扇出型封装是什么，容易实现吗？

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扇出型封装是什么，容易实现吗？

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扇出型封装技术在封装市场是较为热门的话题。在扇出型技术中，裸片直接在晶圆上封装。由于扇出型技术并不需要中介层(interposer)，因此比 2.5D/3D 封装器件更廉价。  扇出型技术主要可以分作三种类型：芯片先装 / 面朝下(chip-first/face-down)、芯片先装 / 面朝上(chip-first/face-up)和芯片后装(chip-last，有时候也被称为 RDL first)。  在 chip-first/face-down 工艺流程中，晶圆厂首先在晶圆上加工芯片，然后将晶圆移至封装厂进行芯片切割。最后，通过芯片贴装系统，再将芯片放置在临时载板上。  EMC(epoxy mold compound，环氧模塑料)被塑封在芯片和载板上，形成所谓的重构晶圆(reconstituted wafer)。然后，在圆形重构晶圆内形成 RDL。  在 RDL 制造流程中，先在衬底上沉积一层铜种子层，再在该结构上涂布一层光刻胶，然后利用光刻设备将其图案化。最后，电镀系统将铜金属化层沉积其中，形成最终的 RDL。  RDL 的 CD 取决于应用。许多扇出型封装不需要先进 RDL。在可预见的未来，5-5μm 及以上的封装仍将是主流技术。在高端领域，ASE 正朝着 1-1μm 及以下的 RDL 进军。与此同时，台积电(TSMC)也紧跟步伐，目前正在研发 0.8μm 和 0.4μm 的扇出型技术。先进扇出型技术终将支持高带宽存储器(high-bandwidth memory，HBM)的封装。  “扇出型方法有很多种。我们可以看到 CD 越来越小，越来越有挑战性。铜柱的间距也越来越小。”Veeco 的光刻系统亚洲业务部门总经理 Y.C. Wong 说道，“通常，主流的 RDL 仍在 5-5μm 及以上。目前我们可以看到也有 2-2μm 或 3-3μm 在生产。而现在 1-1μm 还只是处于研发状态。当 5G 真正发展起来以及随着存储器带宽需求变高时，以上需求都将被驱动。这也将推动市场对 2-2μm 和 3-3μm 及以下的更多需求。”  尽管如此，所有扇出型技术仍然都面临着挑战。“扇出型封装的主要挑战是翘曲(warpage)/ 晶圆弯曲(wafer bow)问题。此外，芯片放置也会影响晶圆的平整度和芯片应力。所以芯片偏移(die shift)给光刻步骤和对准带来了挑战。”Yole 分析师 Amandine Pizzagalli 说道。  成本也是关键因素之一。具有挑战性 CD 的封装往往更昂贵。相反，CD 要求低的封装则更便宜。在任何情况下，客户对 IC 封装的价格都是敏感的。他们希望尽可能降低封装成本。因此，他们希望封装厂商降低制造成本。  这个故事还有另外一面。封装客户可能想要一款具有挑战性 RDL 的扇出型产品。但是该封装技术必须达到一定的需求量才具有研发的可能性。如果封装需求量达不到目标，则很难获得回报。因此，目前来说可能还没有动力驱动更小 RDL 的封装研究。  对准曝光机(Aligners)vs. 步进式曝光机(steppers)  当然，光刻技术在扇出型和其它封装类型中起着关键作用。在晶圆厂，光刻设备被用于纳米级的特征图案，这也是至关重要的。同时，在封装厂，光刻和其它设备被用来处理凸点(bump)、铜柱(copper pillar)、RDL 和硅通孔(TSV)，这些结构都属于微米级。  根据 Yole 的数据表明，2019 年用于封装的光刻设备市场规模预计将达到 1.416 亿美元，高于 2018 年的 1.287 亿美元。Pizzagalli 称，所有的新设备采购清单中，约 85%涉及步进式曝光机，其次是掩模对准曝光机，占比相比前者低 15%。  掩模对准曝光机和步进式曝光机都属于光刻类别。为此，该工艺从光掩模版开始。设计人员设计 IC 或封装，然后将其转换成文件格式，再基于该格式开发光掩模版。  光掩模版根据给定图形进行设计。掩模版显影后，被运送到晶圆厂或封装厂。将掩模版放置在光刻设备中。该设备发射光线透过掩模版，在器件上形成图案。  多年来，掩模对准曝光机一直是封装界的主流光刻设备。“掩模对准曝光机的工作原理是将掩膜版的全区域图形投影到衬底上。由于投影光学器件没有减少，掩模版必须放置在晶圆附近。因此，其分辨率被限制在约 3μm line/space。”EV Group 业务发展总监 Thomas Uhrmann 表示。  如今，掩模对准曝光机主要用于封装、MEMS 和 LED(发光二极管)领域。“虽然在生产过程中很难达到 3μm 以下的 line/space 要求，但在先进封装中，掩模对准曝光机还有其它优势。例如，掩模对准曝光机在需要高强度和高曝光次数的凸点和厚抗蚀剂曝光领域具有性能和成本优势。”Uhrmann 说道。  然而，对于更先进的应用，封装厂则会转向使用一种称为步进式曝光机的光刻系统。使用先进的投影光学系统，步进式曝光机的分辨率高于掩模对准曝光机。  步进式曝光机可以将图像特征以更小比例从掩模版转移到晶圆上。不断重复该过程，直到晶圆被加工完成。封装领域步进式曝光机的主要参与者有 Canon(佳能)、Rudolph(鲁道夫)、Veeco(维易科)及其它竞争者。  对于许多应用来说，封装厂商选择使用步进式曝光机出于几个原因。“当我们开始研究步进式曝光机可以做些什么的时候，我们就可以提供一些显著的改进。”Veeco 公司的 Flack 说道，“缩小 CD 在过去几年里一直是我们考虑的重要因素。步进式曝光机也正在缩小套刻精度以匹配 CD。现在，它必须能够处理更多不同尺寸的衬底。”  与此同时，在晶圆厂，芯片制造商使用 193nm 波长的光刻系统来进行特征成像。然而在封装厂，由于特征尺寸更大，封装厂无法使用此波长的设备。相反，他们使用的光刻机波长更长，如 436nm(g-line)、405nm(h-line)和 365nm(i-line)三种波长。  在封装过程中，一些步进式曝光机仅具备 i-line 波长，而有一些则支持更多的波长。例如，Veeco 推出的一种称为宽波段步进式曝光机，就支持三种不同波长——436nm、405nm 和 365nm，通常是由宽波段光谱汞灯产生的。