次世代半導體封裝受矚目,液狀感光性樹脂發揮「微實力」

 

刊登日期:2021/12/20
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范淑櫻編譯
 
根據國際半導體產業協會(SEMI)的統計顯示,2020年全球半導體材料銷售金額相較於2019年增加了4.9%,達到553億美元,年銷售額創下歷史新高紀錄。其中,光阻劑、研磨液等使用於晶圓加工的材料銷售額為349億美元;重佈線、基板封裝所使用之材料的銷售額則為204億美元。
 
由於5G通訊朝向大規模商業普及化發展,以及新冠肺炎(COVID-19)疫情影響下,推升宅經濟需求,帶動全球半導體需求攀高。此外,半導體封裝技術的高度化發展,亦推動相關材料市場的擴大。另外在美國電子材料市調公司Techcet的調查指出,預期2020~2024年半導體材料市場將以每年5.3%的年平均成長率持續穩定成長。
 
半導體產業要維持後摩爾時代優勢,除了製程突破之外,材料亦是關鍵。隨著電子機器小型化、通訊傳輸高速化的發展趨勢,半導體製程高密度封裝技術的重要性日漸提升,半導體封裝所使用的「後段製程材料」成為備受矚目的焦點。其中,應用於半導體晶片之表面保護或重佈線層的液狀感光性樹脂材料方面,日系企業囊括了全球將近9成的市佔率。如同日系企業在半導體前段製程微細化不可或缺的光阻劑領域握有高市佔,在後段製程材料領域,日系企業也掌握了次世代封裝技術的關鍵。(日系材料企業在半導體供應鏈的佈局請見文末列表)
 
在形成半導體封裝基板的佈線圖案之際,一般會採用感光性的乾膜光阻劑,但利用乾膜光阻的情況,目前能量產的線寬/間距是10 µm /10 µm (Line/Space),而適用於量產的微細化極限為線寬/間距5 µm / 5 µm。於此之際,與光阻劑同為液狀的感光性樹脂原料對於佈線的微細化將更為有利。使用液狀感光性樹脂材料的重佈線層易於形成5 µm / 5 µm以下的線寬/間距,可因應3D封裝等微細配線的需求。為實現半導體的高性能化,後段製程技術至關重要,而重佈線層將會是技術推進的關鍵。
 
高密度封裝技術可因應市場對於半導體元件輕薄短小、高性能、節能的高度需求,而關鍵材料之一的感光性樹脂與光阻劑相同,同為日系企業獨占鰲頭的領域,主要企業包括旭化成、FUJIFILM、Toray、Sumitomo Bakelite,以及昭和電工材料與杜邦設立的合資公司HD MicroSystems(表一)。
 
表一、日系液狀感光性樹脂材料製造企業
表一、日系液狀感光性樹脂材料製造企業
 
此一領域最資深的企業首推在1988年即展開液狀感光性樹脂材料事業的旭化成,其液狀感光性樹脂材料「PIMEL」系列產品具多樣性,可因應聚醯亞胺(PI)、聚苯并㗁唑(PBO)、耐熱酚樹脂等不同用途需求,且耐熱性、耐藥品性、絕緣性等各項物性之平衡性相當良好,深獲好評。
 
旭化成將「PIMEL」定位為適用於高階到大眾化產品之半導體晶片表面保護、重佈線層的「全方位戰略產品」,並致力於先進封裝技術發展的製品開發。例如重佈線層所使用的聚醯亞胺系材料方面,旭化成積極強化提高了低溫硬化性、因應配線微細化之解析度等各項高密度封裝需求特性的製品投入與開發,期推動旗下液狀感光性樹脂材料成為先進封裝技術的業界標準(De Facto Standard)。
 
FUJI FILM亦與旭化成同樣致力於「負型(Negative Type)感光性」聚醯亞胺系材料技術,旗下產品以封測代工大廠(OSAT)為中心,相關採用持續擴大。目前FUJI FILM已著手加倍提高比利時工廠的生產能力,預計在2022年開始營運,並計畫未來在封測代工、晶圓代工(Foundry)企業聚集的亞洲展開液狀感光性樹脂材料的生產製造。
 
相較於扇出型晶圓級封裝(FOWLP),扇出型面板級封裝(FOPLP)可大幅提升面積使用率與產能,進而提高生產效率、降低成本。Toray乃著力於FOPLP用途之液狀感光性樹脂材料的開發,並採用於Micro LED的配線用途,目前持續量產出貨中。為因應FOPLP的配線---完整內容請見下方附檔。
 
台日3DIC封裝技術共同研究
日本經濟產業省在5月底發表,TSMC將在經產省轄下位於茨城縣筑波市的產業技術總合研究所(AIST)內興建研究產線,著手展開3D封裝技術的研究開發,而TSMC亦已於今年3月在日本設立完全子公司「TSMC Japan 3DIC R&D Center」。預計參與此項研發計畫的日本企業包括擁有先進封裝製程技術的---此為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。

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