先进封装火热背后，不可低估的重要玩家

正如Yole所说，在人工智能等应用的推动下，先进封装正在发展迅猛。
 
据Yole在报道中预测，先进封装 (AP) 市场在 2023 年至 2029 年期间的复合年增长率将达到 11%。AP 的各个子市场，包括倒装芯片、系统级封装 (SiP)、扇出型封装 (Fan Out)、晶圆级芯片尺寸封装 (WLCSP)、嵌入式芯片和 2.5D/3D 封装，均实现了正增长，并推动着 AP 行业向前发展。
 


熟悉封装行业的读者可以看到，上述大多数封装大多都是在传统技术基础演进。但其实随着终端需求的变化，一些新的技术逐渐走向台前。
 
“随着 AI 芯片尺寸的不断增大，芯片利用率仍然存在优化空间，因此市场正逐步从传统的圆形晶圆（wafer）转向更大的方形 panel。为了满足 AI 发展带来的更大封装需求，目前的市场策略是从 310mm×310mm 发展到 600mm×600mm。”库力索法执行副总裁/总经理张赞彬 Chan Pin Chong在早前的Semicon China现场采访中告诉半导体行业观察。
 
其他诸如玻璃基板、混合键合等技术，也都成为了近年来的讨论热点。
 
过去，谈到先进封装的时候，我们很多时候谈到的是类似日月光、通富微电和安靠这样的OSAT；近年来，聚焦给摩尔定律续命的台积电、三星和英特尔也成为了先进封装领域的重要玩家；随着Chiplet的异军突起，类似SiliconBox等新兴企业也横空出世。
 
但其实，谈到先进封装（或者说封装），绕不开类似库力索法这样的设备（和耗材）供应商。
 
库力索法是谁？
 
成立于1951年的库力索法 （Kulicke & Soffa）是行业领先的半导体封装解决方案提供者。
 
据介绍，自1951年创立以来，库力索法始终以开拓科技为进步的基石，不断创造领先的互连解决方案，为当今和未来的半导体业界带来性能更高、能源与空间更节省、表现更卓越的新一代元件。
 
秉承几十年专业研发经验以及在工艺技术上的深厚积累，库力索法不断扩大其设备、耗材及服务的范围，并为市场提供包括线焊、先进封装等一系列完整的解决方案。库力索法一直以来也致力于技术探索，并与客户、技术伙伴一起，不断突破科技界限，为智能化的明天创造无限可能。
 
目前，库力索法在全球八个研发中心有着超过500位研发人员，通过与客户和行业领军企业紧密合作不断攻克技术壁垒。经过这些年的合作深耕，公司在产品和业绩上也获得了广被称赞的表现。当中，在Wire Bonding（引线键合）设备方面，库力索法就拥有很高的声誉。
 
作为半导体封装中常用的制造工艺，Wire Bonding被广泛用于在半导体器件（例如芯片或裸片）和封装基板之间建立电连接，从而实现器件内部的信号传输、功率分配、热管理等功能。选择合适的引线键合技术、引线材料、键合参数和工艺控制，可以为各种应用实现最佳的引线键合连接。
 
从类型来看，引线键合可以划分为Ball Bonding、Wedge Bonding、Fine Pitch Bonding以及Reverse Bonding等几方面。而库力索法在当中不少方向上都有布局。当中，TCB无疑是近年来最受关注的技术之一。
 
TCB，大有可为
 
TCB，也就是Thermo-compression Bonding，即所谓的热压键合，是一种利用热量和压力，将细线（通常为铝或金）与键合焊盘连接起来。当热量软化细线时，施加压力以形成键合的技术。
 
众所周知，多年来，业界一直使用传统的铜微凸块作为许多中高端封装的互连方案。微小的铜凸块在芯片上成型，然后连接并组装成封装，从而在器件之间提供小型、快速的电气连接，TCB设备就是实现高精度互联的关键。但是，随着互联密度的增加，这种互联方案的问题逐渐凸显。
 
以40μm pitch密度的封装为例，因为芯片上的bump size为 25μm，那就意味着凸块之间的间距为 15μm。展望未来，如果bump之间的间距可以进一步缩小，就带来了新的挑战。为此分析人士认为，在bump之间的pitch间距为 10μm 时可能会出现“撞墙”现象，这促使人们需要一种名为“Hybrid Bonding”的新技术，混合键合技术针对 10μm 及以下的间距。
 
不过，因为“Hybrid Bonding”对于制造环境有很高的要求（类似晶圆厂级别），且成本会较高，这就推动大家去寻找更多折中的办法。张赞彬 Chan Pin Chong则直言：“在库力索法看来，在10μm的pitch之后，TCB仍有机会。”他进一步指出，HBM（高带宽存储）可能涉及 8 层、12 层甚至 16 层 以上的堆叠，因此在 HBM 领域，TCB的需求量预计会远超逻辑芯片，市场规模也将进一步扩大。
 
Yole在报告中指出，TCB设备市场份额将从2024年的1.36亿美金增长到2029年的2.7亿美金，年化增长率会达到14.7%。有见及此，库力索法针对终端需求，深耕TCB设备。
 
该公司先进封装事业部产品经理赵华 Eric Zhao介绍说，自2014年推出公司的第一代TCB设备APAMA以来，公司持续在这个领域投入研发，迭代更新，并最终在2022年推出了名为APTURA的第三代TCB设备。据了解，APTURA 目前有两种型号，分别适用于芯片和基板（substrate）。
 
“我们的第一代TCB设备具备1.5um的精度，支持像Chip-to-Substrate、Chip-to-Wafer不同进料方式，同时可以支持像TC-CUF/NCP/NCF等不同的工艺。到了第三代设备，我们将精度提升到仅次于Hybrid Bonding设备的0.8微米”赵华表示。他指出，这款设备还可以支持Fluxless TCB，也可以做铜对铜的Bonding，这将给公司延长TCB的应用寿命提供了可能。
 
在他看来，这种无助焊剂的TCB技术，是产业发展的必由之路。
 
Fluxless TCB，未来方向
 
赵华告诉半导体行业观察，之所以会发力Fluxless TCB，是因为随着die size越来越大，传统的Fluxless会遇到清洗不干净的问题。“因为Fluxless都会在芯片中间，再用传统的Fluxless，就会存在清洗不干净的情况。”赵华解析说。
 
而在bond pitch小于45微米之后，芯片中间密度也会越来越高时，传统TCB方式在这种情况下也会存在助焊剂洗不干净的情况。更有甚者，因为当前助焊剂清洗是否干净还没有标准检测来判定，只能在后续可靠性测试中检测，这让客户非常头疼。
 
于是，库力索法便在Fluxless TCB上发力。具体而言，就是使用甲酸蒸汽去除锡或者铜表面的氧化物。
 
“当我们温度达到100-150度时，甲酸进去会与氧化锡发生反应，就会生成二甲酸锡和水。当温度大于150度时，二甲酸锡就会分解成锡、二氧化碳跟氢气。”赵华表示，他指出，原先甲酸回流炉已经非常成熟了，但库力索法是业内第一个将这个方案应用到TCB中的供应商。
 
据介绍，库力索法的Fluxless TCB拥有以下几点优势：
 
1.不需要使用助焊剂，避免了潜在的设备和Bonding等其他敏感的元器件的污染问题；
2.可以使用更高的加热温度；如果用助焊剂，会担心温度过高助焊剂会挥发。但使用Fluxless TCB就不存在这种问题，从而可以使用更高的bond chip温度。 
3.没有助焊剂，可以看得更清楚；如他们所说，助焊剂针对机感或者芯片表面会有遮挡，但Fluxless TCB不会存在这样的问题。 

“我们的方案相对来说比较成熟，我们的Fluxless TCB方案也通过了CE、CEMI S2方面的认证。迄今为止，至少有两家客户已经基于我们的Fluxless TCB（甲酸方案TCB）设备量产。毫无疑问，我们提供的是业界领先方案。”赵华强调。“库力索法的Fluxless TCB除了能做传统的solder Bonding外，还可以用作过去认为只有Hybrid Bonding能做的Cu-Cu Bonding，将bond pitch做到10微米以下。”赵华说。
 
虽然能做到同样的间距，但和Hybrid Bonding相比，Fluxless TCB的Cu-Cu Bonding做法拥有几点优势：一是对CMP要求没那么高；二是对particle要求没那么高；三十对洁净度的要求没那么高。这就不需要客户高额投资做洁净室。
 
但是，我们也不能否认的是，Fluxless TCB也会有一些缺点，例如在UPH方面，Hybrid Bonding可以做到2000+的UPH。但库力索法的Fluxless TCB方案通过Tack+anneal的方式只能做到1000UPH。当然，公司也会进一步改良工艺。例如公司刚发布了双头的Fluxless TCB设备，并在代工厂做测试和验证，这将进一步提升UPH。
 
据了解，上文提到的APTURA是业内目前唯一将Fluxless TCB用于量产的设备。这台设备能满足现在芯片越来越大，bond pitch越来越小的需求。针对不同的客户，库力索法还提供large die size的选择，能做到最大的70×70微米Die size。展望未来，公司还会开发支持90×120微米的设备。
 
朝着这些目标，库力索法还与加州大学洛杉矶分校异质整合效能扩展中心（UCLA CHIPS）合作，利用APTURA设备为chip-to-wafer混合键合提供更优良的替代方案。据介绍，其创新的无凸块、无助焊剂热压制程，实现真正的chip-to-wafer混合键合，支持无凸块、铜对铜互连及介电材料的键合，适用于先进逻辑芯片的应用。得益于APTURA平台铜对铜直接键合的标准功能，库力索法进一步巩固了公司在先进封装解决方案产品线的地位。
 
“Fluxless TCB是未来的一个方向，能满足包括玻璃基、硅基和有机基板等在内的多种材料需求。”赵华说。
 
写在最后
 
除了这些面向先进封装的设备以外，库力索法其实在很多所谓的传统封装设备上也有很深厚的布局。
 
在SEMICON China 2025，公司就推出适用于大容量存储器应用的ATPremier MEM PLUS和针对功率器件应用领域的超声波针焊解决方案Asterion-PW。这两款产品的推出，将进一步扩大K&S在线焊封装市场的领先地位。
 
当中，ATPremier MEM PLUS提供领先的晶圆级封装解决方案，通过创新的垂直线焊技术可解决当今快节奏半导体市场中新兴的高端存储器应用问题。
 
据介绍，ATPremer平台旨在服务高端封装市场，通过消除二维封装的限制，提供传统铜柱互联技术的替代方案。这种新颖的技术能支持下一代存储设备，包括消费类移动设备，因此能够平替性的实现高密度先进封装。ATPremier还有效降低了封装的复杂性和成本，从而满足了高容积半导体市场不断增加的需求，使客户在竞争激烈的存储器市场保持领先地位。再集成公司独有的垂直线焊技术突破壁垒，能将DRAM和NAND封装中的晶体管密度提高到一个新的水平。
 
至于Asterion-PW超声波针焊接机，则是公司针对功率元件应用推出的，通过快速精确的超声波针焊接，为Pin互连能力设定了新的标准，重新定义了效率、精度和可靠性的解决方案。
 
为了更好地满足客户需求，在自我研发的同事，库力索法通过收购，扩大公司的产品线和影响力。例如，公司就收购了一家位于台北的高精密点胶公司，进一步扩充了公司的产品覆盖范围。
 
“从传统的打线机出发，拓展到先进封装、TC Bonding，再结合先进点胶技术，扩大设备产品线，争取更大的市场空间，这就是库力索法的策略。”张赞彬 Chan Pin Chong总结说。