當半導體前段製程跨入7奈米、5奈米，並積極邁向2奈米之際，後端封裝面對更加細微化、精密度化的挑戰，先進封裝技術成為半導體業的新藍海，先進封裝設備與材料也成為進入半導體領域的新機會。由Manz亞智科技主辦，與國際半導體產業協會(SEMI)與台灣電子設備協會(TEEIA)共同協辦的「先進封裝領航，面板級封裝勢如破竹」趨勢論壇，邀請工研院產科所、矽品精密工業、友威科技、台灣杜邦、鈦昇科技及國際知名研究機構Yole多位知名講師，由市場、產業政策與技術面，共同探討新一代封裝技術的發展與應用。
圖一、Manz亞智科技邀請內重量級產產業人士，舉辦面板級扇出型封裝趨勢論壇
Manz AG亞洲區總經理林峻生先生在會中表示，5G、AI、車用電子帶動半導體需求迅猛成長，目前載板短缺的情況直到2025年都無法完全解決，也將加速無須載板的扇出型封裝邁入市場。亞智科技投入面板級封裝已有10年時間，希望藉此機會，與IC設計、IDM、封裝、製程與設備業界共同合作，加速FOPLP技術落實，成為先進封裝量產的另一主流。
由IDM產業角度觀察，車用電子與AIoT的需求將持續驅動半導體的發展腳步，幅度較先前的預估值更大。而在不同類型技術階段型演進的時程差異之下，對於封測端的布局必須加緊腳步，跨入先進封測領域，以解決尺寸與生產數量等問題。SEMI預估2022年封裝材料將有3.8%的成長，同時已跳脫IDM或委外代工市場，在IC設計業、設備材料商也有著更多投入。先進封裝需要更多生態系的成員投入，共同尋找技術創新的可能，同時以更少的封裝材料，對應永續與ESG議題，也是業界關注的重點。先進封裝已成為技術差異化的關鍵，各半導體廠、面板廠與IC載板廠均展開相關技術的佈局與運營，希望創造與競爭對手的差異化。半導體業者在晶圓級封裝之外，面板級封裝也逐漸開展，吸引設備業者投入相關領域，Manz亞智科技希望透過前後製程的設備及材料商共同合作與供應鏈一同推動半導體面板級先進封裝製程設備與材料的發展。
圖二、Manz AG亞洲區總經理林峻生先生期待結合上下游業界，共同推動面板級封裝量產
半導體需求持續擴張，帶動先進封裝趨勢發展
台灣為全球半導體的生產重鎮，工研院產科國際所研究總監楊瑞臨表示，2021年台灣晶圓代工占全球市場63%、封裝則為58%，均居龍頭地位，而IC設計占比為22%，為第二名，在全球IC產業中，僅次於美國。預估台灣半導體2022年成長幅度將達17.7%，規模達到4.8兆元新台幣，整體市場近年內呈現正向樂觀。
在此，智慧型手機是最大的市場，2021年達到1,506億美元，數據中心則以766億美元居次。特別值得注意的是排名第五、規模為516億美元的車用電子，有著33.3%的超高成長率。由市場的觀察中可以看出，台灣半導體產業應該增加應用領域與拓展IC類型，同時加強先進封裝部門的營運，並針對車用封裝進行投資，透過差異化拉開競爭距離。
權威研調機構Yole Developpement市場研究中心分析師Yik Yee Tan表示，隨著半導體製造節點推向2奈米，堆疊式晶片封裝的尺寸要求在20微米至10微米之間，必須特別注意前段製程的奈米尺寸與後段封裝的微米尺寸兩者之間的關係。在市場方面，5G 智慧型移動裝置、車用、醫療等高階應用將驅動先進封裝發展，整體產值將由2021年的321億美元成長至2027年的572億美元，複合年成長率達10.11%。同時，2022年先進封裝的資本支出預估也將達119億美元，占整體收入的38%。
晶片微型化的市場需求帶動先進封裝方案技術沿革
矽品的產品技術開發處副部經理詹慕萱博士，分享該公司整合高頻寬記憶體之先進封裝方案。記憶體晶片的特性在於尺寸愈小傳輸速度愈佳，同時成本也愈低，因此新封裝技術將晶片拆分為不同功能與尺寸的晶體。目前矽品主要有三類封裝方案，各自有其優勢，未來也將更進一步整合Multi Package Module技術，提升記憶體的速度。在2.5D封裝部分，其使用矽作為導電層，在翹曲、可靠度、成本方面具優勢，但電阻電容延遲性(RC delay)較差；FO-EB方式使用崁入式多晶片互連橋接配合有機線路重佈製程，RC delay較佳，但成本較高；FO-MCM方式則使用有機線路重佈製程，但少了導電層的支撐，容易有翹曲、可靠度等問題，但其RC delay為三者之間最高。
Manz亞智科技研發本部協理李裕正博士，以面板級扇出型封裝(FOPLP)於異質整合之應用與機會切入主題。在半導體需求量持續不斷增加的情況之下，相對於晶圓級封裝(FOWLP)面積使用率低於85%，FOPLP的面積使用率則大於95%，能夠提供更大量、效率化且更低成本的元件生產。特別是在高階載板價格已接近晶片的情況下，無須載板的FOPLP技術更具有量產的潛力。FOPLP的關鍵在於如何在PCB上進行合理布局，達到高效能的電氣連接，此時高解析度的線路重佈製程(RDL)即為關鍵，亞智對此提出整合型的解決方案。另一方面，如能實現多個異質晶片的整合，也就是將不同功能晶片打包成單一元件，在IC設計時就擁有更高自由度，不必將所有功能設計在同一晶片中，對於成本將有決定性的影響。
材料與設備廠商密切合作 提升面板級封裝導入效率
在材料端，杜邦ICS應用科技部亞太先進載板技術總監蔡汶廷博士，分享從PCB跨足至升先進封裝的差異化材料解決方案。杜邦近年在台灣投入相當多資源，希望能由材料提供，向下搭配製程，再與設備合作。於2021年已開發出A4尺寸、由壓合到蝕刻全部整合的PCB全板製程，目前正開發放大技術。其由PCB在各階段使用的化學品開始進行整合，並可提供電路設計、測試載具、整合製程與優化，分析與問題解決等服務，結合成一條龍的產業鏈。
在設備端，友威科技研發中心與市場開發副總經理劉品均以真空設備在半導體面板級扇出型封裝的應用為出發。分享無論是高階載板或是扇出型封裝帶來的相關需求，線寬線距的要求在10微米至2微米之間，以此為基礎，在晶圓級封裝部分，可以使用電漿作為預處理，以及雷射與電漿鑽孔。在面板級封裝部分，則可用電漿進行表面處理、種晶層移除，與RDL表面處理等。特別的是可使用乾式蝕刻取代濕法處理鈦/銅，能夠提升面板級封裝的良率。
鈦昇科技雷射與電漿研發部副總經理黃文翰，說明晶圓級晶片尺寸封裝(WILCSP)製程中雷射鑽孔、電漿清潔與電漿切割加工的應用。在鑽孔部分，其可提供雷射與電漿組合的解決方案，利用雷射進行粗加工，再以電漿清除殘留物。相較於目前使用雷射搭配黃光的製程，具有製程簡單、彈性的優點，並大幅降低成本。應用於晶圓的雷射設備，可以透過動態調整雷射劑量，減少晶圓底部受傷機會，目前已可實現10微米的孔徑。
打造共榮共贏的供應鏈
隨著高階應用的需求，先進封裝將已成為業界的發展趨勢，而如何能以更有效率的方式生產效能、體積小同時符合降低成本的產品，是封裝業面對的挑戰。除傳統封裝代工業者之外，半導體OSAT、IDM以及Foundry廠，以及具有製程相關性的PCB廠、載板廠，乃至於面板廠，都將成為封裝領域的新參與者。在這些不同的屬性之間，也各自有著不同的思維與需求。相對於其他不同類型的先進封裝技術，FOPLP適用於高功率、大電流半導體產品，可透過升級既有產線及製程技術，達到更具競爭力的成本以創造更大的利潤價值。然而在創新技術方面，則必須結合材料供應、製程整合與優化、設備配合與調整，因此，結合上下游廠商發展以市場為導向的新興面板級封裝整體解決方案，將會是FOPLP未來的發展方向。