范淑櫻 編譯
台灣積體電路製造(TSMC)在次世代半導體封裝開發上面臨材料熱膨脹、收縮引起基板「翹曲」的技術挑戰。隨著封裝基板的大型化，翹曲的影響已無法忽視，而解決此問題的關鍵在於基板、封裝素材等材料的改良。對此，日本化學品製造商亦相繼投入先進封裝所需之新材料開發。
後段製程成為開發競爭新焦點
隨著生成式人工智慧(AI)的開發競爭日漸激烈，對於改善半導體效能的需求亦無止境。另一方面，半導體晶片的電路微型化雖尚未達到極限，但性能的提升已不再與微細化開發、製造的成本相稱，除了微細化之外的其他性能提升手段變得越來越重要。
在此背景下，在半導體微細化競賽中處於領先地位的TSMC正將其半導體製造的新主軸放在後段(封裝)技術的開發上(圖一)。開發的重點不僅只是透過小型化以提高單一晶片的性能，而是提高包括邏輯晶片與儲存晶片之間訊號交換等整體系統的性能。例如，目前各公司競爭激烈的人工智慧所採用的神經網路運算須使用大量資料反復進行乘積累加運算，雖然計算單純，但需要頻繁執行資料的輸入、輸出。因此，AI的處理效能取決於邏輯與記憶體之間資料傳輸的速度與功耗。
圖一、TSMC先進封裝技術「CoWoS」路線圖
困惱TSMC的「翹曲」問題
TSMC現行技術中包括了透過封裝內部的中間基板(稱為中介層)以高密度連接邏輯晶片與寬頻寬記憶體(HBM)的先進封裝技術「CoWoS」，且在生成式AI使用的影像處理半導體(GPU)用途上需求日漸擴大。另一方面，TSMC在次世代封裝開發方面則面臨基板「翹曲」的問題，即金屬與樹脂等不同材料接合於基板之際，由於熱膨脹係數(CTE)的差異，以致基板翹曲，形成晶片剝離或斷線的原因……
三菱化學開發負膨脹填料
三菱化學目前正在開發一種抑制基板翹曲的「負膨脹填料」(圖二)。基板翹曲的原因之一包括了封裝密封材料或使用於晶片與基板連接部位補強之底部填充材料主要成分(環氧樹脂)的熱膨脹。三菱化學開發中的填料可隨著溫度升高而體積收縮(負膨脹)，藉由將其與環氧樹脂混合，將可抑制膨脹。封裝材料遇到高溫的情況包括：①樹脂硬化製程(150～180°C)、②回焊製程(260～280°C)以及③電腦運作時半導體晶片的發熱(約100～110°C)。
在封裝材料中添加填料並非罕見，一般封裝材料會添加填料以抑制熱膨脹、提高強度或熱傳導性。然而，常見的填料-矽石(二氧化矽)的熱膨脹係數(CTE)雖然很小，但並非負值。三菱化學的開發品則採用了具有……
因應玻璃基板加工性的挑戰
為了抑制翹曲，降低基板本身的CTE亦十分重要。目前主流的基板材料係於玻璃纖維中浸漬環氧樹脂製成的有機基板，而玻璃基板則做為次世代基板日益受到關注。玻璃基板除了具有低CTE之外，也具有高剛性與優異的散熱性、尺寸穩定性。目前在日本由AGC、大日本印刷引領此項技術的開發。另一方面，玻璃基板的最大問題在於 ---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。