就特性上來說，F(xiàn)O-WLP/PLP是一種具有比覆晶封裝具有更好電氣特性的封裝觀念技術(shù)，並且在面對晶片薄化要求時(shí)，也具有較小熱變形的特性。從大約五年前開始，逐漸擴(kuò)展應(yīng)用在RF，功率放大器，基頻等等的晶片產(chǎn)品上。更進(jìn)一步的，從今年開始，由於出色的電氣特性和佈線密度，F(xiàn)O-WLP/PLP更被應(yīng)用在自動(dòng)駕駛必或缺的雷達(dá)半導(dǎo)體上。
與常規(guī)的覆晶封裝相比，雖然FO-WLP/PLP能夠達(dá)到更高性能和更薄的晶片體積，但是因?yàn)閬碜造禙O-WLP/PLP的製程良率和材料等等的相關(guān)問題，也大程度的影響了FO-WLP/PLP生產(chǎn)成本。
當(dāng)然，在一項(xiàng)新的生產(chǎn)技術(shù)在被導(dǎo)入時(shí)，常常會(huì)面臨著許多的課題需要被解決，包括了生產(chǎn)設(shè)備、材料、製程手法等。當(dāng)然，今天的備受注目的FO-WLP/PLP也是存在著這些無法避免的挑戰(zhàn)。
以目前的技術(shù)材料限制下，就大方向而言FO-WLP/PLP這個(gè)新的技術(shù)急需要面對幾項(xiàng)問題跟挑戰(zhàn)。包括了，黏著劑需要具備相當(dāng)好的晶片黏著特性、進(jìn)行成型化合物時(shí)的蒸氣去除控制、翹曲控制，以及針對面板級(jí)製程的均勻塗布與Debonding(圖一)。
| 圖一 : FO-WLP/PLP急需要面對的問題跟挑戰(zhàn)（參考資料:TOK、智動(dòng)化整理繪製） |
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第一、在進(jìn)行晶片固定製程時(shí)，黏著劑扮演著非常重要的角色，是否挑選了特性相當(dāng)優(yōu)秀黏著劑的話，將會(huì)直接影響產(chǎn)品的良率，也就是說成本是否能夠降低的一大關(guān)鍵因素。
黏著劑的基本作用是能夠讓晶片可以在基板上黏著好。由於在進(jìn)行晶片固定時(shí)，會(huì)對晶片施加一定程度的壓力，讓晶片能夠固定在預(yù)定的位置上，如果黏著劑不具備較佳的黏著性，會(huì)在晶片與基板之間產(chǎn)生空隙，使得空氣跑進(jìn)這些空隙之中，形成所謂的氣泡。因此，選擇黏著劑的第一要件就是要不容易在晶片與基板之間產(chǎn)生氣泡。
第二、再來就是需要一個(gè)與黏著劑搭配最適合的molding製程，因?yàn)楫?dāng)晶片固定基板時(shí)，molding製程的特性是高溫又高壓，如果黏著劑在高壓、高溫之下，會(huì)出現(xiàn)黏著效果不佳的情況下時(shí)，就會(huì)使得晶片出現(xiàn)位移，而造成失敗的現(xiàn)象，因此，必須要高壓高溫之下，黏著劑能夠把晶片固定的非常牢固，這時(shí)molding就是一個(gè)非常重要的技術(shù)。
第三、就是要能控制所謂的蒸氣發(fā)生，當(dāng)在進(jìn)行molding的製程後，是很容易會(huì)出現(xiàn)蒸氣，因?yàn)檠e面會(huì)有一些水分子造成蒸氣，而這些由水分子產(chǎn)生的蒸氣，會(huì)讓晶片與玻璃層之間產(chǎn)生剝離的情況，所以蒸氣的控制是非常的重要。
最後，是翹曲的控制（Warpage control），尤其是在面臨進(jìn)行Fan Out面板級(jí)製程時(shí)，會(huì)經(jīng)常遇到所謂捲翹的問題，面板大概會(huì)產(chǎn)生在2～3mm的翹曲，而這樣的彎曲程度會(huì)讓基板與晶片出現(xiàn)10mm左右的間距。因此，這時(shí)就必須透過專用的設(shè)備與技術(shù)，來對基板進(jìn)行翹曲的控制。
需要相當(dāng)好的晶片黏著特性
導(dǎo)入Fan Out製程時(shí)到底要怎麼樣來選擇這個(gè)黏著劑的特性，就是說要能夠容易進(jìn)行黏著。當(dāng)然黏著力是最重要的條件，除此之外，還必須有耐熱的能力與容易被完全清除，而且更需要能適用在EMC（環(huán)氧成型化合物；Epoxy Molding Compound）mold這個(gè)製程之中。
圖二是一項(xiàng)對於不同黏著劑在溫度與模數(shù)（Modulus）的比較結(jié)果。在圖中，橫座標(biāo)代表的是溫度，而直座標(biāo)則是Modulus，在這裡Modulus所代表的是固定能力，Modulus越高的話，固定能力就愈強(qiáng)，而Modulus愈低便是愈柔軟。
| 圖二 : 黏著劑在溫度與模數(shù)(Modulus)的比較結(jié)果。（資料來源:TOK） |
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越牢固越下面，它就越鬆。黑色這個(gè)曲線代表的是在進(jìn)行Wafer bonding常用的黏著劑，而紅線則是Fan Out製程所專用的黏著劑。
從圖表中可以看到，Wafer bonding常用的黏著劑，在溫度200度以內(nèi)時(shí)，這個(gè)黏著劑的黏著能力是可以將晶片黏著的相當(dāng)穩(wěn)當(dāng)，但當(dāng)溫度高於200度時(shí)，就開始軟化，而軟化也就代表固定效果變差。也就是說，當(dāng)進(jìn)行晶片與玻璃基板Wafer bonding製程時(shí)的溫度，必須要在200度以下的溫度，才具備高度的黏著可靠度。
而代表Fan Out製程所專用黏著劑的紅色這條線，雖然它的特性在較低溫時(shí)，也是較柔軟，但是製程溫度持續(xù)增加下，即便是超過了200度，還是可以維持在一定範(fàn)圍的黏著能力值，因此相當(dāng)容易能夠依照這個(gè)特性來調(diào)整相關(guān)的製程。
一般來說，F(xiàn)an Out製程技術(shù)下，當(dāng)在進(jìn)行晶片bonding階段的溫度大多是100度以下，不過當(dāng)製程來到molding，也就是晶片固定，這時(shí)候的溫度就會(huì)升高到180度左右，如果這時(shí)黏著劑的耐高溫能力不足時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)前述晶片位移的情況而導(dǎo)致失敗。也就是說在進(jìn)行晶片molding的時(shí)候，黏著劑必須要在高溫維持可以黏著相當(dāng)牢固的這樣一個(gè)特性。
圖三和圖四是日本東京應(yīng)化工業(yè)在Die bonding跟molding的部份，做一個(gè)黏著劑的一個(gè)比較模擬驗(yàn)證結(jié)果。
測試的條件是，在玻璃基板上，分別塗佈了5μm的Wafer bonding與Fan Out製程用的粘著劑，而晶片的面積是5mm X 5mm。之後在80度的溫度下進(jìn)行bonding。
首先從正面的俯視照面看下去，可以發(fā)現(xiàn)圖三中，無論是使用Wafer bonding或Fan Out製程用的粘著劑，都是沒有氣泡的，也就是說沒有空洞。
| 圖三 : 粘著劑塗佈後，正面的俯視照面。（資料來源:TOK） |
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但是，當(dāng)進(jìn)行molding製程時(shí)，測試的條件是塗佈了50μm的黏著劑，但是因?yàn)闁|京應(yīng)化工業(yè)並沒有molding的設(shè)備，這個(gè)測試是工程師利用上下都是矽膠來代替晶片與玻璃基板。測試的溫度分別是攝氏120度、140度跟160度。
當(dāng)進(jìn)行測試時(shí)，就會(huì)發(fā)現(xiàn)到當(dāng)溫度升高時(shí)，圖四的雙方會(huì)有相當(dāng)明顯的變化，尤其是在邊緣的部分。在120度和140度時(shí)，雖然邊緣的變化其實(shí)不大。但是當(dāng)溫度已經(jīng)來到160度的時(shí)候，可以發(fā)現(xiàn)矽膠的邊緣會(huì)有黏著劑一點(diǎn)點(diǎn)溶解所產(chǎn)生凸出的一個(gè)變化。
| 圖四 : 當(dāng)溫度升高時(shí)，雙方會(huì)有相當(dāng)明顯的變化。（資料來源:TOK） |
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所以經(jīng)由這個(gè)驗(yàn)證可以知道，如果使用Wafer bonding黏著劑在進(jìn)行molding製程時(shí)，在高溫的情況下會(huì)有Die bond的位移，如果是使用專為Fan Out所開發(fā)出來黏著劑，可以看到它在各種溫度，尤其是在高溫的情況下，是不會(huì)有任何的變化。
也就是說，在進(jìn)行molding製程時(shí)選擇針對Fan Out專屬開發(fā)的黏著劑是非常重要的。
蒸氣的去除控制
選擇不適當(dāng)?shù)酿ぶ鴦┏嗽趍olding階段會(huì)造成晶片位移之外，還有很大的可能性會(huì)出現(xiàn)蒸氣。大家都能夠了解，如果不採取有效解決方案的話，就照這樣molding下去，其實(shí)會(huì)產(chǎn)生非常嚴(yán)重的蒸氣問題。因此，接著來討論Degas的挑戰(zhàn)，如何在molding這個(gè)製程下進(jìn)行有效的蒸氣控制。
首先，先了解一下蒸氣會(huì)產(chǎn)生什麼問題。當(dāng)把晶片置放上去之後，緊接著就會(huì)開始進(jìn)行molding來將晶片固定，如果這時(shí)在晶片與基板之間產(chǎn)生空氣的話，不僅黏著效果會(huì)不好，甚至?xí)袆兟涞膯栴}。這是因?yàn)閙old compound的一個(gè)特性就是很容易吸濕，然後吸濕就會(huì)產(chǎn)生蒸氣，而蒸氣就會(huì)導(dǎo)致黏著剝落。
圖五是蒸氣的問題出現(xiàn)在molding時(shí)的結(jié)果。左邊的照片可以看出來出現(xiàn)很嚴(yán)重剝落的情況，而右邊則是沒有剝落的完全正常狀態(tài)。
| 圖五 : 在molding時(shí)出現(xiàn)蒸氣的問題。（資料來源:TOK） |
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因?yàn)橛姓魵舛a(chǎn)生的剝離現(xiàn)象，要怎麼樣去解決這個(gè)問題，主要來講可以有3個(gè)方法。
第一個(gè)方式，是讓黏著這個(gè)塗層非常穩(wěn)定，固定的非常牢固。如果蒸氣很強(qiáng)的情況下，可以因?yàn)轲ぶ鴦┍旧矸浅５睦喂蹋沟靡驗(yàn)檎魵馑a(chǎn)生的影響會(huì)大幅降低。第二是改良mold compound，讓蒸氣量降低，但在mold compound這個(gè)部份降低蒸氣量其實(shí)是很難的，有技術(shù)上的困難性，目前還看不出來有比較好的方式。
第三是冷卻處理，因?yàn)樵谂艢庵嵴魵饬繒?huì)降低，所以在進(jìn)行mold compound之前先做冷卻處理，可以有效減少蒸氣所帶來的影響。不過，這個(gè)方式大多業(yè)者都不太願(yuàn)意採用，因?yàn)闀?huì)影響到製程，整個(gè)時(shí)間跟效率是會(huì)對成本帶來巨大的影響，所以這樣的方式不太容易被接受。
關(guān)注熱膨脹係數(shù)來降低基板的翹曲
另外，對於FO面板級(jí)的製程技術(shù)而言，翹曲的控制也是影響良率的一個(gè)關(guān)鍵課題。
圖六與圖七是翹曲（Warpage）控制的案例。在這兩個(gè)案例顯示了熱膨脹係數(shù)（CTE）對於翹曲的影響。
在Wafer bonding下，把晶圓固定之後，可以看到矽晶圓的CTE大約是3 ppm，而玻璃基板的熱膨脹係數(shù)一樣是3 ppm，這代表著不太存在因?yàn)闊崤蛎泜S數(shù)所帶來的影響，因此在Warpage影響中，曲線幾乎是呈現(xiàn)水平的。
但另一方面，環(huán)氧成型化合物 (Epoxy Molding Compound；EMC)的mold compound大概是10 ppm左右，所以貼合在3ppm的這個(gè)玻璃上面，它的翹曲度就會(huì)相對變得很大。這個(gè)就是所謂熱膨脹係數(shù)的誤差率，也就是3 ppm跟10 ppm之間的落差，落差越大所造成的翹曲率就越大。
因此需要去選擇玻璃材質(zhì)熱膨脹係數(shù)的值，只要拿捏恰當(dāng)，翹曲率就可以被控制得很好。這是單純針對EMC的這個(gè)製程，在玻璃基板所顯示的一個(gè)結(jié)果。
但是會(huì)影響翹曲並非只有玻璃基板材質(zhì)的熱膨脹係數(shù)，因?yàn)樵谘u程裡面還會(huì)有RLD跟D晶片，所以再加上去又出現(xiàn)更多不同的組合結(jié)果。所以，降低翹曲率從熱膨脹係數(shù)做一個(gè)調(diào)整可以達(dá)到有效的改變來達(dá)到降低的目的，另外，也可以利用Fan Out 面板級(jí)專用設(shè)備來改善翹曲的問題。
對面板級(jí)製程的均勻塗布與Debonding
黏著劑的塗佈對於Fan Out 面板級(jí)也是一項(xiàng)相當(dāng)程度的考驗(yàn)。一般來說，黏著劑在晶圓級(jí)的塗布方式和面板級(jí)的塗佈方式有著結(jié)構(gòu)性的不同。
從圖八可以看出來，晶圓級(jí)是透過Spin的方式來進(jìn)行coating，而面板級(jí)則是採用Slit 的方式coating。
| 圖八 : 進(jìn)行Coating製程時(shí)，晶圓級(jí)是透過Spin的方式，而面板級(jí)則是採用Slit 的方式。（資料來源:TOK） |
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其實(shí)，對於LCD、FPD等平面顯示器製程中．本來就有Slit coating這樣的一個(gè)技術(shù)，但是同樣的設(shè)備卻並沒有辦法完全被套用在Fan Out製程技術(shù)裡。主要有3個(gè)原因。
首先，塗布的時(shí)候沒有辦法均一，對於Fan Out面板級(jí)來說，coating之後需要有均一性平整性。
以FPD來講，它只要15 mm裡面塗滿就可以了，但是面板級(jí)它就更嚴(yán)謹(jǐn)，只能從邊緣開始算5到6個(gè)mm，大概3分之1不到，以厚度來講，必須要很精準(zhǔn)在5mm裡，而且要均勻的塗滿、塗平整，這是非常難的。
再來是氣泡的問題，面板級(jí)因?yàn)楸容^厚，所以需要的塗層也比較厚，因此黏著劑濃度比較高、比較黏稠，所以中間就容易產(chǎn)生氣泡。因此必須要去除這些氣泡，如果利用一般FPD的技術(shù)，來把這個(gè)氣泡脫除掉是很困難的，這時(shí)就必須在PUMP這個(gè)部分做改變，來進(jìn)行改良。
再來就是先前提到的捲曲控制，因?yàn)橹挥?0 mm那麼大。如果是產(chǎn)生這麼大的翹曲的話，就需要藉由設(shè)備讓基板平整，這是非常重要的，因?yàn)槿绻姘宄霈F(xiàn)這麼大的翹曲，是完全無法進(jìn)行Slit coating，使得在良率上會(huì)出現(xiàn)很大的問題，所以很重要的就是進(jìn)行Fan Out時(shí)要去控制捲曲度。另外還有debonding和Transfer bonder的部份。
以面板及製程來講，必須要能夠控制它的壓力，越大的面積，就必須要均勻的去控制壓力，未來市場的需求是650mm乘以650mm這麼大的面板的需求，所以這個(gè)部份的控制跟合併技術(shù)的開發(fā)跟設(shè)備的需求，都非常的重要，不僅可以防止氣泡出現(xiàn)，還可以達(dá)到容易脫模。
目前大多是用雷射去脫模，所以處理時(shí)間就會(huì)變成是一個(gè)關(guān)鍵。相對於一般12吋的晶圓來講，面板是非常的大，所以雷射反應(yīng)的處理時(shí)間就會(huì)變得更長。
另外，晶圓脫模之後的一個(gè)關(guān)鍵是handling。在Wafer製程的時(shí)候，是採用Dicing tape來做handling，但是在面板的部份是沒有Dicing tape，所以脫除之後面板的handling就很重要。
