RDL
突圍技術瓶頸 Micro LED穩健邁向量產
先前筆者曾探討了顯示器技術一路從映像管(CRT)、電漿顯示面板(PDP)、液晶顯示器(LCD),進展到今天的有機發光二極體(OLED)、迷你發光二極體(Mini LED)乃至微發光二極體(Micro LED)和Micro-in-mini。從目前產業界的發展來看,手表、手機,已經被OLED的技術所占據,已擁有一定的規模經濟和成本優勢,相較於LCD又有更省電的優點,在可攜式裝置的應用領域,其餘的顯示器技術在短時間內將很難與之抗衡。而Tablet、Notebook、TV的市場價格敏感度相當相當的高,除了LCD之外,目前其他顯示技術也很難撼動、滲透。因此,Micro LED可切入的市場將聚焦在極大和極小的應用領域,意即Public Information Display(PID)和AR/VR。然而,AR/VR是一個極度系統性整合設計的應用領域,全世界目前僅有幾家大品牌廠商有此實力可以進行整合性開發,而且如此高的解析度對TFT而言是極困難的,所以將會是CMOS的天下。所以,Micro LED最早產業化的應用領域將會是PID,這是無庸置疑的,那目前的Micro LED邁向產業化的路上還有哪些技術瓶頸有待克服呢?雖然這些技術瓶頸在其他應用領域會遇到的技術障礙有其重疊之處,但是解決方案可能會因其應用領域特性的不同而有所差異。
.巨量轉移(Mass Transfer)
.接合(Bonding)
.維修(Repair)
.紅光Micro LED發光效率
巨量轉移的技術先前已經探討過,因此本篇文章不再贅述,將會聚焦在後面三項。
三種接合各有優勢
顧名思義,Bonding就是將Micro LED的電極和電路基板電性上接合、導通。目前在半導體、LED、TFT LCD業界常見的Bonding方式有:
.異方性導電膠(ACF)
.錫膏回焊(Sn-paste Reflow)
.共晶接合(Eutectic Bonding)
首先,以下來談ACF。如圖1所示,ACF的原理是將大小數微米(~μm)的塑膠小球表面鍍上Ni或Ni/Au,然後混入膠中,當對這個ACF加壓加熱時,塑膠球會被壓扁,上面Micro LED的電極透過塑膠小球表面的Ni或Ni/Au導通至下面的電路基板,同時,膠受熱固化,把上下電極和塑膠小球牢牢抓住、固定住,維持電性導通。因應Micro LED的特性,塑膠小球的尺寸、密度、整體厚度、黏性,都有別於以往的ACF,需要特別為了Micro LED重新開發。但是它的缺點是壓力大及價格高,針對這些需求及弱點,筆者亦有申請並獲得數個日本及美國關於ACF的專利,來解決上述問題。
圖1 Micro LED利用ACF進行接合
其次,錫膏回焊是一個很成熟的SMT技術,具體的做法是將薄鋼板依電路基板的電極相對位置挖洞,對準、覆蓋在電路基板上,將錫膏刷上去,錫膏會透過鋼板上的洞附著在電路基板的電極上,然後將電子元件或晶片置於其上,進迴焊爐,將錫膏中的溶劑加熱去除,接著Sn和上面的晶片電極與下方的電路基板電極化合形成合金。但是這個技術受限於鋼板開孔尺寸無法縮小,就算是採用噴錫的方式,依舊無法縮小到Micro LED電極尺寸的量級,僅能適用於Mini LED大小的晶片,所以,Micro-in-mini是一個可能可以適用SMT錫膏迴焊技術的解決方案。
Eutectic Bonding,也就是共晶接合,常見的共晶系統有SnCu、SnAu、SnNi等,在共晶溫度下,二種金屬會以液態的方式融合在一起,然後降溫變回固態、接合在一起。
考量到Thermal Budget的問題,目前有許多人在Micro LED的接合上採用InAu的Eutectic Bonding,如圖2所示,因為它有一個相的Eutectic...
專訪陸得斯資深行銷總監Timothy Kryman/產品協理蔡孟樵 檢測技術克服先進封裝挑戰
陸得斯科技(Rudolph Technologies)產品協理蔡孟樵(圖1)表示,在先進封裝結構日益複雜,單一封裝體內整合的晶片數量不斷增加之際,封裝廠對個別晶片的事前檢測,以及封裝成品的檢測需求,也跟著提高。如果封裝廠沒有在事前對晶粒進行全面檢測,萬一把故障的晶粒包進封裝,則整個封裝好的產品都會報廢。
圖1 陸得斯科技(Rudolph Technologies)產品協理蔡孟樵表示,先進封裝結構日益複雜,落實檢測對成本/良率的控管越來越重要。
另一方面,在晶片或封裝製程中產生的小瑕疵,有可能會隨著時間經過而惡化,導致整個元件失效。為了提高產品的可靠度,封裝廠必須導入更先進的檢測設備,才能抓到這些很容易被忽略的製程瑕疵。
晶粒檢測聚焦三大類瑕疵
一般來說,封裝廠的晶片瑕疵檢測,主要聚焦在三大類瑕疵,一是晶片正面的髮絲裂縫,二是在晶圓切割後產生的邊牆(Side Wall)裂縫,三是晶粒背面的裂縫。其中,邊牆裂縫是最棘手的問題,因為這類裂縫位在晶粒的側面,很難用傳統可見光檢測發現,但這類裂縫在晶片封裝完成,上電運作後,會因為晶片不斷熱漲冷縮,導致裂縫越來越大,最終造成元件失效。
要精準抓到這類瑕疵,必須靠特殊的可見光設計並搭配紅外線檢測,但紅外線檢測的速度遠不如可見光,因此業界始終很難有效率地處理這類瑕疵。所幸,邊牆裂縫的出現,跟晶粒本身的線路布局有很高的關聯性,當晶粒中某些區域承受的應力特別大時,該區域出現邊牆裂縫的機率也會增加。因此,陸得斯發展出一套對應的工具,會針對晶粒中承受高應力的區域進行額外的紅外線輔助檢測,以便在對檢測速度影響最小的前提下,強化邊牆裂縫的檢出率。
至於晶粒背面的裂縫,則是雷射切割製程的衍生結果。雷射切割其實沒有真的把晶圓切割成一顆顆晶粒,而是用雷射讓切割線所在位置的晶圓材質變得較為脆弱,等晶圓背後貼上藍膜,進行晶圓擴張時,晶粒才會受力分割開來。這種新的切割法不會造成邊牆現象,但卻會使晶圓背面承受額外應力,進而導致晶粒背面出現裂縫。
因此,封裝廠如果採用雷射切割技術,雖然不需要擔心邊牆裂縫,卻得對晶粒的正反兩面都進行瑕疵檢測,以確保良率。針對背面檢測,有些檢測設備是採取雙面同步探測,但解析度不足是這類設備普遍存在的問題。因此,陸得斯並未採取這種設計架構,而是用把待測晶圓翻面的方法,以確保測試機台的解析度夠高,能準確偵測出這類瑕疵。
RDL日益複雜 螢光檢測讓問題一覽無遺
在完成晶粒檢測,進入封裝製程後,封裝廠目前在檢測方面所遇到的最主要挑戰,就是如何鎖定重布線層(RDL)的缺陷。特別是在RDL線寬間距(L/S)從10/10微米迅速微縮到2/2微米,且堆疊層數越來越多的情況下,有機聚合物材料(PI)上的光阻劑殘留跟金屬線路沉積殘留等缺陷偵測,都會變得更加困難。
針對這些問題,陸得斯使用獨特的螢光檢測方法一次解決。在某些特定波長的螢光照射下,光阻劑若有殘留,該區域會出現螢光反應,而在此同時,因為金屬材質不會反射螢光,在畫面上會形成黑暗區域,因此檢測人員可以很輕鬆地發現光阻劑跟金屬沉積的異常殘留。
矽中介層面積過大 精準對位要靠線掃描
如果封裝廠是使用矽中介層(Si-interposer)來進行先進封裝,例如台積電的CoWoS,要面對的技術挑戰,主要是在對位(Alignment)上。因為隨著晶片封裝尺寸越來越大,表面又缺乏可以參照對位的特徵,所以對AOI設備會是一個非常大的挑戰。
傳統的對位機台使用區域掃描技術,一次只能掃描固定面積的區域,也就是機台的FoV。但對大晶片而言,若FoV不夠大,則會導致檢測設備無法準確對位而導致量測結果產生誤差。是故,陸得斯採取線掃描的新作法,讓機台的FoV得以大幅擴張,並搭配自行研發的演算法讓提升對位的精準度並且進行有效量測。
檢測問題日益複雜 技術配套必須更全面
事實上,陸得斯是一家產品線涵蓋十分全面的公司,除了檢測跟計量(Metrology)相關設備外,該公司還提供後段封裝所需的微影設備、步進機到晶圓探針卡以及各種軟體配套方案。這使陸得斯可用非常宏觀的角度來看整個封測產業的趨勢。
陸得斯資深行銷總監Timothy Kryman(圖2)指出,建構廣泛的產品組合,是該公司的核心發展策略之一。藉由提供完整的產品組合,該公司可以滿足封測廠客戶各種製程的需求,同時也把自家公司全面嵌入到客戶的產線裡。因此,該公司在過去十年,一直透過各種購併來壯大產品線陣容,並創造更大綜效。
圖2 陸得斯資深行銷總監Timothy Kryman認為,後段檢測所遭遇到的問題將越來越複雜,技術配套必須更全面才能滿足客戶需求。
也因為陸得斯不僅提供檢測與計量,還提供高價的微影設備跟步進機台,因此公司可以很容易接觸到客戶的高層主管,進而在商業競爭中領先一步。技術領先與商業人脈等因素,不僅累積出公司現有的競爭優勢,也形成市場進入障礙。
Brewer Science新材料滿足RDL優先扇出型封裝
Brewer Science近日推出BrewerBOND臨時鍵合材料系列的最新成員,以及其新的BrewerBUILD薄式旋裝封裝材料產品線的首款產品。BrewerBUILD提供業界首創的解決方案,以解決製造商不斷變化的晶圓級封裝挑戰。
BrewerBOND T1100和BrewerBOND C1300系列相結合,創造了Brewer Science首個完整的雙層系統,用於臨時鍵合和解鍵合產品晶圓。新系統是為電源、儲存器和晶片優先的散出設備開發的。所有這些設備都對溫度、功率和性能有嚴格的要求。該系統可與機械或雷射剝離方法一起使用。
BrewerBUILD材料是專門為了重分布層(RDL)優先的扇出型晶圓級封裝(FOWLP)而研發出來的。該單層材料的開發旨在滿足晶片製造商的需求,這些晶片製造商希望從晶片優先的FOWLP轉變為2.5D/3D封裝技術,不過單層材料與晶圓和面板層級的臨時鍵合/解鍵合工藝相容。
Brewer Science高級封裝業務部執行長Kim Arnold表示,隨著行業需求的進展,Brewer Science繼續推進我們材料產品的最新技術水準。並且,通過與客戶的密切合作,該公司正在向前推動技術的研發,利用研發智慧創造獨特解決方案,旨在滿足客戶的需求。