應(yīng)對晶圓級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)移到后端晶圓級封裝工藝。這是由于結(jié)合了高可靠性應(yīng)用（例如自動駕駛汽車，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。對于更高密度的扇出晶圓級封裝（FOWLP），2.5D和3D集成技術(shù)，正確準(zhǔn)備晶圓表面以及整個工藝流程中不斷進(jìn)行的清潔步驟會極大地影響芯片封裝所針對的設(shè)備的可靠性。下面我們通過幾個問題來討論這些問題。

2. 訪談記錄

1）您認(rèn)為高級包裝領(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：

在這段時間內(nèi)，行業(yè)已經(jīng)看到了向晶圓級封裝（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，以應(yīng)對不斷增長的應(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)計的技術(shù)要求，同時仍可降低擁有成本。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。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。濕臺雖然價格便宜，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，因為傳統(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，靈活多變的中型全球公司和本地供應(yīng)商已經(jīng)建立了專門針對高級包裝市場的產(chǎn)品。

4）展望未來，新包裝技術(shù)對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，這會影響濕法工藝?；牟牧峡赡軙?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)也會增加。表面工藝必須能夠保持尺寸控制而不會損壞基板。例如，對于100μm的凸點(diǎn)，1μm的底切對性能的影響蕞小。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。一種方法是通過實施面板級包裝。通過增加基板尺寸，制造商擴(kuò)展了每個基板的可用管芯。從表面上看，這似乎是一個簡單的概念，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。面板的覺對面積以及面板的翹曲會進(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）面對這些挑戰(zhàn)，您對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OSAT取得更多技術(shù)進(jìn)步，以實現(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。某些器件的面板級封裝也可能獲得發(fā)展動力，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)推動供應(yīng)商提供更多的模塊化解決方案。