扇出和包装的挑战

半导体工程坐下来讨论各种IC封装技术，晶圆级和面板级的方法，以及对新材料的需求日月光半导体；迈克尔凯利，高级包装开发和集成副总裁公司；Richard Otte, Promex的总裁兼首席执行官QP技术；Michael Liu，微软全球技术营销高级总监JCET；和托马斯·乌尔曼(Thomas Uhrmann)电动汽车集团．以下是那次谈话的节选。要查看本讨论的第一部分，请单击在这里．第二部分是在这里．

SE:扇出是苹果和其他公司使用的一种高级封装类型，用于在高级封装中组装一个或多个芯片，使芯片具有更好的性能和更多的I/ o，用于计算、物联网、网络和智能手机等应用程序。如今，扇形包装适用于哪里?它将走向何方?

陈:扇出最初是一种封装创新，用于扩展晶圆级芯片级封装(wlcsp)的I/O占用空间，同时保护四边不受裂纹损坏。第一个大批量产品被称为eWLB(嵌入式晶圆级球栅阵列)。另一个竞争版本是Deca Technologies的m系列风扇。总之，它们代表了智能手机和其他移动应用程序的重要的大容量小型化包类型。我们还在考虑用于高密度和高性能应用的扇出技术。在载体上精确定位多个模具的扇出概念的扩展，将它们重新组合成类似晶圆的封装格式，然后是再分配电路层，这是先进封装领域的重要发展。从菜单的角度来看，它提供了丰富的封装技术连续体，从倒装芯片BGA到2.5D硅中间体应用空间，包括新兴的硅桥。我们有一个充满活力的创新和创意领域，服务于高性能计算、人工智能、机器学习等所有重要领域。

刘:我们看到的是，随着最新的扇出晶圆级封装，芯片与封装的比例已经大大提高。我们也看到了对更大尺寸模具扇出封装的需求稳步增长。此外，我们还收到了许多关于tsv少，芯片最后类型的扇出包装解决方案的新咨询。有趣的是，其中一些SiP (system-in-package)查询涉及汽车的ADAS和车载网络，而不是服务器、AI、5G或其他高性能计算应用。

凯利:扇出和RDL(重分发层)通常是较大的应用程序空间。人们把很多不同的东西叫做扇形散开。你可以有扇形包装与更简单的单一金属层。这是一个具有自身增长曲线的市场案例。当您考虑异构芯片和高性能计算时，您谈论的是更高密度、更高层数的扇出产品。它们也有一席之地。这种电介质在电学上比你在2.5D中间体中发现的氮氧硅要好得多。所以如果你有高速的模对模接口，你可能不能使用硅中间体。硅介体对于HBM(高带宽存储器)非常有用。数据总线的运行速度没有那么快。 If you need faster interfaces, which engineers are coming up with all the time, the polyimide dielectric is better suited electrically. If you think about the supply chain, OSATs and foundries alike are working on their own RDL high-density fan-out type of constructions. So you don’t have to have a special fab to create a silicon interposer. The supply chain is broader in high-density fan-out.

SE:高密度扇出集成多个芯片在同一封装，包括HBM。传统上，HBM主要应用于2.5D封装技术。扇出会取代2.5D吗?

凯利:与2.5D和其他封装类型互补。并不是所有的东西都是高密度的扇形，但某些部件——尤其是小芯片——非常适合。5nm和3nm工艺的经济效益表明，你需要尽量减少在自己的产品中使用最新的硅节点，否则就无法负担得起。高密度扇出RDL技术可以实现这一目标。

SE:在扇出工艺流程中，模具被放置在圆形晶圆状结构中。模具经过加工，然后切丁，形成单独的扇出包。同时，在面板级扇出中，过程发生在一个大的方形面板上。方形面板比圆形晶圆可以处理更多的封装，降低了成本。面板级扇出会成为主流技术吗?有什么问题吗?

Uhrmann从我们现在的角度来看，这绝对是一个非常热门的话题。我们在这里看到了大量投资。在我看来，它是PCB和一些可以通过扇出完成的包之间的桥梁。这对PCB行业来说是一个威胁。这将是你第一次在面板上看到略低于2微米的细线和空间图案。这就是面板扇出的有趣之处。这是大容量的吗?这是一个非常好的问题。您需要一个大容量的驱动程序来填充面板，并使其有价值。但考虑到全球已建立的面板生产线数量，我们将看到各种应用的数量。 For example, RF is something that’s a good application for panel, where classical single-die fan-out processing is done, leaving out the complexity of multi-chip packages with high silicon cost.

陈:面板级扇出的概念是晶圆级扇出的延伸，其生产率优势明显。面板级的开发和实施在很大程度上取决于特殊面板设备能力、适当的材料和制造工艺的可用性。用户与工具和材料供应商之间的密切合作和伙伴关系至关重要。目前，在这个包装空间内竞争的各种竞争者之间，在面板尺寸、工艺和材料方面有许多变化。经常被忽视的是，必须有足够的扇出产品的体积面板扇出是合理的。如今，有足够数量的有限案例可以支持多个供应商。随着扇出转向更大尺寸的高级封装，如人工智能和芯片配置，那么面板扇出变得更加容易。

刘:这是一个具有相当大增长潜力的技术领域，但仍然存在挑战，从设备/材料准备到经过生产验证的产量控制。尽管如此，我们仍在密切关注。

SE:还有其他问题吗?

Otte:扇出晶圆级和面板级封装的主要好处是降低成本，主要是通过降低人工成本，因为每个器件的材料成本与传统封装相似。这两种工艺都可能主要用于高容量设备，这些设备的最后一分钱很重要。如果你问晶圆级封装和扇出晶圆级封装，我会有不同的答案。我们看到越来越多的子组件使用晶圆级组装，有两种方法正在出现。首先是制造一个标准的12英寸CMOS晶圆，然后在晶圆上的各个位置上进行建造，安装盖子以容纳流体，安装光学链，以及MEMS组件和天线。然后，对得到的结构进行单点计算。它将电子设备的数据收集和处理能力与传感器和I/O设备中使用的非电子组件结合在一起。我们看到的第二个趋势是晶圆键合。而不是将单个部件放在晶圆上的位置上，第二个晶圆被连接到第一个晶圆上，在一个步骤中将多个位置结合起来，从而降低了单位成本。第二种晶圆可能主要是硅、玻璃或其他替代材料。 In both of these cases, one objective is to reduce the cost by processing panels (arrays) to reduce handling.

SE:需要什么来加速包装的发展势头?

Otte更好的材料对包装确实有很大的帮助。该行业在开发新材料及其在实际设备中的应用方面落后。例如，液晶聚合物通常都有很好的性能，尤其是对于射频设备。然而，我们还没有开发出利用它们的技术。聚酰亚胺并不是理想的，因为它的性质随环境含水量的变化而显著变化。基材的来源也有限，我们在成型化合物和粘合剂的采购方面也存在问题。目前，各种短缺说明这是一个真正的关键问题。其次，我们只是过于关注世界动荡地区的供应商。我们也没有足够的库存。我们把准时制的概念走得太远了。 It’s simply not going to work any longer as it is resulting in major costs, so we are going to see major changes. The situation is exacerbated because we have some real problems shaping up in Asia, including increasing tensions between China and the United States.

刘当前位置有几个方面我们需要集中精力。首先是铸造厂和osat之间的联系——就研发合作和技术共享而言。这是相当明显的。没有对方的支持，任何一方都无法保证持续的成功。随着模对模互连技术的前沿从微凸点过渡到混合键合，并最终过渡到直接铜键合，这种情况尤其如此。其次，在行业层面，我希望看到对关键部件和材料的更多投资，特别是制造芯片/2.5D/3D封装的关键部件和材料。这是指我们之前关于价值链的讨论。作为一个相互依存的社会，我们都需要经常交流，而不是关起门来自己干。作为OSAT, JCET集团已经跟踪LCP有一段时间了，我们欢迎LCP材料专家和供应商继续与我们分享最新的产品见解和解决方案。LCP是液晶聚合物的意思。 As a material candidate with superior thermal stability, extremely low water absorption, stable dielectric constant (Dk) and loss tangent (Df) within high-frequency ranges, LCP has long been deemed a practical solution for making MMIC substrates, as well as MSL-1-ready package enclosures, such as LCP plastic lids processed with B-stage epoxy for achieving so-called ‘near-hermetic’ seals.

陈:包装在所有市场和应用中的重要性和势头越来越大。封装界一直理解与无晶圆厂、代工厂和IDM社区以及系统工厂合作的重要性。随着向异构集成和系统包的快速发展，这种跨行业边界协作的需求从未如此强烈。一个很好的例子是，在低数字节点逐渐衰落的时代，小芯片的重要性越来越大。我们如何让芯片和SiP与亚纳米器件结合?我们需要保持这种势头。包装起着越来越重要的作用。我确信包装界将响应这一号召。

凯利:客户期待osat进行量产。当客户需要扩大生产规模时，他们就会来这里。对于公司来说，投资于跨多个不同产品平台兼容的方法非常重要，这样才能明智地使用这些昂贵的资产，并保持相对较低的成本。从长远来看，我们需要为小芯片考虑这个概念。客户和制造商之间需要达成妥协，既能满足功能性需求，又不会将资本投资推向利基市场。这必须在大范围内保持兼容，这样我们才能保持相对较低的成本。此外，我还想说，我们需要在发电方面取得渐进的突破，控制总耗散功率。硅中每单位面积的功率密度继续上升。在异构包中打包的内容越多，权力挑战就变得越困难和昂贵。

Uhrmann未来的扩展还有几年的时间。这里的人都很聪明。他们的目标是遵循摩尔定律很多年。《IRDS设备与系统国际路线图》规划了2030年后的发展。这很重要。它是前端的。它也适用于设备供应商。说到设备，不是半年就能开发出来的。当你需要新的突破时，设备需要开发、测试、安装和合格。然后，您最终可以在生产环境中运行它。 It’s just one piece in your whole manufacturing chain. So, the IRDS roadmap is great for equipment suppliers to achieve some of their targets. That is also triggering new technologies that are coming up on the space. That’s triggering new materials that are needed at this insertion point. Now, let’s look at chiplets and heterogeneous integration. You need to have something that runs in parallel to the IRDS roadmap. You also need the equipment, materials and everything here. We need to make sure all of these developments are ready.

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