陳靖函 / 工研院產科國際所
先進構裝技術是推動下世代晶片發展的關鍵，透過晶片堆疊增加訊號腳位密度並減少傳輸距離，以有效提升晶片性能，滿足超大規模資料中心日益增長的雲端運算需求。在AI與5G技術興起的引領下，網通設備、雲端伺服器、邊緣運算等應用市場的擴張，推動了相關晶片與構裝材料的需求。而材料的持續創新，成為支撐這些高階應用的重要元素，為構裝材料市場帶來了新的機遇。
【內文精選】
2.5D/3D構裝產品需求激增
近期提到2.5D/3D先進封裝，最著名的即是名為CoWoS®之產品。CoWoS (Chip-on-Wafer-on-Substrate)技術是一種由台積電開發的先進封裝(Advanced Packaging)技術，為提高系統級封裝(SiP)的效能和密度，這項技術可以在一個IC載板上整合多顆晶片(Chiplet)，並通過高效的互連方式來提升整體系統的性能。
該先進封裝技術目前主要針對高效能運算(HPC)和人工智慧(AI)應用，其結合了矽中介層(Si Interposer)與載板(Substrate)，並在其上進行多晶片的封裝。通常使用於需要高頻寬與低延遲的應用中，例如圖形處理器(GPU)和AI加速器。它可以提供比傳統封裝技術更高的記憶體頻寬，同時減少封裝內部的電阻和延遲，從而提升系統整體性能。
目前CoWoS供需仍存在缺口，除了知名繪圖晶片設計公司NVIDIA外，亦有其他國際IC設計廠正持續增加訂單中。預計至2024年下半年，CoWoS產能將年增加約130%，加上有更多廠商積極切入CoWoS之供應鏈，推估將使得2024年AI晶片供給更加暢旺。
全球半導體構裝材料市場趨勢
2024年預估電子產業將逐步擺脫消費性電子產品衰退的陰霾。手機、NB/PC的出貨量將回穩，加上AI應用的高速運算設備推出，尤其是AI加速器，成為提供算力的主要來源，使相關產品供不應求，大型雲端服務提供商(CSP)為避免供應緊缺的影響，紛紛加快自研AI加速器的腳步。這些趨勢將使構裝材料因先進製程需求增加而受益，因此預估2024年全年產值將較2023年提升。
RDL介電材料發展趨勢
RDL介電材料技術發展之關鍵性能為：平整度、降低的固化溫度、細線化與低介電等需求。若以平整度需求來看，在扇出型晶圓級封裝(FOWLP)中，為提高封裝密度使佈線層數增加，而其表面的凹凸更容易導致佈線連接不良，因此需要更平坦的RDL表面。故有材料大廠除了供應RDL介電材料之外，還提供化學機械研磨液(CMP Slurry)，嘗試透過開發RDL的CMPSlurry來提高佈線後的表面平整度。也有製造商嘗試以片狀RDL介電材料進入市場。
玻璃基板議題興起
近期玻璃基板(Glass Core)受到產業界熱議，應與其材料特性相關。玻璃基板的優勢為：低熱膨脹係數、高尺寸穩定性和優異的電氣絕緣性能，這些特性使其特別適合應用於需要高精度、高性能的IC載板中。相比傳統的有機材料，因玻璃基板具更低的熱膨脹係數，從而在高溫環境下減少熱應力對IC的影響，使其對於當前高性能計算和高速數據傳輸需求尤其重要。
此外，玻璃基板的高平整度和薄型化潛力，使其能夠支持更高密度的佈線和更先端的封裝尺寸，在現代電子設備，如：伺服器和雲端相關設備中，顯得尤為關鍵。圖四為載板用玻璃基板之技術藍圖(Roadmap)，提供給讀者參考之。
圖四、玻璃基板之技術藍圖
玻璃基板相關廠商動態
1. DNP–開發新玻璃基板技術
大日本印刷(DNP)公司開發了下世代半導體封裝的玻璃基板，名為：GCS。新產品以玻璃基板取代了傳統的樹脂基板(例如覆晶球柵陣列(FC-BGA))，該公司透過使用高密度玻璃通孔(TGV)，提供比現有技術的半導體封裝性能更高的封裝技術產品，此外，新產品還可以支援高效率和大尺寸基板的需求。
新研發的GCS產品，包括對玻璃正面和背面配置的精細金屬佈線進行訊號連接所需的TGV，其中金屬層附著在玻璃基板通孔的側壁上，DNP以新的製造方法增強了玻璃與金屬之間的黏著力，優於傳統技術，以滿足窄間距和高可靠度需求(圖五)。
圖五、DNP開發之Conformal Type玻璃基板橫斷面
2. 日本電氣硝子–開發玻璃陶瓷核心基板技術
日本電氣硝子公司正在開發具有優異性能、剛性和平坦度的玻璃基板，公司新研發名為GC Core的產品，是由玻璃粉體和陶瓷粉體複合材料製作而成，除了具有玻璃基板的優點外，亦具易於加工微細通孔的優點。因雷射鑽孔在典型的玻璃基板上製作時，會逐漸形成裂縫，導致基板損壞；而GC Core產品具有陶瓷的特性，因此可以執行高速且無裂紋的鑽孔製作---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
★本文節錄自《工業材料雜誌》454期，更多資料請見下方附檔。