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IC载板制造面临的挑战及其重要性

  • 吴冠仪台北

(左)自动光学检测解决方案、(右)自动光学成形解决方案。KLA
(左)自动光学检测解决方案、(右)自动光学成形解决方案。KLA

半导体封装载板(ICS 或 IC 载板)是整体晶圆封装的基础,在半导体晶圆的纳米世界与印刷电路板PCB的微米世界之间,建立了强大的连结。IC载板包含多层板,而且中央通常有一个支撑核心,可保护及支持封装内的芯片,并在封装芯片与下方的印刷电路板之间提供连结。ICS内的钻孔与导体线路比印刷电路板密集,同时也是装载所有模块与封装的最终基板。

使用ABF(Ajinomoto Build-Up Film)材料和先进的SAP制程生产具有核心层的IC载板。从设计阶段和优化制造程序开始,然后是核心层和增层之间建立互连,然后在每一增层到下一增层间建立互连的反覆制造过程。

2D/3D量测解决方案。KLA

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IC载板面临的机会

电子业纷纷追求更高的效能、更小的面积,以及更低的耗电量。这样一来,前端的半导体芯片架构便更趋复杂,对于提高IC载板连接密度的新需求也应运而生。

更具体而言,带动ICS需求的三大趋势包括:一、对于消费性电子产品与移动通讯装置的需求,因为电子产品制造商必须为此提供更轻巧且功能改良的可携式产品。二、采用ICS技术的芯片封装是5G问世的前提。随着采用5G先进通讯技术的国家增加,5G基站成长可期。三、对于高效能运算的需求愈来愈高,驱动自最先进的AI应用与注重于运算效能最大化的应用。

IC载板制造中最重要的因素正在发生变化

产品良率与可靠性是制造IC载板最重要的因素。前端芯片架构日趋复杂,为支持更优异的效能,IC载板将提供更多连接方式。ICS制造商必须在开发特徵较小的新整合方案时,兼顾高品质要求。IC载板通常用于高价值的小芯片封装,封装内只要有一个不良芯片或有问题的载板,就可能毁掉整部装置。

因此,尽管复杂度愈来愈高,ICS制造商还是需要高良率和高可靠性,经济层面才能实现效益、才能在市场维持竞争力,并且让客户满意。

IC载板生产达到高良率与高可靠性的关键挑战

先进IC载板用于各式各样的封装方案,包括将多种芯片类型结合为单一先进封装的诸多方案。IC载板较厚、层数更多,为了支持较为复杂的封装整合,体积也比较大;同时,线路与间距的尺寸愈来愈小。

以下5个挑战使得ICS制造商难以实现高良率与高可靠性:

第一、独特的昂贵材料和制程-制造商必须避免浪费及优化效率。利用先进的软件解决方案,将所有工作类型的工作流程自动化,他们就能实现这项目标。另外,自动分析、优化与面板化对制造商也有好处,可充分利用材料,使制程更有效率。

第二、ABF制程维持介电层的品质-在 ABF 层压过程让膜厚度维持一致并不容易。ABF厚度不一,可能导致电效能不一致,电路可靠性降低。量测系统对于监测这类厚度至关重要,因为精确的度量有助于调校过孔钻孔。封装的层数愈来愈多,线距也愈来愈小,因此 ABF 的厚度将继续变薄,连带对量测要求也会造成影响。

第三、在不平坦的表面外形将最细的线路成形-IC载板电路设计的间距愈来愈小,因此可提供密度和效能愈来愈高的电路。较细的线路若要成形,必须使用更多板面分割达到极致的对位与叠合精确度,但生产量高时则难以实现。此外,将不一致的表面外形与非常小的间距值结合也伴随诸多挑战。低景深的微影系统无法处理缔造高曝光品质所必须克服的表面变形。高景深且连续的直接成像系统,制程容许空间较大,可制造性较高,能够实现更优异的线路品质。

第四、降低缺陷率-各种缺陷类型都会影响整个IC载板制造的良率。气泡(基底材料内的空隙或气泡)可能造成各种问题,例如电性特性下降、散热性,以及机构完整性疑虑。在预固化阶段之后,检测较薄的基材内气泡,对于维持品质与可靠性至关重要。铜缺陷率也可能带来挑战。普通IC载板采用ABF层压板,而进阶ICS,例如FC-CSP(ETS 制程)所使用的ICS,则是使用铜基材(底铜)。铜对铜检测一词是指,检测铜基材(底铜)层上的铜图形,旨在检测各种图形缺陷,例如短路、刮痕、断开与凹陷(铜表面凹陷)。若要在ICS制造过程制定有效的制程控制策略,自动光学检查系统提供的解决方案,是发现和减少缺陷不可或缺的一环。

最后第五点、在正确的位置钻出微型的导通孔-IC 载板特徵日益复杂,精确度与产速皆在制程中扮演了重要角色。IC载板雷射孔钻孔时,难以快速准确找到对的位置,快速准确在板子上确认靶点的位置,然后啓动钻孔程序,才能在不影响相邻电路结构的情况下,让所有盲孔都打在焊盘上。

先进的制程技术搭配制程控制。整个半导体生态系统中互连图案设计会愈来愈小,于是前端、封装与载板这三个领域的制程与制程控制方法便有机会整合。IC载板制造商必须采用新的策略,提高良率,同时增加更复杂技术的IC载板产量。IC载板愈来愈复杂,制造商需要KLA先进的制程与制程控制系统。