徐美玉、陳意君、林志浩、陳凱琪 / 工研院材化所
隨著AI技術加速發展，晶片封裝材料與構裝技術成為提升運算效能的關鍵。本文章介紹2.5D/3D封裝、Chiplet異質整合、Fan-out WLP等先進方案，並解析台積電CoWoS、日月光IDE及Intel新型層壓(Laminate)架構。材料創新聚焦於液態壓縮成型底部封裝材料(LCMUF)、LMC液態與SMC片狀模封材料，以及具高導熱、低介電損耗的新型樹脂，能有效應對窄間隙充填、低翹曲及可靠度挑戰。未來AI封裝材料將持續突破，推動AI硬體升級與產業多元應用發展。
【內文精選】
2.5D異質整合構裝用封裝材料技術
2.5D Chiplet異質整合封裝中，封裝在材料特性上面臨多重挑戰，主要包括窄間隙充填(Narrow Gap Filling)、低翹曲度、材料特性匹配、細間距互連以及可靠度問題等。從封裝良率考量，現行做法仍是先以底部填充膠(Underfill)進行晶片與中介層間的充填，之後再進行包覆成型(Overmolding)。Underfill國際領導廠商納美仕(NAMICS)於ECTC 2020研討會，發表一種液態壓縮成型底部封裝材料(Liquid Compression Mold Underfill; LCMUF)，可同時進行底部填充及模封的一段式封裝。
LCMUF材料採用柔性樹脂(Flexible Resin)，可降低封裝材料模數及大面積模封造成的翹曲，NAMICS同時對於無機粉體的粒徑及分布進行優化設計，以降低黏度，提升在窄間隙的流動性。LCMUF材料特性如表一所示，此材料在12吋晶圓的載具下進行模封，Warpage可降低至510 μm，且模封品質良好（如圖八所示）。
圖八 LCMUF製程加工性驗證：(a) 12吋晶圓驗證載具；(b)模封樣品Cross-ection分析；(c)模封樣品Warpage分析
另一家模封材料領導廠商—日本的長瀨 (Nagasei)認為，針對模封翹曲問題，降低模封的厚度，是一種有效改善Warpage的方式。液態模封材料(Liquid Molding Compound; LMC)被用於晶圓級封裝的壓縮成型(Compression Molding)製程，在降低模封厚度(Molding Thickness)的同時，也衍生出流痕(Flow Mark)問題。造成流痕的機制尚不清楚，但被認為可能與模封製程中，對模封材料施加高剪切力，填料(Filler)在流動過程中分布不均勻所致，並且流痕的長度隨著模封厚度降低而增加，因此利用LMC薄化模封製程、降低Warpage的策略是有限制的。Nagasei開發之片狀模封材料(Sheet Molding Compound; SMC)，被認為可以解決上述問題。
工研院材化所開發高導熱低耗損封裝材料
工研院材料與化工研究所也投入大面積封裝材料技術開發，針對高速運算元件模組需求，開發具高導熱及低損耗封裝材料。自行設計並合成多官能基之低極性樹脂，採用無極性官能基，在高速運作時可降低介電損耗；多官能基設計，可達到高耐熱性及高尺寸安定性；並添加導熱無機粉體提升導熱特性。多官能基之低極性樹脂與導熱粉體間具良好的分散性，填充量高達90 wt%，黏度為10 Pa·s，硬化後試片Tg = 190.4˚C。Tg前之熱膨脹係數CTE為11.5 ppm/˚C，Modulus為9.6 GPa，以雷射脈衝(Laser Flash)方式測得之導熱係數為2.17 W/m·K，60 GHz下介電損耗Df = 0.002。所開發之高導熱膠材外觀、試片橫切面分析結果及物理特性如圖廿所示。
圖廿 工研院材化所高導熱低損耗封裝材料外觀及硬化試片Cross-section分析
將材化所自行開發的高導熱低損耗封裝材料進行模封試驗，結果顯示，填滿12吋晶圓大小的模封面積，經光學系統量測Warpage為0.827 mm，具可應用於大面積封裝的潛力----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》466期，更多資料請見下方附檔。