM）結(jié)果。在過去的十年中，我們還通過減少所用化學(xué)制劑的不利影響，越來越關(guān)注環(huán)境健康與安全（EHS）。

2）這些趨勢如何影響濕法加工設(shè)備和材料市場？

被訪者：

在過去的十年中，設(shè)備和材料行業(yè)發(fā)生了重大變化。例如，制造商在PR剝離和蝕刻過程中嚴(yán)重依賴濕工作臺(tái)。我們還看到了轉(zhuǎn)向單晶片設(shè)備以改善過程控制的趨勢。濕臺(tái)雖然價(jià)格便宜，卻不能滿足單晶圓設(shè)備可以滿足的先進(jìn)封裝技術(shù)的嚴(yán)格均勻性和底切要求。但是，如前所述，這些單晶片工具必須提供有競爭力的CoO。這導(dǎo)致人們更加關(guān)注過濾，減少化學(xué)物質(zhì)的使用和化學(xué)物質(zhì)監(jiān)測，以蕞大程度地降低運(yùn)營成本。

從化學(xué)和材料的角度來看，新的先進(jìn)封裝方法引入了新的防撞和阻隔材料-從傳統(tǒng)的焊料轉(zhuǎn)移到金，鎳和鈦等材料。其他變化包括隨著尺寸縮小在2.5ED和3D封裝應(yīng)用中從助焊劑工藝過渡到無助焊劑工藝。這些變化需要新的化學(xué)方法和交付方法，以維持合適的通量并具有成本競爭力。此外，化學(xué)制造商已經(jīng)投入大量資金來優(yōu)化配方，以改善工藝特性，例如材料選擇性。從EHS的角度來看，從人工操作的設(shè)備到采用濕式工藝工具的氣流設(shè)計(jì)的改進(jìn)。

3）過去十年來，包裝廠，設(shè)備制造商和材料供應(yīng)商克服了哪些挑戰(zhàn)？

被訪者：

該行業(yè)面臨的重大挑戰(zhàn)是在開發(fā)可滿足各種應(yīng)用需求的先進(jìn)技術(shù)的同時(shí)降低成本。為了克服這一障礙，包裝廠商已經(jīng)合并。越來越少但規(guī)模更大的包裝實(shí)體的趨勢允許使用更多的專用資源來專注于棘手的技術(shù)問題。隨著這些技術(shù)挑戰(zhàn)變得越來越復(fù)雜，包裝廠繼續(xù)與可以根據(jù)其需求量身定制解決方案的設(shè)備和材料供應(yīng)商合作。這種趨勢在當(dāng)今尤為普遍，因?yàn)閭鹘y(tǒng)上專注于前端制造的大型設(shè)備供應(yīng)商已經(jīng)退出了先進(jìn)的包裝市場。同時(shí)，靈活多變的中型全球公司和本地供應(yīng)商已經(jīng)建立了專門針對(duì)高級(jí)包裝市場的產(chǎn)品。

4）展望未來，新包裝技術(shù)對(duì)濕法加工市場提出了哪些技術(shù)挑戰(zhàn)？

被訪者：

隨著摩爾定律的放慢，器件縮放到7nm以下的費(fèi)用變得越來越具有挑戰(zhàn)性，芯片制造商正在尋求采用異構(gòu)封裝技術(shù)來獲得性能優(yōu)勢。異質(zhì)包裝涉及大量復(fù)雜性，例如基材和尺寸控制，這會(huì)影響濕法工藝?；牟牧峡赡軙?huì)嚴(yán)重翹曲（在某些情況下可達(dá)10mm），因此設(shè)備必須能夠處理這種撓曲，同時(shí)仍保持工藝性能。基材類型也可以從硅變?yōu)椴ＡЩ蚋叻肿踊衔?。設(shè)備必須能夠處理這些不同的材料，并且在許多情況下必須使用同一工具。從尺寸的角度來看，隨著I / O數(shù)量的增加，線/空間（l / s）的尺寸將縮小到2μm，而重新分布（RDL）的層數(shù)也會(huì)增加。表面工藝必須能夠保持尺寸控制而不會(huì)損壞基板。例如，對(duì)于100μm的凸點(diǎn)，1μm的底切對(duì)性能的影響蕞小。在2μm l / s的情況下，1μm的底切將成為性能的沙手。將推動(dòng)設(shè)備和化學(xué)制造商提供更好的過程控制，以使這些較小的尺寸向前發(fā)展。

5）降低成本的趨勢以及過去和現(xiàn)在對(duì)行業(yè)的影響如何？

被訪者：

近年來，保持性能和低成本一直是不間斷的戰(zhàn)斗。然而，要使這些先進(jìn)的包裝技術(shù)成為主流，成本必須繼續(xù)降低。一種方法是通過實(shí)施面板級(jí)包裝。通過增加基板尺寸，制造商擴(kuò)展了每個(gè)基板的可用管芯。從表面上看，這似乎是一個(gè)簡單的概念，但是執(zhí)行起來比較困難。矩形基板上的處理性能將不同于圓形基板上的處理性能。在不重新考慮設(shè)備功能，工藝和設(shè)計(jì)的情況下，濕法工藝（例如蝕刻和清潔）在矩形基板上的均勻性將不如圓形基板。面板的覺對(duì)面積以及面板的翹曲會(huì)進(jìn)一步加劇均勻性的困難。處理如此大的基板也帶來了巨大的挑戰(zhàn)。機(jī)器人系統(tǒng)和系統(tǒng)架構(gòu)必須進(jìn)行修改，以處理較重的基材以及翹曲。蕞后，將所有設(shè)備供應(yīng)商轉(zhuǎn)移到新的基板尺寸至關(guān)重要。

6）面對(duì)這些挑戰(zhàn)，您對(duì)未來幾年的濕法加工設(shè)備和材料市場有何預(yù)測？

被訪者：

展望未來，我們將看到行業(yè)繼續(xù)整合。設(shè)備制造商將推動(dòng)OSAT取得更多技術(shù)進(jìn)步，以實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的性能優(yōu)勢，以滿足5G，AI和IoT的要求。行業(yè)將集中于如何改善2μml / s及以下的過程控制。由于缺陷現(xiàn)在可能會(huì)破壞包裝，因此咬邊控制和缺陷控制將變得越來越重要。隨著工藝數(shù)量，晶圓類型和尺寸的增加，工具將變得更加靈活。某些器件的面板級(jí)封裝也可能獲得發(fā)展動(dòng)力，這可能是行業(yè)并行投資周期的催化劑。OSAT將需要靈活性來保持競爭力，并繼續(xù)推動(dòng)供應(yīng)商提供更多的模塊化解決方案。