數位低介電損耗重分佈層材料技術：材料世界網

蘇育央 / 工研院材化所

小尺寸、低功耗、低成本的高性能產品，為記憶體的重分佈層(RDL)加工帶來了強大的市場需求，藉由重新佈線I/O位置，MCP(多晶片封裝)和SiP(系統級封裝)的整合將得以實現。其中絕緣性的感光材料為RDL關鍵材料之一，開發新型具有低介電損耗、更高的解析度以及降低熱應力翹曲的感光材料，可大幅提升先進的封裝技術，以整合更多的異質晶片，最終應用於消費性、高速運算和專業性之電子產品。本文亦說明以DLT技術將PSPI材料應用於RDL。

【內文精選】

市場應用

依據The Insight Partners報告說明，全球重分佈製程(RDL)材料的市場規模在2021年估算為1億5,980萬美元，在2021~2028年間預計將以9.5%的年複合成長率擴大，到2028年達到3億160萬美元。RDL尤其在3D封裝中通過Si中介層(Through Si Interposer; TSI)的應用變得越來越重要。RDL線/空間需要隨著元件密度的增加而縮小。

RDL材料相關應用廠商包括ASE集團(Advanced Semiconductor Engineering, Inc.)、安可科技(Amkor Technology)、富士膠片公司(Fujifilm Corporation)、日立化學杜邦微系統(Hitachi Chemical DuPont MicroSystems L.L.C.)、英飛淩科技股份公司(Infineon Technologies AG)、三星電子有限公司(Samsung Electronics Co., Ltd.)、信越化學株式會社(Shin-Etsu Chemical Co.,Ltd.)、SK海力士公司(SK hynix Inc.)和江蘇長江電子科技有限公司(Jiangsu Changjiang Electronics Technology Co., Ltd.)等。

為了實現先進封裝的趨勢，大多數應用處理器是通過封裝上封裝(POP)技術集成的，其中包括用於安裝器件的基板。而RDL技術可應用在先進的半導體封裝，如Fan-out Wafer Level Package (FOWLP)，可視為打開了製造極薄元件的技術窗口。FOWLP技術原為德國Infineon Technologies所開發，FOWLP最大的特點為在相同尺寸的晶片下可讓重分佈層範圍更廣、晶片腳數更多，單晶片可以整合更多功能，並達到無載板封裝、薄型化以及低成本等優點。FO封裝通常包含晶片置於模具樹脂中並在晶片的頂部做重組層(RDL)。

關鍵材料

在重新建構晶圓時，晶片位置之精確度必須要維持晶片從持取及放置(Pick and Place)於載具上的位置不發生偏移，甚至在鑄模時也不可發生偏移。因介電層開口、RDL層與焊錫開口製作，皆使用黃光微影技術，光罩對準晶圓及曝光都是一次性，故對於晶片位置之精確度要求非常高。RDL圖案化可由導電銅金屬和PSPI以及PSPBO(Photosensitive Polybenzoxazole)等非導電絕緣材料組成，以確保封裝的可靠性。在選擇非導電固化材料時，防止對FOWLP封裝的損壞有幾個關鍵要求，其中之一是固化溫度。如果選擇用傳統的PSPI和PSPBO需要高溫來完成閉環反應，然而，FOWLP需要低溫固化以避免熱應力造成元件損壞。

因應元件尺寸微小化與堆疊設計的需求，需降低材料在塗佈時產生的熱應力翹曲，以及提升材料的絕緣特性、降低其介電損耗(Dielectric Loss)。故以小於180˚C的低溫成型PSPI取代現有需以250˚C或350˚C乾燥成膜的PSPI材料也很重要。另外，在開發設計RDL不同線路時，需要重新開發光罩，如此一來除研發驗證時間會拉長外，成本較高，可利用無光罩數位曝光技術(Digital Lithography Technology; DLT)節省開光罩的時間與成本，DLT具有快速驗證等優點。PSPI感光材料可針對曝光光源設計適當的主樹脂，並選擇適當的感光劑、起始劑、交聯劑等，調控為適合一般UV(Broadband UV)曝光或DLT(曝光光源波長403 nm或405 nm)的感光材料。

應用於DLT之PSPI近期研究

DLT可省去傳統每一道製程就需開一組新光罩的時間和成本。解析度的調整上，以DLT設備驗證是快速的，無須開光罩，只要輸入圖檔曝光後，經由顯影即可以得知結果。如圖二，圖形解析度為 L/S = 10 μm/10 μm與 L/S = 5 μm/5 μm。感光材料深寬比(Aspect Ratio)的調整，透過厚度的控制以及DLT設備，在解析度 L/S= 5 μm/5 μm時，深寬比可達2:1，提升應用性。