半导体制造趋势：晶圆级封装
2021-4-5 0:00:00
当今半导体制造中最热门趋势之一是晶圆级封装 (WLP)。Allied Market Research1的数据表明，到2022年，全球WLP市场规模预计将达到78亿美元，从2016年到2022年，复合年均增长率 (CAGR) 为 21.5%。从广义上讲，WLP包含不同的集成方法，例如扇入和扇出，以及从2D和2.5D到3D集成电路甚至纳米WLP的一系列封装类型。WLP还包括互连工艺，如凸块、硅通孔 (TSV) 和混合键合等。
WLP是异构集成(HI)的基石，这是半导体制造的另一个关键趋势。许多人认为，HI是在功率、性能、面积和成本(PPAC)方面延续摩尔定律的途径。HI包括晶圆级系统级封装(SiP)架构、2.5中介层、3D集成电路(IC)堆栈，以及最近的小芯片架构。
是什么推动了半导体制造中的WLP趋势？
新冠疫情告诉我们，世界比以往任何时候都更加依赖数字技术。不仅如此，人们还希望通过移动智能设备掌控自己的生活。我们使用移动设备进行交流、开展业务、购物、监测我们的健康和家庭等等。而异构集成的WLP可以将5G、人工智能(AI)、内存、电源、传感器等集成到移动设备中，因此推动了WLP需求的持续增加。与此同时，另一个行业趋势是对可持续制造的关注，以响应联合国可持续发展目标。所以，我们不仅需要支持大批量制造(HVM)解决方案，还必须保证这些解决方案的环保性和可持续性。
将前道工艺带到后道
与传统的芯片封装方法不同，在WLP中，从芯片制造到组装、检查和测试，一切都发生在晶圆级。随着设备不断缩小、技术不断进步，许多正在使用的工艺都为了适应前道晶圆工艺的开发而改变。领先的代工厂和整合元件制造商(IDM)不仅利用其专有技术，还利用传统设备与外包半导体封装和测试 (OSAT) 供应商竞争WLP业务。
在过去几十年中，半导体制造的趋势之一是新设备供应商激增。他们通过开发专门针对OSAT的WLP工艺设备为自己开辟了一个利基市场。包括用于以下用途的设备：
●. 铜凸点和再分布层(RDL)以及TSV金属化（例如阻挡层、晶种和填充）电化学电镀(ECP)
●. 晶圆凸块工艺中使用的化学机械抛光(CMP)以及扇出型晶圆级封装(FOWLP)中的RDL
●. 用于涂胶、显影和电镀以及剥离和蚀刻的湿法工艺设备
这对于使用传统节点芯片构建晶圆级封装的早期迭代非常有效，因为这些节点芯片不太需要当今WLP技术所需的精度和清洁度。此外，由于OSAT无法轻易消化前道设备成本，因此要剥离掉所有前道功能系统来增加WLP的产能。
然而，随着技术节点的不断缩小，对于前道设备能力的争论也在增加。从高纵横比硅通孔和更精细的凸块间距需求，到更紧凑的RDL线/空间尺寸和混合键合精密平面度需求，使得早期WLP设计的设备无法满足当今对更高水平精度、均匀性和污染控制的要求。总之：晶圆级工艺兼容性大大降低，也更需要具有前道处理能力的设备。但是这些工具要具有足够的价格优势，才能让OSAT在市场处于领先地位。此外，随着WLP产品获得市场份额，所有这些过程都必须适应HVM环境。
盛美上海的WLP解决方案支持可持续的HVM环境应用
盛美上海利用前道工艺解决方案方面的专业知识，以应对当今的大批量WLP挑战。此外，我们还开发了闭环系统，只需要较少的化学品，便可实现实时回收和再利用，让过程更加环保。
例如，我们使用ECP ap系统，以高电镀速率在深度超过200微米的深通孔或沟槽中电镀金属薄膜。ECP ap系统解决了传质的难题，获得了更好的凸点顶部轮廓，在保持高产能的同时提升高度均一性。与传统的ECP设备相比，ECP ap系统独特的晶圆级电场可在晶圆和芯片内提供更好的均一性，实现更高产量。
盛美上海的SFP系统适用于去除多余的铜和顶部阻挡层，同时不会产生机械应力。混合键合工艺应用，例如直接键合互连 (DBI)，需要无颗粒且表面极其平坦的晶圆。SFP是用于实现这一目标的CMP工艺的理想解决方案。此外，湿法蚀刻和干法蚀刻工艺都可集成到SFP系统中。
我们还可成套定制高端湿法晶圆处理系统，以支持先进的WLP工艺，例如铜(Cu)柱和金(Au)凸块，以及TSV、扇出和小芯片工艺。设备功能包括清洗、涂胶、显影、光刻胶(PR)去除和蚀刻。值得一提的是，盛美上海的湿法去胶系统将槽式模块和单片式去胶工艺结合在一个设备中，从而减少了该工艺所需化学药品的使用量。
这只是该系统的功能之一。如需详细了解盛美上海支持当今半导体制造趋势的全套 WLP 解决方案，请通过 www.acmrcsh.com.cn 与我们联系。
数据来源：
1. https://www.alliedmarketresearch.com/wafer-level-packaging-market
