先進封裝需要突破的難關_風聞

從傳統封裝，進展到2D扇型封裝，以及3D立體封裝，通過封裝技術，我們可以很好地解決傳統芯片設計很多的限制。尤其在異質計算架構的整合方面，新的封裝技術可以把許多過去必須用不同製程和封裝分開製造的元件，整並在同一顆芯片上，解決了包含主板佈局大小、能耗、性能以及計算多樣性的問題，為整個計算產業在設計方案時提供了更多可行的選擇。

另一方面，由於先進製程的發展，芯片核本身的尺寸也越來越小，這也讓各種堆疊封裝的技術得以擁有發展的空間。

然而封裝的技術難度雖然低於先進半導體制造，但其實也不會簡單到哪裏去，除了要考慮性能問題，不同芯片核的發熱差異，以及互聯的的技術，除了加工技術以外，材料也是掌握這類封裝技術的成功關鍵。

技術問題

根據封裝的類型，不同芯片裸晶在封裝過程中的對準一直都是相當困難的工作，由封裝過程之中，裸晶可能會有位移，導致鑽孔或腳位沒對準，封裝出來的產品就不能工作，這種情況尤其在扇出型封裝格外嚴重。

不過像Brewer Science這家公司就設計出一種類似模版的機制，可以限制芯片裸晶在封裝過程中的位移現象，提高封裝成功率，該機制的作法是在晶體管元件外預先建立輪廓，使其黏合過程可以穩定在同一位置。

另一方面，諸如內存製造商期望在單一芯片中放入更多層的內存裸晶，然而內存裸晶的晶格有方向性，電流充電有一定的方向，這使得內存在方向安排與排序方面就要有嚴格的定義，否則封裝完的內存芯片就無法工作。

不過立體封裝對於內存還是好處多於壞處，畢竟以製程微縮的角度來看，更小的節點雖然可以帶來更高的密度，但成本的增加比例也會相對提高，如果以相對低成本的1x甚至2xnm製程來製造內存，並以立體封裝來取得單一內存芯片的容量提高，整體成本還是要比追逐先進製程來得更有優勢。

材料問題

另外，封裝也需要更多新材料技術的推動。雖然摩爾定律推動了很多從設計、製造，到封裝技術的演進，目前看起來雖似乎看到了瓶頸，但實際上，在很多實驗材料上我們也看到了現有的半導體技術仍然還有很大的發揮空間。通過新材料的引進，可以把互連的間距儘量縮短。另外，對於高帶寬內存和處理器上面的中介材質，從傳統的銅材質，到新型態的電介質或熱材料，可能以聚合物的型態出現，並應用到封裝工藝中。

另一方面，由於芯片晶圓採用的仍然是相對傳統的迴流焊接工藝，也因此，需要用上相當多的助焊劑，如何有效的清除這些焊接過程的助焊劑的材質，要在不傷害芯片成本的前提下更高效的去除不需要的助焊劑，需要材料學方面的更新。

另外，為了減少芯片裸晶的翹曲，還必須選擇合適的底部填充材質以及環氧模塑化合物，通過熱壓結合，並維持温度的均勻性，避免壓力的不均勻。

這些問題其實在傳統的封裝技術上就已經很常見，但進入到多層堆疊的先進封裝製程後，問題也會越加明顯。

商業模式

在基於台積電，三星，英特爾和一些OSATS(objective structured assessment of technical skills)的開發流程和架構中，由於逐漸從傳統2D走向多層次、多型態的3D封裝技術，這使得芯片的檢查和測試工作變得更為重要。

當業者對系統級封裝和不同類型的3D堆疊進行高級封裝檢測時，在芯片級測試是非常重要的，相關檢測工作必須能夠找出細至一個焊料連接失敗，大至一個壞硅中介層和整個封裝損毀的問題。因此，封裝過程中必須弄清楚什麼時候檢查，什麼時候不檢查，畢竟這關係到組裝良品率的回報率以及相關的投資分析。這代表業者必須對諸如封裝高度和平面檢測達到百分之百的掌握，同時還是能夠針對不同的應用調整，避免衝擊到產線的生產速度以及最終的成本管控。

而當前的系統測量主要集中在橫向的功能檢測，垂直堆疊的挑戰是如何在Z軸上進行檢查和測試，相關的設備目前還不是非常成熟。

封裝已經是除了半導體制程節點以外，未來在芯片製造的重要議題，但能夠芯片設計階段就考慮到立體堆疊設計的芯片設計業者仍是少數，目前的EDA工具也需要針對這類封裝技術進行調整。

雖然很多人都認為，摩爾定律這次是真的面臨無法突破的瓶頸，但事實上，通過新的封裝技術，未來摩爾定律還是可以持續推動整個計算產業的革新，先進封裝技術的確可以帶來更大的附加價值，然而進入這個領域所需繳的學費也是相當昂貴，包含解決前面提到的幾個難題。

但很現實的問題是，要降低先進封裝的成本，就必須要有足夠的需求推動，但先進封裝增加的成本，着實拉高了入門門檻，並且降低終端客户的接受度，也因此，雞生蛋、蛋生雞，依然是相關技術領域的發展過程中迴避不了的問題。