許劭聿、凡恩森、呂曼寧、楊舒閔、高端環、陳玠錡、周敏傑、黃萌祺、張佑祥 / 工研院機械所
隨著摩爾定律逐漸放緩，異質整合已成為提升系統效能與功能密度的關鍵技術。先進封裝技術不僅是晶片尺寸縮小的延伸，更是異質系統整合的核心支撐。本文探討了三種具代表性的先進封裝技術：穿矽通孔(TSV)、台積電的晶圓上晶圓封裝(CoWoS)以及扇出型面板級封裝(FOPLP)，分析其技術原理、優缺點與應用場景，並比較其在成本、效能與可擴展性上的異同。此外，亦探討3D封裝與Chiplet架構整合的最新趨勢，以及AI與高效能運算(HPC)對先進封裝的驅動需求。最後，透過材料創新、熱傳設計與系統級整合的持續進展，本文提出未來異質整合封裝的發展方向。
【內文精選】
先進封裝關鍵技術
3. 工研院機械所TGV製程方式
(1) TGV附著層沉積製程
目前業界使用PVD濺鍍鈦金屬層來提升玻璃與銅的附著力，但PVD製程階梯覆蓋率不佳，無法於通孔內完成連續性金屬薄膜沉積，故無法用於高深寬比(AR >10)的通孔中，且附著性表現也較差(<3 N/cm)，同時還有設備價格昂貴等不利因素。因此工研院機械所提出創新之濕式鍍膜技術，利用金屬氧化物透過濕式製程的方式，先將含有金屬氧化物的溶液以浸泡方式均勻塗佈至TGV基板後，再透過燒結方式進行固化，並在玻璃材料上形成高附著力之附著力提升層(Adhesion Promoting Layer; APL)。後續再以化學鍍銅製程，將金屬銅還原在附有APL之TGV的基板上，產生可靠的連續性銅晶種層，可以有效解決附著力不佳及階梯覆蓋率過低等技術問題，也克服 PVD設備過於昂貴等缺點。其能於高深寬比(AR > 20)之孔內完成均勻附著層與晶種層沉積，使孔內階梯覆蓋率達到>65%，且銅層與玻璃之間的附著性達到>3 N/cm。
4. 工研院機械所TGV電鍍填孔技術
工研院機械所之TGV電鍍填孔技術係藉由改變擴散項因子以增加電鍍架橋反應的效率，因此開發一含有硫醇小分子化合物的特殊電鍍添加劑，因其分子量較小，且立體結構相較其他電鍍填孔配方中的物質小，故具有高擴散特性，能快速擴散至TGV的中心位置，使得H型電鍍架橋時間有效縮短，並避免現有X型電鍍架橋方式產生缺陷的可能性。
(1) 6” 50 μm × 500 μm TGV Wafer
所開發之全濕式高深寬比TGV電鍍填孔技術應用於50 μm × 500 μm (AR = 10) 6吋晶圓，從圖十九中可以發現不論是晶圓中的哪個位置，TGV通孔均已完整填充且無任何缺陷，證實此項技術應用於高深寬比TGV通孔是可行的。
圖十九 工研院機械所6” 50 μm × 500 μm TGV Wafer SEM圖
(2) 6” 100 μm × 800 μm TGV Wafer
此技術也應用於100 μm × 800 μm (AR = 8) 6吋晶圓，從圖廿中可以發現到TGV通孔均已填滿且無任何孔洞缺陷形成，證實了此項技術不僅適用於50 μm × 500 μm (AR = 10)的TGV通孔中，100 μm × 800 μm (AR = 8)也能順利填充----以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
圖廿 工研院機械所6” 100 μm × 800 μm TGV Wafer SEM圖
★本文節錄自《工業材料雜誌》466期，更多資料請見下方附檔。