未来将有更便宜的扇扇

封装公司继续在市场上增加扇出晶圆级封装，但客户想要更低成本的扇出产品，用于更广泛的应用，如消费类、射频和智能手机。

因此，在研发方面，该行业一段时间以来一直在开发使用面板级格式的下一代扇出，这种技术可能会降低扇出的成本。但是，要将面板级的风扇输出量产，还存在许多经济和技术挑战——没有标准，几家公司正在开发不同面板尺寸的风扇输出。

此外，今天的扇出和面板级扇出有些不同，很难将一个进程转移到另一个进程。在数年的生产中，目前的扇出技术涉及将一个圆晶圆封装成200mm或300mm晶圆尺寸。在扇出中，单独的模具嵌入在圆形晶圆的环氧材料中。然后对模具进行加工和切块，从而在扇出封装中封装芯片。

然而，在面板级扇出中，封装是在一个大的方形面板或LCD基板上处理的。例如，根据一篇论文，一块500mm x 500mm的面板可以加工的模具数量是一块300mm晶圆的4.54倍新科金朋还有鲁道夫科技公司。根据这些公司的说法，通过增加每个基板的模具数量，供应商可以看到巨大的生产力提高，并且比今天的扇出工艺成本更低。

图1:300mm晶圆上暴露的模具数量与面板上的模具数量的比较。资料来源:STATS ChipPAC, Rudolph

为了帮助将这项技术推向市场，A*STAR、ASM Pacific、Fraunhofer和ITRI分别成立了面板级的扇出研发联盟或正计划成立一个。此外，一些包装公司，如Amkor, ASE/Deca, Nepes, Powertech，三星，STATS ChipPAC和其他公司，要么正在探索这项技术，要么将其投入生产。英特尔和台积电也在探索面板级封装。

这个问题?市场上没有标准的面板尺寸，每个实体似乎都在使用不同的面板尺寸开发面板级扇出。STATS ChipPAC产品技术营销总监Seung Wook Yoon表示:"据我所知，目前有超过八家公司正在研究(面板级)扇出技术。"“对于面板尺寸，有些人正在开发500mm x 500mm。有些人使用500mm x 600mm。有些人使用的是450mm x 450mm。面板尺寸都不一样。这是一个挑战。”

图2:组织和小组规模。资料来源:公司数据/Semiconductor Engineering

图3:公司面板尺寸和交货日期。资料来源:公司数据/Semiconductor Engineering

尽管市场上明显缺乏标准，但一些公司正在向前推进，预计将在2017年底或2018年投产。但这项技术的大规模应用要到很久以后才会出现。TechSearch International总裁扬•瓦尔达曼(Jan Vardaman)表示:“驱动任何单一部件的面板的产量可能要到2019年才能实现。”

然而，其他包装公司仍在采取观望态度，这是有充分理由的。除了标准问题，建造一条面板级生产线还需要1亿至2亿美元。一家公司必须有足够的体量来确保回报，尽管目前还不清楚是否有足够的需求来证明投资的合理性。

这也给设备制造商带来了挑战。一些厂商已经开发出了面板级的封装工具，但是许多设备供应商在标准出现和市场起飞之前都不愿意在面板工具上进行大规模投资。瓦尔达曼说:“这就是许多大公司不愿开发专门用于面板的设备的原因，因为面板的尺寸没有一致性。”“如果一家设备公司要进行投资，他们会希望确定不止一家公司会购买他们的设备。”

但是，很明显，市场无法支持八个面板级的扇出供应商。其他分析师表示，市场只能容纳少数几家公司。他们补充说，市场需要一两年的时间才能理清头绪。因此，在可预见的未来，晶圆级扇出仍将是主流技术。

关于面板的案例
扇出包装市场很火爆。根据Yole Développement的数据，这一领域预计将从2014年的2.44亿美元增长到2021年的25亿美元。

苹果(Apple)、高通(Qualcomm)、恩智浦(NXP)和其他公司正在利用今天的扇出技术开发芯片。扇出技术使客户能够在单个封装中集成多个芯片，比传统封装具有更多的I/ o。它不需要中间体，因此比2.5D/3D更便宜。

图4:扇入、倒装芯片和扇出的比较。来源:Yole Développement

如今，扇出技术主要有三种类型:芯片优先/面朝下;chip-first /平;以及芯片优先，有时被称为RDL优先。

图5:先芯片vs后芯片。资料来源:TechSearch International。

然而，高通和其他公司一直表示希望使用面板级格式的低成本扇出包。瓦尔达曼说:“支持太阳能电池板的理由是为了降低成本。”“说实话，我认为只要用户能获得更低的成本，他们就不会关心格式是什么。只要能满足可靠性要求，且产量足够高，就能降低成本。”

如上所述，面板级扇出使供应商能够以更高的生产力在基板上加工更多的模具。例如，根据STATS ChipPAC和鲁道夫的数据，与300毫米圆形晶圆相比，供应商在300mm x 300mm方形面板上加工的模具数量是前者的1.64倍。两家公司表示，一块600mm x 600mm的面板在生产率达到96%或更高的情况下，可以生产6.5倍的模具。

在另一个例子中，一块300mm的晶圆可以在4.05mm x 2.6mm的模具尺寸上容纳5945个模具。相比之下，一块600mm x 600mm的面板可以处理28,350个模具。

图6:当加工600mm x 600mm面板而不是300mm直径晶圆时，可预期的生产率提高。资料来源:STATS ChipPAC, Rudolph

从这个角度来看，太阳能板是有意义的，但将这项技术投入生产是一项挑战。“有两个重要的方面需要关注。一个是材料清单设置，另一个是生产线和工具，”STATS ChipPAC的Yoon说。“优化的材料清单是翘曲控制、模移位以及良率和可靠性的最重要因素。为了控制翘曲，需要对工艺进行优化的材料清单研究。”

事实上，面板级的扇出与今天使用圆晶圆格式的扇出具有许多相同的挑战。在扇出中，圆形晶圆是通过使用环氧模具化合物形成的，它创建了一个重构晶圆。然后模具被放置在晶圆上。模具的放置精度是至关重要的。但有时，模具在加工过程中会移动，造成一种不必要的效果，称为模具移位。晶圆在流动过程中也容易翘曲。

面板级处理在更大的规模上进行，因此翘曲变得更加成问题。一般来说，目前的工艺还不成熟，很难在5-5微米以下的线/空间特征上开发面板级扇出。相比之下，今天的扇出迁移到2-2微米甚至更远。

“基于晶圆的扇出很可能继续用于先进的扇出封装，因为它具有优越的模压和沉积工艺能力，”Stephen Hiebert说KLA-Tencor．由于具有挑战性的工艺要求，例如实现最小尺寸和跨基板均匀性，具有多个器件和更高集成级别的更大扇出封装将很难迁移到面板扇出。”

更复杂的挑战是，面板级扇出有两种基本方法。第一种方法使用高密度互连(HDI) PCB基板。另一种使用基于薄膜衬底的液晶显示器。

PCB方法结合了嵌入式模具技术的优势，从扇出与低成本的PCB基础设施。“利用PCB基础设施是一个好主意，”STATS ChipPAC的Yoon说。“然而，由于衬底工艺技术的性质，产量很低。最后，即使经过10多年的开发，它的产量也非常有限。”

还有其他问题。TEL NEXX的首席技术官Arthur Keigler表示:“一块含有嵌入式模具的失败基板，无论是第一个、中间还是最后一个，都会比一块失败的HDI板成本更高。”

相比之下，LCD衬底很便宜，但该行业必须为这种方法开发几种新的工具类型。" (LCD方法提供了)制造封装所需的极少工序，" Advanced Semiconductor engineering (n半导体)高级工程总监John Hunt表示。日月光半导体)．“它能给你一个大面板的处理能力，但这就是它能给你的全部。”

显然，面板级封装存在一些差距。亨特说:“这不仅仅是加工设备的问题。“你必须将整个基础设施与一个面板流程整合在一起。”

谁在做什么?
为了帮助开发基础设施，有两种类型的实体致力于面板级的扇出商业公司和研发联盟。一些公司属于一个或多个研发集团。其他人则是单干。

例如，在研发方面，德国的夫琅和费(Fraunhofer)去年成立了所谓的面板级封装联盟(Panel-Level Packaging Consortium)。英特尔，Amkor/Nanium, Suss, unicicron和其他公司都是该集团的一部分。

这个小组正在开发面板级封装的关键构件。夫琅和费还使用610mm x 456mm的格式组装了一条面板级加工线。目标是开发5-5μm的30mm x 30mm封装尺寸。

图7:夫琅和费面板级线。弗劳恩霍夫来源

与此同时，香港的ASM Pacific去年也启动了一项单独的研发工作，称为扇出晶圆/面板级封装(FOW/PLP)联盟。陶氏、华为、Indium、JCET/JCAP和优芯科技都是这个小组的成员，该小组正在开发基于两种面板尺寸(340mm x 340mm和508mm x 508mm)的芯片优先技术。

同样在去年，台湾的工研院启动了一个基于Gen 2.5技术的面板级扇出项目，该技术为400mm x 500mm。“我们的项目还处于早期阶段，计划在三年内完成，重点是为面板扇出包装应用提供一种解决方案，”国际工研所显示技术中心的Huey-Huey Lo说。“重点是通过研究所需的设备，并基于我们现有的用于柔性AMOLED开发的Gen 2.5生产线建立相关技术，例如涂层、薄/厚膜工艺、光刻图版和脱粘，来强调RDL工艺。”

新加坡微电子研究所(IME)高级产业发展经理Vempati Srinivasa Rao表示，作为A*STAR的一部分，新加坡微电子研究所(IME)不愿被甩在后面，正计划推出一个基于第3代技术的面板级扇出联盟，该技术为550mm x 650mm。

图8:联合体成员。资料来源:公司报告/半导体工程

如果这还不够，几家包装公司正在开发这项技术。例如，日月光最近投资了扇出专业公司Deca。根据该计划，日月光半导体正在其位于台湾高雄的生产基地安装Deca的面板级技术。日月光正在考虑300mm × 300mm和600mm × 600mm两种尺寸。

日月光半导体的Hunt说:“Deca有能力在内部制造面板，并进行模具放置。”“我们正在与其他供应商合作，在所有其他设备上制造面板。所以我们看不到任何障碍。”

日月光半导体计划在2018年建成一条试产线，2019年投产。然后，Deca将在自己的网站上推出同样的技术。“你可以在一个面板上安装很多模具，”亨特说。所以我们认为在那之前我们不需要这种能力。”

他补充说，事实上，一段时间以来，日月光一直在销售传统的风扇外销，这可以满足目前的市场需求。

与此同时，Nepes计划在今年晚些时候进入面板级扇出生产，该产品基于650mm x 700mm的格式。Nepes的一位营销经理表示:“市场应用是针对移动设备的。”

多位消息人士称，今年晚些时候，三星机电预计将概述其使用lcd技术的面板级风扇输出计划。

还有一些人持观望态度。例如，Amkor正在与Fraunhofer和其他财团合作。“我们也有自己的内部调查，”Amkor研发副总裁罗恩·休莫勒(Ron Huemoeller)说。“我们目前还没有确定面板的规模，因为我们将继续判断市场和基于面板的扇出的真正需求。对于这种回报非常不确定的制造形式，投资障碍很大。”

事实上，建造一条生产线的成本超过1亿美元。而有了面板级的生产线，生产产量将大幅增加，所以包装厂需要有巨大体积要求的客户。

这就是商业模式不稳定的地方。“这是一项巨大的投资。如果有足够的客户或良好的业务约定，这是有意义的。但这是一个冒险的项目，”STATS ChipPAC的Yoon说。STATS ChipPAC一直在研究自己的面板级风扇输出，但还没有对面板尺寸做出最终决定。

与此同时，台积电正在探索在450mm晶圆上开发扇出的想法，但目前还没有转向该晶圆尺寸的计划。英特尔也不甘示弱，在亚利桑那州有一条面板级开发线。英特尔正在开发一种基于500mm x 500mm格式的通用面板级技术。

想要的:设备
今天，风扇是在200mm和300mm设备上生产的。缺乏面板尺寸标准，再加上市场的不确定性，给面板领域的设备供应商带来了一些挑战。

一般来说，液晶显示器、多氯联苯和太阳能电池都是在电池板上生产的。在这些行业中使用的一些但不是所有的设备都可以用于面板级包装。其他设备也可以开发，但会很昂贵。

随后，一些晶圆级封装设备供应商开发了用于面板级扇出的工具。许多其他晶圆级设备制造商也在研究面板技术，但出于几个原因，它们没有进入市场。

大多数公司没有资源来支持所有尺寸的面板。工具供应商可以构建一个支持一两个面板大小的系统。然而，只向有限的客户群出售少数工具是不可行的，所以许多人都在观望，直到标准尺寸出现，市场起飞。

EV Group业务单元技术开发和IP总监Markus Wimplinger表示:“显然，这是对设备开发的一笔巨大投资。“如果达到临界质量，这是可以做到的，但我们必须等待，看看它是否会在更大范围内发生。毫无疑问，我们会全力以赴。”

还有其他问题。SPTS Technologies总裁兼Orbotech副总裁凯文·克罗夫顿(Kevin Crofton)说:“你必须从经济角度考虑。“资本设备公司能够从面板级封装格式系统上赚钱吗?如果你计算一下，你可能只需要卖出80件设备。也许是100台，但如果一切都是板式的，这是一个非常低的设备数量来满足整个世界的需求。这样你怎么赚钱呢?谁能从中赚钱?”

那么设备供应商如何支持面板呢?Crofton表示:“从架构的角度来看，这可能是一种解决晶圆格式应用的设备。”“然后，这是另一件由面板指导的设备。如果一个设备供应商所做的对他们的客户来说是正确的，那么你就会尝试让它尽可能通用，这样你就可以在同一个平台上做多个应用程序。这将是SPTS和Orbotech等公司采取的方法，而不是针对特定应用采用一种风格。”

无论如何，包装公司可以使用现有工具组装面板级扇出生产线。例如，在光刻技术中，传统的步进器可用于面板级扇出。

然后，在另一种选择中，Screen Semiconductor Solutions最近推出了一种用于面板级扇出的直接成像系统。Screen的工具使用355nm激光和四个成像头，直接对模具上的图案进行成像。它能够实现每小时70个面板的吞吐量，最低分辨率为5-5μm。

该行业还致力于面板级电化学沉积(ECD)，用于处理电镀过程。TEL NEXX的Keigler表示:“TEL NEXX预计，由于对面板实施了更严格的沉积要求，面板的ECD将采用晶圆工具中使用的许多功能。”“例如，为了控制盲孔的同时填充和线路特征的均匀性，使用需要在阳极和阴极之间进行离子交换膜分离的先进有机添加剂包装将是有利的。”

一些基于面板的封装系统(SiP)应用需要双面沉积。这还没有在晶圆工具中使用，但在PCB系统中很常见。

这种能力必须在先进的面板ECD工具中可用。Keigler说:“扇出和SiP堆积结构在电介质、成型、种子层和金属层厚度方面差异很大。”“所有这些因素导致了ECD接触和流体密封的各种边缘配置。对于晶圆和面板应用都是如此。最后，面板明显比晶圆更脆弱。ECD模块需要具备新的功能，以便在流体可能移动的表面上提供均匀的反应。”

与此同时，在计量学中，工具必须解决50至100微米特征高度上的薄膜变化和翘曲。KLA-Tencor高级营销经理Vamsi Velidandla表示:“在大多数晶圆厂，晶圆/面板上芯片的敏感性质妨碍了使用触控笔轮廓测量等接触式技术。”“一种方法是使用多模光学设计，将光学轮廓测量和宽带反射测量结合到同一个测量头中。光学剖面仪的设计必须克服现有干涉测量系统的表面粗糙度、反射率和坡度限制。”

轮廓术是测量表面轮廓的技术。反射术描述物体的特征。Velidandla表示:“多模式方法可以在从晶圆/面板剥离抗蚀剂之前，同时测量光刻胶薄膜厚度和镀铜厚度。”

然而，在工具上存在一些差距。SPTS的Crofton说:“最终，面板级包装将有一席之地。”“这将受到整个面板和整个面板内模具均匀性需求的限制。这一技术挑战尚未解决。”

另一方面，有很多主要的参与者在研究这些问题。但考虑到该领域缺乏标准和技术障碍，目前尚不清楚这种势头会随着时间的推移而加速还是消退。

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