
隨著半導體技術的不斷發展,先進封裝作為后摩爾時代全球集成電路的重要發展趨勢,正日益受到廣泛關注。封裝技術的演進對基礎材料提出了更高要求,其中高性能銅箔作為關鍵導電介質,在重新布線層(RDL)、凸點制造等環節的重要性日益凸顯。受益于AI、服務器、數據中心、汽車電子等下游強勁需求,半導體封裝朝著多功能、小型化、便攜式的方向發展,先進封裝市場有望加速滲透。據Yole的數據,全球先進封裝市場規模預計將從2023年的378億美元增長至2029年的695億美元,復合年增長率達到10.7%。
一、封裝技術迭代
目前芯片在算速與算力上的需求提升,高速信號傳輸、優化散熱性能、更小型化封裝、降低成本、提高可靠性以及實現芯片堆疊等成為封裝領域新追求。從制造工藝端來看,為持續提升集成度,先進封裝從最初的倒裝封裝(FC),逐步向晶圓級封裝(WLP)、2.5D/3D封裝等迭代。封裝技術的發展可分為四個階段。

傳統封裝首先將晶圓切割成芯片,然后對芯片進行封裝;而晶圓級封裝則是先在晶圓上進行部分或全部封裝,之后再將其切割成單件。晶圓級封裝方法能夠進一步細分為以下四種不同類型:其一,晶圓級芯片封裝(WLCSP),能夠直接在晶圓的頂部形成導線和錫球(Solder Balls),且無需基板。其二,重新分配層(RDL),運用晶圓級工藝對芯片上的焊盤位置進行重新排列,焊盤與外部通過電氣連接的方式相連接。其三,倒片(Flip Chip)封裝,在晶圓上形成焊接凸點,以此來完成封裝工藝。其四,硅通孔(TSV)封裝,借助硅通孔技術,在堆疊芯片的內部實現內部連接。

1.晶圓級封裝(WLP)
晶圓級封裝(Wafer Level Packaging, WLP)是一種前沿的半導體封裝技術。與傳統封裝方法不同,WLP在晶圓制造階段即對芯片進行封裝,而非切割成單個單元后進行。這一創新方式使得晶圓上的芯片能夠先進行測試和封裝,隨后再切割成獨立個體,從而大幅度提升了生產效率和封裝密度。
扇入型的錫球均位于芯片表面,而扇出型則可延伸至芯片外。扇入型需在封裝后才切割晶圓,扇出型則先切割再封裝,芯片排列在載體上重塑為晶圓,之后取出晶圓進行級處理并切割成單元。扇出型不僅保持扇入型的電氣特性,還解決了其無法使用現有封裝測試設施、錫球陣列過大無法封裝及封裝不良導致的成本增加等。因此扇出型WLCSP近年來應用日益廣泛。
2.重新分配層 (ReDistribution Layer, RDL)
RDL技術是對晶圓上已有鍵合焊盤進行重新布線的工藝,通過增加金屬層來改變焊盤布局。這是一種晶圓級工藝,專為焊盤重排設計,處理后仍需傳統封裝。客戶若想獨特排列晶圓焊盤,采用RDL技術比更改晶圓制造更高效。此外,RDL也適用于中心焊盤芯片的堆疊。
3.倒片封裝 (Flip Chip)
倒片封裝技術通過將芯片上的凸點翻轉并安裝于基板等封裝體上,實現芯片與板的電氣連接。此技術已很大程度上取代傳統引線鍵合,原因有二:
(1)引線鍵合對輸入/輸出(I/O)引腳數量和位置有限制,而倒片封裝無此限制;
(2)倒片封裝的電信號傳輸路徑更短。

4.堆疊封裝 (Stacked Packages) 堆疊封裝技術能減小產品體積、提升性能,是產品開發的重要方法。過去,一個封裝體內通常只封裝一個芯片,但現在可開發多芯片封裝或大容量存儲器封裝,甚至整合多個系統組件于單個封裝體內。在3D TSV封裝中,硅通孔內的銅填充工藝需要與銅箔電鍍技術協同優化,當前TSV銅深寬比已突破20:1,對銅箔結晶取向控制能力提出新挑戰。 這些技術助力半導體公司打造高附加值產品,滿足市場需求。 二、支撐先進制程工藝的改良半加成法(mSAP) 在先進封裝技術演進過程中,改良半加成法(Modified Semi-Additive Process, mSAP)成為上述封裝中實現高密度銅互連的核心工藝。mSAP通過電鍍銅在超薄載體銅箔上形成精細線路,再通過蝕刻去除多余銅層,最終保留高精度電路圖形。與傳統減成法相比,mSAP能夠實現線寬/線距(L/S)小于10μm的布線能力,廣泛應用于ABF載板、RDL層制造等場景。 mSAP工藝的關鍵在于超薄載體銅箔的性能。此類銅箔需具備厚度均勻性(±0.3μm)、極低表面粗糙度(Rz≤1.5μm)以及優異的抗剝離強度,以確保電鍍過程中銅層與臨時載體的穩定結合與精準分離。 三、未來發展趨勢 在當前AI等新興領域帶動下,移動和消費類、電信和基礎設施以及汽車等終端市場需求強勁增長,先進封裝市場快速增長,產業鏈各細分環節都有望迎來國產替代廣闊機遇。先進封裝會朝著更高集成度、更小尺寸、更高性能以及智能化等方向發展。例如,可能會出現將更多種類芯片集成在一個封裝體內的技術,進一步縮小封裝尺寸,采用更先進的材料和工藝提高性能,以及實現封裝體的智能化監測和控制等。 四、結語 先進封裝作為半導體產業的關鍵環節,在滿足終端應用需求、推動半導體行業發展方面具有重要作用。隨著市場需求的增長和技術的不斷進步,全球先進封裝市場規模將持續擴大,國內企業在市場格局中也有一定的發展機會。例如,在關鍵材料領域,國內銅箔企業已實現HVLP(超低輪廓)銅箔量產突破,未來通過加強與封裝廠商的聯合研發,有望在超薄載體銅箔、RDL專用銅箔等高端市場實現進口替代。未來,先進封裝技術將不斷創新和發展,為半導體產業帶來更多的可能性,也為國內銅箔企業帶來更多的發展機遇。
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