面板制造，应降低中介层成本

尺寸越来越大的中介层成本不断上升，这重新激发了人们对面板级制造的兴趣。多年来，由于芯片行业需要付出巨大的集体努力来改变格式，面板级制造的发展一直步履蹒跚。

多家公司正在研发各自的工艺，但目前尚未实现商业化生产。由日本瑞森纳克公司牵头成立的名为Joint3的新联盟，正致力于加速这些研发工作。

目前尚不清楚最终结果会如何。但此次变革的规模令人望而生畏。制造尺寸更大的中介层需要新的设备和工艺，其线间距比现有基板工艺更精细，所有这些都需要进行精细调整，以确保足够的良率，从而使这些投资物有所值。

“值得注意的是，面板或有机中介层的批量生产需要一套完全不同的自动化物料搬运系统（AMHS）和洁净室设备，”联电先进封装总监王派表示。“这套新设备必须能够集成硅芯片和面板处理工艺，从将圆形硅晶圆切割成单个芯片，到将它们与有机中介层组装到面板上。”

即便这一切最终实现，也绝非一朝一夕之功。大型矩形面板的制造设备仍需研发，面板尺寸也需要标准化。“某些设备存在尺寸限制，”SEMI智能制造负责人安舒·巴哈杜尔指出。

然而，经济激励正在不断增强。对于许多应用而言，中介层变得越来越大、越来越重要，成本也越来越高，而降低成本的最佳途径之一就是从晶圆转向大型矩形面板。这也是Joint3会员数量不断增长的原因。

Joint3 的计划是开发一条新的试验线，供参与者用来调试工艺流程，然后将该流程转移到生产线上。这使得参与公司能够利用现有的基板制造设备。“全球有很多研究机构，但有些专注于前端工艺，有些专注于晶圆工艺，还有一些专注于玻璃，”Resonac 电子事业部总部执行董事安倍秀典表示，“但没有哪个机构在主导大型面板级中介层项目。”

 化圆为方 

过去几年最大的变化是多芯片封装技术的快速普及，尤其是在人工智能数据中心领域。芯片和中介层的尺寸越来越大，成本和良率问题也随之而来。采用先进工艺节点开发的高性能芯片本身就极具挑战性，尽管最大光罩尺寸的限制使其难度有所降低。但中介层的尺寸往往是芯片的数倍，这使得其成本控制更具挑战性。

幸运的是，并非所有中介层都必须是硅基的。无源中介层没有主动电路，因此它们不像芯片那样依赖于先进的硅工艺。这使得一些性能不佳而无法用于芯片的替代材料（成本更低）成为可能。有机面板和玻璃目前都在考虑用作中介层材料。

面板的芯材形状任意，呈矩形。没有浪费的圆形边缘，所有材料都能得到有效利用。相比之下，硅片由于硅锭的生长和切割方式，呈圆形。圆形也有利于腔室内的均匀加工，但这需要付出一定的代价。

有机面板与印刷电路板 (PCB) 完全不同，虽然其通用格式与 PCB 类似，但线间距 (L/S) 要求远低于 PCB。封装基板的尺寸要求也更高，因为它们需要比 PCB 模具更小的尺寸——线间距低至 10µm——而 PCB 模具的线间距能力要大得多。

先进的中介层技术可将尺寸缩小至 1µm L/S，低于基板所能达到的极限。要实现大规模量产，还需要进一步的工艺开发。

但尺寸上的灵活性也曾阻碍了这项技术的普及。部分原因是目前还没有统一的标准。“设备公司一直抱怨说，‘由于面板尺寸没有统一标准，很难预测客户在设备制造方面会采用什么尺寸，’”SEMI制造合作高级总监马克·达席尔瓦说道。

潜在客户虽然表达了支持，但并未采取实际行动。“这其中存在接受度方面的挑战，”SEMI 的 Bahadur 表示。“尽管面板技术一直被吹捧为下一个重大突破，但终端用户尚未接受。虽然大家似乎都对面板制造的到来感到兴奋，但他们真的愿意使用吗？我还没有看到这一点。”

理论上，面板的尺寸可以是任意的，但设备设计需要对加工面板的尺寸做出假设。一些公司正在讨论边长达 600 或 700 毫米的面板，但此类项目目前仅在个别公司内部开展，行业尚未普遍接受这种尺寸。

巴哈杜尔说： “有人说他们可以研发600×600mm²的面板，但是没有面板开发工具包。所以有很多因素阻碍了面板的开发。”

另一个问题是缺乏搬运这些面板的设备。“你需要类似FOUP（前开式一体化吊舱）的设备，”达席尔瓦说。“你需要能够搬运这种尺寸面板的机器人。”

由于这种不确定性，设备制造商一直不愿投入生产设备，而没有设备，就没有生产面板。这有点像先有鸡还是先有蛋的问题。

 除了面板尺寸之外，完整的生产 

流程也至关重要。许多独立的项目专注于流程中的不同环节，例如光刻、沉积、蚀刻和清洗，但要将大尺寸面板投入量产，还需要付出更多努力。例如，日本政府曾资助过一个名为Joint2的早期项目，该项目开发了部分工艺步骤，但并未涵盖完整的生产流程。

继Joint2之后，Joint3也随之成立。值得注意的是，这个由27家参与者组成的联盟并非由政府资助。其中大部分（但并非全部）是日本公司，而大多数非日本公司都是全球知名的企业。

加入该联盟的公司名单让我们得以一窥实现有机面板级中介层涉及的诸多要素。“随着器件复杂性和尺寸的增加，基于晶圆的中介层面临着良率和成本方面的挑战，”Brewer Science首席商务官Poupak Khodabandeh表示，“面板级制造能够实现更高的产量、更低的单层中介层成本，并可扩展应用于人工智能、高性能计算和高端消费电子等领域。”

Brewer Science 的角色将涵盖前端和后端需求，并结合先进的聚合物化学技术。“Joint3 项目计划于 2026 年开始生产原型面板，它很好地诠释了合作如何加速新型包装架构的开发，并推动行业向前发展，”Khodabendeh 表示。

与此同时， Lam Research将为高带宽存储器、人工智能CPU和GPU提供沉积和蚀刻服务。“加入Joint3联盟使我们能够助力先进衬底技术迈入新时代，”该公司发言人表示。

“芯片封装技术的新突破对于提升复杂人工智能芯片的性能、能效和可制造性至关重要，而面板级中介层封装有望成为一种经济高效且适应性强的平台，”Ansys（现为Synopsys旗下公司）产品管理副总裁Steve Pytel表示。“借助Synopsys的多物理场仿真、设计验证和虚拟原型解决方案，我们将能够促进跨学科合作，帮助联盟伙伴严格验证其概念，并加速推出可上市的面板级中介层技术。”

即使是目前尚未积极参与面板级有机中介层业务的公司，也对市场未来的发展持开放态度。例如，联电目前没有进军面板和有机中介层生产的计划，也不是Joint3联盟的成员。“但是，考虑到市场动态的不断变化，联电已经与生态系统合作伙伴展开合作，为潜在的面板和有机中介层解决方案做好准备。”王先生表示。

 规格、设备和进度安排 

Joint3团队正在研发515×510mm²的面板。虽然这个尺寸看起来有点奇怪，尤其是它并非正方形，但这是封装基板制造商常用的尺寸。“这是基板行业的标准尺寸，”Abe说道，“这意味着面板级设备已经可以支持这种尺寸。”

该工艺设备可能需要改造，但无需从头开始设计。不过，它的尺寸比其他一些公司正在探索的设备要小，因此最终行业需要决定面板的尺寸。

该项目面临的挑战之一是，虽然尺寸与基板匹配，但线宽/间距要求却不同。“对于基板，我们讨论的是10微米的线宽/间距，”Abe说道，“但对于中介层，我们讨论的是小于1微米的线宽/间距。因此，对于我们光刻设备等设备而言，要求完全不同。”

因此，这就需要洁净室。“如果要达到5微米的线宽/间距精度，就需要洁净室，但精度要求不及芯片制造所需的洁净室，”弗劳恩霍夫集成电路研究所自适应系统工程部高效电子部门负责人安迪·海尼格说道。

巴哈杜尔说：“在如此大尺寸的面板上进行高精度金属化是一个难题。他们在研发阶段已经做到了，但在生产中实现非常高的精度和对准精度可能很困难。而且中介层很容易开裂。”

因此，这种面板级加工工艺介于无需洁净室的传统封装工艺和需要极高洁净度的硅加工工艺之间。随着这些技术的进步，它越来越像前端硅加工工艺。“我们尝试采用硅加工方法，无论是有机基板还是玻璃基板，”巴哈杜尔指出。

矩形面板的形状也给一些硅基材料沿用数十年的工艺步骤带来了挑战。“材料涂覆是一个关键挑战，”安倍指出，“液态材料通常采用旋涂法，这是一种成熟的工艺，可以实现均匀的厚度。但是，在面板上进行旋涂并不容易，尤其是在要保证良好均匀性方面。”

Joint3项目于今年启动，计划持续数年。“我们去年八月启动了这个项目，这将是一个为期五年的项目，”Abe说道。该项目的初步计划是在东京以北的茨城县由纪市建立一个新的先进面板级中介层中心（APLIC）。中介层尺寸将达到光罩尺寸的8倍至10倍，线/空互连线间距为1µm，并采用5层布线。他们还将致力于研发用于硅桥接的芯片级中介层，其线/空互连线间距为2µm。

第二栋建筑位于川崎，是现有的先进封装研发基地。它将使用在APLIC开发的中介层来构建封装，并将其贴装到主板上以评估结果。

 这究竟是标准还是仅仅是下一步？

虽然 Joint3 可能会加速面板中介层的生产，但目前尚不清楚该工艺是否会成为正式标准，甚至成为事实上的标准。Joint3 采用的尺寸规格的优势在于，现有的设备可以满足该尺寸的需求。这扫清了发展的一大障碍。

另一个优势是该项目无需建立大规模生产线。“我们的目标是利用这条试验线生产出更好的材料，”阿部说道。“Joint3 对我们来说就像一个练习场，我们可以利用这个测试平台来完善材料，然后再交付给客户。我们不会为这些中介层建立大规模生产线。那不是我们的业务，那是客户的业务。”

项目完成后，Joint3成员将获得流程的使用权限。联盟外的公司则需要自行开展独立的开发工作。

Joint3 正在研发的面板能否被更大尺寸的面板所取代？或许如此。如果 Joint3 的工艺能够投入批量生产，那么客户的反馈应该会更加明显，而且在探索更大尺寸之前，可以先解决 515×510 毫米尺寸的生产问题。这在一定程度上解决了“先有鸡还是先有蛋”的难题，使得在研发下一步工艺的同时，可以先生产现有尺寸的基板。

SEMI 也正在准备一份关于此主题的白皮书，预计将于 2025 年底发布。“SEMI 有一个名为先进封装和异构集成 (APHI) 社区的技术社群，”达席尔瓦说道。“联合主席是来自英特尔的 Ravi Mahajan 和来自日月光的 Bill Chen，目前的重点是呼吁各方采取行动，弥合标准差距。因此，SEMI 和 iNEMI 正在合作撰写一份白皮书，以了解这些工作的标准现状。这不仅仅关乎面板尺寸，还关乎支持该尺寸面板的所有基础设施。”

这份由行业联盟提交的文件有望反映出行业的期望方向，无论最终是遵循 Joint3 的模式还是其他方案。但就目前而言，Joint3 似乎是最有前景的完整流程方案。