摘要:在此期间,半导体制造工艺不断进步,从微米级工艺向纳米级工艺发展。通过缩小晶体管的尺寸,半导体行业成功地在芯片上塞入越来越多的晶体管,满足了摩尔定律的预言。这段时间,处理器性能飞速提升,个人计算机、服务器和移动设备的计算能力迅速提高。
过去几十年来,摩尔定律一直是半导体行业的灯塔,指引着技术进步的方向。
在此期间,半导体制造工艺不断进步,从微米级工艺向纳米级工艺发展。通过缩小晶体管的尺寸,半导体行业成功地在芯片上塞入越来越多的晶体管,满足了摩尔定律的预言。这段时间,处理器性能飞速提升,个人计算机、服务器和移动设备的计算能力迅速提高。
然而,随着芯片制程工艺持续演进,逐渐接近物理极限,摩尔定律的速度开始放缓,芯片性能提升的瓶颈逐渐显现。在后摩尔时代,在计算需求瓶颈、芯片制造面临物理极限与经济效益边际提升的多重挑战下,先进封装作为突破摩尔定律的一个重要方向,成为业界角逐的重要赛道。
尤其是随着生成式AI浪潮的迅猛发展,进一步推升了对强大GPU运算能力、SoC和庞大HBM内存系统的整合需求,随之带动了先进封装的市场活力与发展潜力。
研究机构DIGITIMES Research在发表的《AI芯片特别报告》中指出,先进封装成长力道更胜先进制程,更加凸显了先进封装技术的重要价值。
在此背景和趋势下,Manz亚智科技近日召开技术创新论坛,在媒体沟通会上,Manz集团亚洲区总经理林峻生、 Manz集团亚洲区销售副总经理简伟铨、Manz集团亚洲区研发部协理李裕正博士以“化圆为方”,CoPoS封装赋能芯未来为题,向半导体行业观察等一众媒体进行了分享,介绍了先进封装时代,Manz亚智科技与行业伙伴正在面临的挑战与机遇。
据Yole数据显示,在AI、HPC、汽车和AIPC的推动下,先进封装市场预计到2029年将达到695亿美元,2023年至2029年复合年增长率为11%。
其中,行业领导者正越来越多地采用大芯片和异构集成策略,使用先进封装来补充前端扩展。据统计,2.5D/3D先进IC封装技术2023-2029年的年复合年增长率为15%,至2029年将占近40%市场,已经成为代工厂、封测厂、IDM、芯片设计厂商以及EDA厂商都竞相关注的一环。
CoWoS作为当前先进封装的代表技术之一,至2024年底,台积电CoWoS 月产能约3.5万片,2024全年产出约30至32万片,台积电并规划在2025年底将月产能提高至6万片以上;CoWoS在2022年至 2026年产能CAGR将达50%以上,可确定至少到2026年均会持续高速扩产。
“然而,以CoWoS先进封装技术制作出来的芯片具有高效能、低功耗的特性,是AI芯片的首选,此芯片的短缺成为瓶颈”,李裕正表示。有数据统计,2023年全球人工智能芯片市场营收为202.8亿美元,预计 2024年至2033年复合年增长率为38.16%。
在此趋势下,拥有较高面积利用率,能够提供更高产能和降低生产成本的“面板级封装”成为业界追逐的新趋势,CoPoS概念悄然兴起。
CoPoS 即Chip-on-Panel-on-Substrate,可以理解为CoWoS的面板化,即将芯片排列在方形基板取代圆形基板,“化圆为方”增加产能的新概念。
据简伟铨介绍,相较于传统封装方式,面板级封装提供了更大的灵活性、可扩展性和成本效益,同时能够在一次封装过程中处理更多的芯片,显著提高了封装效率和芯片产能,能有效缓解CoWoS先进封装产能吃紧,导致AI芯片供应不足的问题。
随着知名AI芯片巨头的转向,未来将有望充分释放板级封装的技术优势和市场需求,为行业发展注入了新动力。
与当前CoWoS封装技术中的硅中介层通孔、扇出型晶圆封装RDL技术或有机载板相比,未来玻璃中介层、板级封装RDL和玻璃芯载板成为新的技术方向,为产业链厂商提出新的要求和挑战。
面对芯片封装技术的变革趋势,先进的RDL制程在金属化线路的制造上,能够高效连接印刷电路板、IC载板及芯片,成为确保先进封装可靠性的核心要素。Manz亚智科技的RDL技术已广泛应用于FOPLP和有机载板的生产制程,并在此基础上进一步提升,重点聚焦于高密度玻璃基板和多样化化学制程材料的合作开发与设备整合设计。
简伟铨表示,Manz亚智科技的核心技术包括镭射制程、自动化、量测与检测、化学湿制程、电镀以及高精度喷墨印刷等设备。通过这些布局和创新,Manz亚智科技在板级封装、玻璃基板、IC载板和高深宽比电路板等应用中确保了RDL的关键作用,成为行业技术焦点。
回顾Manz亚智科技发展历程能看到,自从其投入半导体面板级先进封装技术研发至今,已经取得了诸多进展和突破,已成为了面板级封装的先行者和RDL制程设备领导供货商。
2014:投入半导体面板级先进封装技术研发2016:交付FOPLP 510mm x 515mm RDL湿制程试验线2019:交付FOPLP 600mm x 600mm RDL面板级封装生产线2022:交付FOPLP 700mm x 700mm业界最大生产面积之面板级封装生产线2023:投入玻璃基板TGV RDL制程技术研发2024:开发完成业界最大510mm x 515mm玻璃基板TGV通孔蚀刻设备李裕正博士通过介绍Manz亚智科技技术创新与进化的历程,让我们清晰的了解了这家企业如何在技术变革中保持竞争优势,持续取得市场突破的关键所在。
针对IC载板变革,Manz亚智科技在RDL制程经验的基础上进行了前瞻性的技术研发,投入更多研发力量,转向以玻璃基板为基础的架构,聚焦于高密度玻璃基板与多样化化学品等制程材料的合作开发与制程设备整合设计,强调针对不同类型、不同厚度的玻璃达成内接导线金属化制程与TGV玻璃通孔制程技术,并有效控制玻璃通孔内形状配置及深宽比,满足高纵深比的直通孔、高真圆度等制程工艺需求,以此使芯片具备更高频宽、更大密度和更强散热能力。
据了解,随着中介层/有机基板将切换成玻璃, Manz亚智科技也将RDL工艺实现于510mm x 515mm的玻璃基板,实现高带宽、高密度的D2D互连。这一特性在AI计算中尤为关键,能够有效满足数据传输与处理的迫切需求。
另外,针对不同类型、不同厚度的玻璃达成内接导线金属化制程与TGV(Through Glass Vias)制程技术,满足高纵深比的直通孔、高真圆度等制程需求,也是Manz亚智科技的优势所在。
众所周知,对于基板材料而言,玻璃基板是一项新的重要突破,可解决有机基板用于芯片封装产生的翘曲问题,突破传统基板限制,玻璃基板具备超高平坦度及更高散热性,可望提高基板互连密度,让半导体封装晶体管数量极限最大化,同时更省电、更具散热优势。
对于先进封装领域的各种应用,每片芯片上通常需要应用数万个TGV通孔甚至更多,并对其进行金属化,以获得所需要的导电性。 随着玻璃材料的结合,先进的基板创新得以持续。
英特尔甚至表示,玻璃基板将重新定义芯片封装的边界,能够为数据中心、人工智能和图形构建提供改变游戏规则的解决方案,推动摩尔定律进步。
从当前进展来看,尽管玻璃基板、TGV应用市场尚未大规模启用,但包括许多半导体厂商已开始积极参与构建相关生态系统。这些行业大厂掀起的玻璃基板浪潮,促使整个供应链也在积极努力,加速技术实现的进程。
玻璃芯基板作为新技术,纵然有很多优点,但仍面临着多方面的挑战。例如玻璃基板钻孔和填孔的优化,需要考虑对脆性的处理、金属线的粘附性不足,以及实现均匀的过孔填充和一致的电气性能。同时,选择适合各项指标的玻璃材料、玻璃边缘的抗裂性、高纵横比、金属化、提高良品率、大块玻璃基板的切割,以及产品整个生命周期内的散热和承受机械力,都是需要克服的技术难题。因此,需要产业链上下游厂商合力来克服相关的挑战。其中,Manz亚智科技作为产业链上游的设备厂商,作用巨大。
据李裕正博士介绍,凭借几十年来在设备领域的丰富经验和积累,Manz亚智科技在不断扩大RDL应用的同时,还聚焦于高密度的玻璃通孔及内接导线金属化工艺,将技术应用版图扩展下一代半导体封装TGV玻璃芯基材,进而满足了高纵深比的直通孔、高真圆度等制程需求。
据介绍,针对TGV的高纵深比需求,Manz亚智科技的 RDL制程设备可完整完成清洗、蚀刻、电镀、通孔以及电镀填孔的工艺任务,搭配自动化设备,可提供整合度高的玻璃芯基材解决方案,实现高真圆度通孔,优化器件电力与讯号传输,提升芯片效能。这不仅能够达到更高的封装效能及能源传递效率外,还可透过板级制程,满足高效率和大面积的生产,从而降低生产成本。
综合来看,Manz亚智科技能对应不同的导电层架构和封装技术提供相应的RDL制程设备解决方案和TGV制程工艺,迎接AI芯片面板级封装的快速增长商机,垂直向上整合高阶芯片,助攻面板级封装量产进程。
与此同时,Manz亚智科技还积极联合供应链伙伴,在制程、设备、材料使用上积极布局,并在厂内建置试验线,为客户在量产前进行验证,帮助客户快速进入量产阶段,缩短产品开发周期。
据悉,目前Manz亚智科技已成功交付300mm、510mm、600mm和700mm不同尺寸的面板级封装RDL量产线给多家国际大厂客户,从技术核心延伸实施到不同封装和基板结构,拥有丰富的技术和应用落地经验,确保客户在先进封装制程上的灵活性和先进性。
从生态角度来看,随着面板级先进封装和玻璃基板等技术的发展和普及,必将推动更多企业在研发上的投入,从而实现更高的技术标准和市场需求。但要想充分释放板级封装和玻璃基板的技术潜力,除了各环节企业加大该技术领域的投资之外,产业链协同更是关键。
因此,在本次技术创新论坛上,Manz亚智科技还邀请了来自国际半导体产业协会、云天半导体、三叠纪、佛智芯、森丸电子、矽磐微电子等行业顶级专家和学者,共同探讨了CoPoS、板级封装、玻璃基板等生产技术应用与发展潜能。
据多家行业机构预测,2025年将是半导体行业的一个关键拐点,企业如何在技术变革中保持竞争优势,将直接影响未来的市场格局。
面对Al趋势下CoWoS技术带来的新芯片产能不足挑战,以及CoWoS面板化的CoPoS技术愈发受到业内关注。关注面板级封装的最新进展无疑是行业厂商不容错过的机会。
而Manz亚智科技作为上游设备和方案提供商,其板级RDL解决方案适用于FOPLP、玻璃基板TGV、异质芯片整合等多种封装和基板结构,具备卓越灵活性。
未来将继续发挥自身在技术和市场方面积累的优势,迎接板级封装和TGV市场的快速成长,配合行业伙伴和客户的需求,积极推动板级封装实现产业化落地,全方位推进在先进封装领域的发展,为整个产业生态的建设贡献出更多的力量。
来源:半导体行业观察一点号