台实实业推广三维纳米架构解决Hybrid Bonding与热处理难题

硅片上的纳米线结构。

全球半导体制程已经进入到三纳米的竞争，随着半导体元件尺寸微型化加剧，越来越接近物理极限，研发新一代高效能元件是产业界发展的显学，宛如军备竞赛般的钜额资本支出，以强化缩小元件尺寸技术的布局，同时也多管齐下转进到从晶体管与元件结构的新设计，透过不同的材料、结构和工作原理方面进行探索，其中，纳米线(Nanowire)结构正是在这波科技发展领域中受到注目。

虽然做出纳米线结构仍处于实验室验证阶段，但是德国新创企业Nanowired GmbH率先发展出制程设备与材料，正准备大举在半导体、车用电子、3D封装、LED巨量转移、印刷电路板与散热模块等产业上寻求发展机会。

目前锁定利用这种纳米线金属做为一种高精密度互连(Interconnection)的微结构，由于纳米结构上，量子力学效应挂帅，在精密控制纳米线的长度、角度与线宽等各种不同的组合规格下，可以改变金属的物理特性，而形成在一般常温下做为连接两片金属的崭新技术，用以取代传统高温焊接的制程，对于竞争白热化的全球半导体产业而言，具有相当大的市场价值与潜力。

台实实业，专注于德国技术产品的代理商，目前主要代理产品包括RF 360 & TDK与Qualcomm的表面声波(SAW)、温度补偿表面声波(TC-SAW)、体声波(BAW)等滤波器元件、陶瓷元件、电容器和电感器等零组件，在台成立超过40年，台实实业过往与Siemens的关系久远，当年台北市捷运系统采用西门子系统的年代中，台实实业也实际参与重要的合作。

台实实业事业发展经理苏家威先生接受这次专访，专为代理Nanowired GmbH的金属纳米线技术与制程机台而来，尝试引进纳米线技术在半导体3D封装、AiP天线、印刷电路板的PC载板与散热模块等产业，解决产业上的棘手的封装与热处理问题。

台实实业代理Nanowired GmbH纳米线量产制程与机台

Nanowired GmbH创立于2017年，聚焦于发展纳米线量产制程的机台与材料，其3位主要科学家兼创始人的专利技术在于做到长度、方向、均一性都可以控制的纳米线，目前主要营运目标在于推展产业界的应用，在德国的汽车市场上已经开始崭露头脚，而台湾是全球半导体产业的重镇，是纳米线制程理想的技术热点。

Nanowired GmbH的纳米线做为连接导通线路的技术，传统上使用焊接将铜、金、镍、银等连接线接在一起，因为金属熔点都超过摄氏300度，在硅片、存储器裸晶堆叠、PC载板、5G通讯AiP天线模块、CMOS光电传感器封装，还有软板(FPCB)的接点连接上，高温的焊接制程都会有重大的疑虑，而为了保持接触电阻(Contact resistance)小于1 µΩ/mm²的要求，又要兼具足以承受15至60MPa的双轴向应力的拉扯作用，这就是这个技术的核心卖点。

纳米线是半导体线路高精密度互连的颠覆式创新技术

Nanowired GmbH所开发的纳米线制程机台，利用透过曝光显影将纳米线结构生成于极小的区域，主要制程由光罩(Mask)、纳米线生成(NanoWiring)、光阻去除(Strip)与裸晶堆叠(Stacking)4个关键制程所组成，适用于具有ISO 5(Class 100)到ISO 10规范之间的无尘室环境，当中核心的纳米线连结制程又细分3种主要连结技术，分别是KlettWelding、KlettSintering与KlettSintering+。

KlettWelding、KlettSintering与KlettSintering+是其自创的名称，当中KlettWelding 是指在摄氏23度、60毫秒时间条件下，将两个金属接点黏贴，并得到15~20MPa的接合应力。

KlettSintering则是指额外再加压约10秒钟，使用加温到摄氏170度来黏贴接点，而KlettSintering+则是加压与加温之外再加上Nanowired GmbH所开发的纳米线金属胶带(KlettWelding Tape)，以介于来黏贴两片金属之间，这些不同的纳米线制程综合使用加压、加热与特殊材料的金属胶带而成，因应不同产业界对温度忍受性与接点所需接合应力大小而有选择不同的制程。

欧洲汽车市场成为纳米线技术完美的舞台

目前透过与产业界的相互合作测试，在欧洲市场率先拔得头筹，展开在汽车工业的试点以回应客户的殷切需求，因为汽车工业使用大电流的汽车电子设计愈来愈多，一般的金属接点可能用焊锡或是镍等金属进行焊接。

由于铜质导线传导能力较佳，造成大电流通过的热量都留置在焊接点上，往往变成安全性上的风险，尤其电动车正风起云涌造成市场的大改变之际，其电池充电器因为大电流的设计，更容易造成接点发热，影响分秒必争的充电效能，这是各家品牌大厂急需解决的关键议题，目前在德国市场上的汽车零组件供应商已经开始使用Nanowired GmbH所开发的纳米线技术来测试最佳解决方案。

纳米线瞄准半导体产业的新机会

苏家威表示，台实实业在台湾业界中本身就是国内网通大厂的零组件供应链的一环，鉴于5G通讯的智能手机与基站等设备，正积极拥抱AiP天线与技术，但是遇到了焊锡本身容易造成射频信号反射的缺陷，而让5G天线接收与传输的速率受到拖累影响，国内网通大厂正寻求解决信号高速传输效能的技术挑战。

同样的挑战也发生在云端数据中心因应800GbE规格的即将问世，最高传输速度进一步提升至800Gbps ，Ethernet信号调变面临800GbE的高速信号传输与接收所面临的严苛测试，尤其在服务器用的PCB多层板线路设计时。

由于数据传输速度高，再加上采用HDI多层板的设计，往往随着走线、过孔和连接器中发生损耗引起的信号衰减，容易产生影响信号完整性的问题，其他还有包括PCB产业的软硬板接线的问题，因为回焊炉(Reflow oven)的高温产生铜箔翘曲而在制程良率上的冲击，这对于纳米线而言，无疑都是一展身手的完美舞台。

除此之外，对于半导体晶圆厂纷纷跨足3D封装技术，晶圆对晶圆的接合技术包括CoWoS(Chip on wafer on Substrate)与多晶圆堆叠(Wafer on Wafer)封装技术正形成新一代创新封装技术的机会。

对纳米线而言，晶圆对晶圆的贴合可以在室温下利用适当加压，或加热到170度，就可以改善传统的打线接合(Wire bonding)制程，甚至未来寻求技术取代的机会，这将大大改变3D封装技术的未来。