自动化技术助力克服晶圆级封装生产效率挑战

　　【中国智能制造网  技术前沿】随着市场竞争加剧，加之消费者对多功能、轻薄外观、电池寿命长的手持设备的需求日益上升，组装和测试服务外包供应商(OSAT)所面临的制造复杂程度正急剧增加(图1)。　　　　更加轻薄的外观、以及提升产品性能和功能性方面的需求。
　　
　　在技术方面，OSAT工厂面对的是更为复杂的封装技术，而晶片处理和封装之间的界限也逐渐模糊。为满足2.5D和3D晶圆结构的挑战，他们的运营方式正越来越接近晶圆加工厂。
　　
　　这就意味着传统的封装方法在新环境下已未必有效，而OSAT工厂也必须学习并采用晶圆制造企业特有的技术特点、产品生命周期以及生产活动。生产自动化技术是促成这一转变的关键因素。
　　
　　事实上，如今已无法按照传统方式将手机和平板电脑等手持设备的生产环节简单地划分为前道工序(FEOL，即晶体管制造)和后道工序(BEOL，包括互连、封装和组装)两大类。
　　
　　取而代之的是一种名为“中道工序”(MEOL)的生产流程(图2)，它涵盖了前道工序和后道工序的主要特点。这是因为在穿透硅通孔(TSV)和凸点等垂直结构的互连工艺中，必须使用前道工序中的设备和工艺。　　　　过去，OSAT企业主要为后道工序提供低利润的商业化测试和封装服务。为了在晶圆级封装时代保持良好的竞争力，如今他们必须有为客户提供高水平的工程资源和与晶圆工厂相媲美的制造能力。
　　
　　此外，先进封装应用比整体半导体行业的增长更为迅猛，其利润率也相对更高。因此，许多新进企业正凭借强大的实力加入竞争行列，希望在OSAT市场中分一杯羹[2]。一些的晶圆代工厂和集成器件制造商(IDM)瞄准了中道工序带来的巨大商机，将其视为现有盈利来源的延伸，这些企业中有许多已经或正在准备建设类似晶圆厂的封装产能。
　　
　　为应对技术上的挑战，从竞争中脱颖而出，OSAT企业可采取的措施之一是提高生产自动化率，以减少误差和浪费。这也帮助企业提高生产灵活性和响应能力，从而提升整体产量。
　　
　　晶圆级封装(WLP)的自动化策略
　　
　　几乎面向所有晶圆尺寸的WLP工厂都面临着类似的挑战，即如何在确保一定良率的基础上生产多个产品，同时应对复杂程度各不相同的工艺和各类测试技术，并根据不同的交货期按时交货。因此，他们在生产结构、运营组织和产品性能上都应更接近于晶圆厂商，而非传统的测试和组装工厂。
　　
　　WLP工厂需要的设备包括光刻、蚀刻、CMP、电介质沉积、溅射、电镀、清洗、检查、测量及测试等诸多方面。根据生产要求，这些设备还可被用于单晶片、逐批次或批量加工等不同的加工方式中。除了生产设备，还需要有自动化材料处理系统，对300mm晶圆的大批量生产尤其重要。
　　
　　对如此复杂的生产活动进行有效的监测和控制已远远超越了传统OSAT工厂的运营要求。过去，他们仅需使用电子表格之类的简单应用程序就能进行生产运营。而如今，WLP对统计数据分析以及设备、工艺和运营的自动化控制提出了更高的要求，使OSAT工厂更接近于晶圆加工厂。
　　
　　事实上，只有采用现代自动化和生产控制系统才能实现这些复杂要求(图3)。　　　　实现生产目标、满足交货时间。
　　
　　在设备层面，提升WLP竞争力的重要工具之一是自动化配方管理(RM)，它能减少人为失误，提高良率，并集成故障检测和分类(FDC)系统，以提高设备利用率，降低废品率。
　　
　　在工艺层面，需采用统计工艺控制(SPC)来快速进行数据分析，从而提高产品质量。先进工艺控制(APC)解决方案能有效提升良率、降低废品率。