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国内扇出型面板级封装FOPLP产业化进程
  2020-05-20      42

近期,Manz亚智科技向广东佛智芯微电子技术研究有限公司交付大板级扇出型封装解决方案,推进国内首个大板级扇出型封装示范线建设,标志着国内FOPLP产业化发展又上了一个新台阶。近日PCB007的编辑Tulip Gu线上采访了Manz亚智科技股份有限公司资深销售处长简伟铨广东佛智芯微电子技术研究公司林挺宇博士


5G、云端、人工智能等技术的深入发展,使其广泛应用于移动装置、车载、医疗等行业,并已成为全球科技巨擘下一阶段的重点发展方向。而在此过程中,体积小、运算及效能更强大的芯片成为新的发展趋势和市场需求。然而,为满足终端消费性电子产品提升电子装置效能的要求,半导体封装产业已面临技术瓶颈,即无法在微缩芯片的尺寸下,容纳不断增加所需的I/O数量。因此,不论是系统级封装(SiP)和未来更先进的封装技术,芯片封装正在朝将更多芯片整合于单一封装结构、实现异质多芯片整合的方向发展,以此达到多芯片封装、体积缩小且效能同时大幅提升的目标。


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 表1 扇出型封装技术开发目的


而作为异质整合封装的新兴技术,扇出型封装技术发展至板级,因能以更大面积进行生产,达到既可以进一步降低生产成本又能满足市场端对芯片效能的需求的目的,正成为先进封装技术中能够提供异质整合同时又能降低生产成本的最有潜力的技术平台。


扇出型封装技术有三大特点,包括:


  • 体积更小:不需封装基板,可达到薄型化封装的需求;透过扇出型封装,可将不同的芯片整合成单一的二维封装体,达到体积薄型化的 SiP (System in Package)封装技术,进化了原本需要直通硅晶穿孔(TSV)将数颗芯片做垂直叠加封装。

  • 效能更强:在相同的芯片尺寸下,可以做到范围更广、层数更多的重分布层(Redistribution Layer, RDL),基于这样的变化,芯片的引脚数 I/O 也就变得更多; 各种不同功能的芯片透过RDL联结的方式,整合在单一封装体中,其功能性将更加强大。

  • 成本较低:采用此技术下所生产的封装体,能够大幅缩短繁复的制程,并减少材料,生产成本得以有效降低,达到低成本化的优点。

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图1:扇出型封装示意图(来源:Manz)


扇出型封装技术作为下一阶段的新兴技术,期望借助更大面积的生产来进一步降低生产成本,技术重点在于载具由晶圆转向方型载具,如玻璃面板或 PCB 板等,如此一来可大幅提升面积使用率及产能。而扇出型封装技术又分为扇出型晶圆级封装(Fan-Out Wafer Level Packaging, FOWLP)和扇出型面板级封装 (Fan-Out Panel Level Packaging, FOPLP)。两者虽技术路线及应用不同,但皆可让最终产品达到更轻薄的外型。但值得注意的是FOPLP成本相对较FOWLP便宜,因此成为近年最受关注的先进封装技术。根据Yole的报告,板级扇出型封装未来全球5年的年复合成长率可高达30%,2024年全球产值预期可达4.57亿美元。

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图2 同质、异质多芯片整合(来源:Manz)


之所以FOPLP相对较FOWLP有更高的生产效益及成本竞争力,是因为扇出型持续朝多芯片大封装尺寸迈进,而扇出型晶圆级制程面积使用率较低(晶圆面积使用率<85%,面板制程面积使用率>95%),在加速生产周期及降低成本考虑下,封装技术开发方向已由FOWLP转向可在比300毫米晶圆更大面积的面板(方形面积的载具)上进行的FOPLP。目前分为两大技术,一是采用FPD制程设备为基础;二是采用PCB载板制程为基础。

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图3 封装技术的推进,有效降低封装厚度、大幅提升电子产品效能,降低材料成本 (来源:MANZ)


随着产品设计尺寸缩小,因为设置的元器件数量减少使在电路板上的占用面积更小,从料件数量、机构尺寸、电路板用量上都可获得节省而得到更优化的成本架构。另一方面,电路板省下来的空间,可给其他的电子元器件使用。正因如此,FOPLP 技术不只能为终端产品带来更高效能,同时也能带来更高性价比。


这促使了技术开发已有相当基础的半导体厂、PCB 载板及面板厂积极布局,提供整合性商业模式。就以前段半导体产业而言,向下游整合,能提供整颗芯片封装完成,为有利的商业模式。对后段封装厂而言,可利用既有的经验,快速切入FOPLP技术,在半导体产业链地位也显著提升。前、后段半导体产业投入的最终目的皆是找寻具有竞争力的生产成本、提升产品的竞争力。与此同时,芯片、封装与PCB的同步设计及同步研发越来越重要,对于PCB制造商而言,发展FOPLP可透过制程知识及设备升级、改造得以快速跨入先进封装技术市场。以面板厂而言,老旧的3.5代面板厂,由于生产经济效益低落,藉由设备改造、升级加上原有的制程经验也可快速投入先进封装FOPLP的RDL制程段。


在此大环境背景下,身为世界领先的湿制程设备商之一——Manz亚智科技,以逾30年丰富的业界经验及超过8,000台的湿制程设备总销售佳绩,掌握关键黄光制程、电镀等设备,推出FOPLP湿制程解决方案,并通过集团内部技术高度集成,亦可提供激光、精密涂布及自动化技术,提供专业且全面的设备及技术软、硬件集成。


近日,Manz已交付国内首个大板级扇出型封装解决方案,而对象是广东佛智芯微电子技术研究有限公司。据了解,佛智芯是广东省半导体智能装备和系统集成创新中心承载单位,由广东省及其地方政府、国内半导体装备龙头企业、科研院所等共同出资建设,在产学研领域拥有雄厚实力。两家合作意义重大,其重点目标是发展板级扇出型封装共性技术研发中心和建立产业化平台。而于近期建立的大板级扇出型封装示范工艺线,是该目标的重要里程碑之一,奠定了国内板级扇出型封装产业链在制造、设备、材料的成长。


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图4 板级扇出封装的现状与优势( 来源:广东佛智芯)


佛智芯公司林挺宇博士对此次交付的评价是:Manz此次交付给佛智芯的装备线,以坚实的设备能力,为其工艺开发中心导入黄光制程设备,完善了佛智芯在公共服务平台中至关重要的设备验证环节,不同的客户可依据其制程及材料在装备线得到产前打样验证,以此推动封装领域中制造成本相对较低的板级扇出型封装产业化解决方案。”


谈道佛智芯如何进一步打造板级扇出封装共性技术研究中心和产业化平台的目标时,林博士表示:“佛智芯具备学、研、产的整合功能,拥有全方位的技术服务,力求实现示范工艺成果产业化落地,助力国内板级扇出封装产业做大做强,这意味着Manz与佛智芯将共同为想要投入FOPLP开发的制造商进行先导计划的可行性评估、试验、专利、技术输出到量产前的测试。同时,佛智芯推出的公共服务平台运营模式,提供FOPLP样品设计开发平台、工艺开平台、可靠性验证平台、设备及材料验证平台,以及专业校企人才培训平台,以此形成国内板级扇出封装产业的终端、制造、设备、材料等健康产业链。”


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图5:佛智芯建立大板级扇出共性研究示范生产线


Manz亚智科技股份有限公司资深销售处长简伟铨在谈道FOPLP技术应用时表示:“FOPLP技术重点之一在于异质多芯片整合,而其中RDL是实现该技术的重要环节,Manz在此方面拥有独特的技术优势,包括一是首创了无治具垂直电镀线,具备优异的电镀均匀性(>90%)及填孔能力(孔径小于20μm),因其不需要治具,减少生产成本;二是能适用于FR4铜箔基板、钢板及玻璃基板等不同基板,尤其是玻璃基板的应用,可让计划跨入先进封装领域的显示器面板制造商,补足其对于在线性电镀的工艺经验;三是铜蚀刻线具有化学药液和工艺的最佳结合,可确保完全去除铜种子层并有选择性地进行铜蚀刻,铜蚀刻均匀性达93%;四是具备软硬件整合能力,可提供传输设备及CIM系统(计算机制程整合),为进一步走向工业4.0奠定基础。”


当被问及如何看待此次交付对于FOPLP产业化落地的意义时,简处长表示:“凭借30年的丰富行业经验,Manz认识到FOPLP技术的优势已成为业界不容忽视的重点。而Manz的装备及制程稳定性高,可提供量产前打样,使客户降低量产前的材料、制程、设备整合及验证投资,避免了量产前风险。同时Manz也可与制造商共同发展,配合不同产业、不同客户提供解决方案,如PCB 载板制造商、半导体封装厂、显示面板制造商等,可利用现有设备同时加上电镀线进行优化。此次与佛智芯的合作无疑是推进FOPLP向下一阶段发展的最好方式。”


关于广东佛智芯微电子技术研究有限公司

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广东佛智芯微电子技术研究有限公司是广东工业大学省部共建精密电子制造技术与装备国家重点实验室、广东省半导体智能装备和系统集成创新中心的产业化承载单位,由广东省及其地方政府、国内半导体装备龙头企业、科研院所等共同出资建设。公司重点针对半导体智能装备创新发展的重大需求,开展先进封装工艺研究,联合国内外半导体装备龙头企业、高校及科研院所开展技术攻关,引进了刘建影2位院士及林挺宇、崔成强等6位国家千人计划专家公司以先进封装技术产业化为核心,建设以国产装备、材料为核心的大板级扇出型封装工艺线,为三维异构集成封装技术的研究及产业化提供有力支撑。同时,搭建共享服务平台,面向全国高校、科研机构、行业企业等,建立半导体设备研发升级服务中心、工艺及材料验证服务中心、半导体应用人才培养中心等,加快我国半导体封装及装备技术突破,推进我国半导体封装装备产业实现跨越式发展,达到国际先进水平。

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关于Manz集团

Manz集团成立于1987年, 是全球高科技设备制造者,业务范围涵盖太阳能、电子、能源储存、代工及客户服务。

凭借多年在自动化、激光工艺、视觉与测量、湿化学及卷对卷技术的专业知识,Manz集团在太阳能、电子装置及零部件、锂电池技术领域提供创新的生产设备解决方案。我们不仅按需求提供定制化的生产设备同时也提供标准的单机设备和模块化的工作站,可以与客户端设备无缝衔接形成独立的生产系统。我们与客户的合作非常紧密,在项目初始阶段Manz就参与其中,正因为如此,Manz能提供高质量、以需求为导向的解决方案,为客户的成功做出重大贡献。

Manz集团于2006年在德国公开上市,在德国、斯洛伐克、匈牙利、意大利、中国大陆及台湾地区进行开发和生产,在美国和印度设有业务销售和服务分支机构。Manz AG在全球约有1,600名员工,其中一半以上员工来自亚洲这个集团内目标市场的重要区域。  Manz集团在2018财年总营收达到2.97亿欧元。



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