余成駿、張香鈜 / 工研院電光系統所
隨著人工智慧(AI)、高效能運算(HPC)、Chiplet及異質整合等應用快速發展，先進封裝技術正朝向高密度互連、高頻高速傳輸及多晶片整合方向演進，其中扇出型封裝(Fan-out Packaging)已成為重要的技術平台。然而，先進封裝開發涉及光罩設計、多層重佈線層(Redistribution Layer; RDL)、封裝製程及可靠度驗證等複雜流程，開發成本高且驗證週期長，對於IC設計公司、新創企業、材料供應商及設備製造商而言，皆面臨較高的技術導入門檻。為降低先進封裝開發成本並提升技術驗證效率，工研院建立扇出型封裝試量產線(Pilot Line)，並導入光罩共享(Mask Sharing)與共乘服務(Shuttle Service)模式，提供設計、製程、封裝、測試及可靠度驗證等一站式整合服務。本平台可支援多家客戶共同使用同一片晶圓進行產品開發與技術驗證，大幅降低試作成本，並縮短產品開發時程，加速新技術商品化。
本文介紹工研院所建立之Fan-Out Shuttle Service平台及其多層RDL製程技術，成功完成5P6M及6P6M高密度RDL結構、2 μm/2 μm細線距製程、Cu/Ni/SnAg凸塊及165 μm Cu Pillar等關鍵技術開發，並透過版圖最佳化、翹曲控制、附著力及電性測試，驗證本平台具備良好的製程均勻性與可靠度。平台除可提供IC設計公司快速產品試作外，亦可作為材料、設備及系統廠商之共同驗證平台，協助新材料、新設備及新製程技術快速導入與驗證，建立完整的先進封裝生態系統。未來，工研院將持續擴充Fan-Out Shuttle Service平台能力，逐步整合Glass Core、Hybrid Bonding、Chiplet、Co-Packaged Optics(CPO)及高速互連等先進封裝技術，提供更完整的試量產與驗證服務，協助產業加速產品開發與技術落地，提升台灣在全球先進封裝供應鏈中的技術競爭力。
【內文精選】
一、前言
先進封裝製程涉及光罩設計、RDL製作、介電材料、電鍍、晶片嵌埋、封裝、可靠度驗證及電性測試等多項複雜製程，若每一家客戶皆獨立開發，不僅需投入高昂的光罩與製程成本，也難以在短時間內完成製程驗證。因此，工研院建置完整的扇出型封裝試量產線，並導入Shuttle Service（共乘服務）模式，透過多家客戶共同使用同一片光罩(Mask Sharing)及共用製程資源，有效降低開發成本、縮短試作時程，提供設計驗證(Design Verification)、製程開發(Process Development)及小量試產(Prototype Manufacturing)等一站式整合服務，協助產業快速完成技術驗證與產品開發。
除了支援IC設計公司進行新產品開發外，服務平台亦可作為材料供應商、設備製造商及系統廠商之共同驗證平台。材料廠可藉由平台快速評估新型介電材料、光阻、電鍍藥水及封裝材料於實際製程中的表現；設備商可驗證新製程設備之均勻性、良率及量產可行性；系統廠與終端客戶則可透過完整封裝流程進行功能驗證及可靠度測試，形成完整的先進封裝生態系統(Ecosystem)，進一步促進材料、設備、製程及應用技術的整合發展。
二、扇出型封裝試量產線與共乘服務平台
近年來先進封裝產品生命週期逐漸縮短，許多IC設計公司、新創公司及材料供應商皆需要快速完成產品驗證。然而，由於先進封裝光罩費用昂貴，若每一家客戶皆獨立開發，不僅開發成本高昂，也造成試作效率偏低。
因此，本研究建置Fan-out Shuttle Service Platform，採用Mask Sharing概念，如圖一所示，將不同客戶之Layout整合於同一片12吋Wafer共同製作。平台提供Layout Review、Mask Design、RDL、Bump、Assembly、Electrical Test、Reliability，形成One-Stop Service，此外平台亦提供材料驗證、設備驗證等服務。
圖一、(a)為完成後的5P6M RDL carrier; (b)為一個重複單元(52 mm x 33 mm)，其中A~F來自不同客戶的6種不同的應用
● 5P6M RDL結構與製程
本研究所製作之重佈線層(Redistribution Layer; RDL)結構如圖二所示，共包含六層銅金屬層(6M)與五層聚醯亞胺(Polyimide; PI)鈍化層(5P)，最小線寬為5 μm。PI層中的通孔(Via)開口直徑為20 μm。本研究採用RDL-First Fan-Out製程，並以12吋玻璃載板(Glass Carrier)作為基板。首先在玻璃載板表面塗佈雷射剝離層(Laser Release Layer)，接著利用濺鍍(Sputtering)沉積Ti/Cu種子層(Seed Layer)。隨後透過光蝕刻(Photolithography)及銅電鍍(Copper Electroplating)形成第一層金屬配線。完成金屬層製作後，以旋轉塗佈(Spin Coating)方式形成聚醯亞胺(PI)層，經光蝕刻定義通孔(Via)開口後，再進行固化(Curing)，完成1P1M製程。上述製程流程重複執行，逐層堆疊形成完整的5P6M RDL結構 ---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
圖二、5P6M RDL架構示意圖(Not-to-Scale)