媒体聚焦 | K&S 对话 SEMIECOSYSTEM
K&S高级副总裁兼CTO Bob Chylak
和K&S先进解决方案副总裁John Molnar
接受美国半导体行业媒体
Semiecosystem主编Mark LaPedus的采访
讨论摩尔定律、IC封装
以及先进封装中晶圆键合的选择和挑战
Semiecosystem: 多年前，IC封装在半导体行业被认为是一个相对简单的单元，而近年来，IC封装，特别是先进封装，已成为半导体产业的重要组成部分。这是为什么? 现在封装又扮演着什么角色呢?
Chylak: 近50年来，IC的性能、功率效率、外形因素和成本都遵循着摩尔定律。通过增加集成电路上的晶体管数量降低晶圆成本，从而降低IC成本，提高性能，带来更高的利润和再投资。
之后，随着设计成本和晶体管密度的不断增加，摩尔定律在2010年代中期开始失效。今天，创建一个晶圆厂节点的成本比以前的节点要高，这打破了通过性能改进降低投资成本的循环，导致了摩尔定律的终结。
今天，2D和3D封装已经取代晶体管缩小成为IC和封装性能的推动者。因此，通过Chiplet或异构集成的先进封装已经走到了最前沿，并取代了晶圆厂节点缩小作为行业的驱动力。K&S在这一波发展浪潮中为市场提供先进封装设备和工艺，以支持最新的封装要求。
Semiecosystem: 先进封装占据了这些天的新闻头条。但可以肯定地说，今天的芯片中有很大一部分还是采用传统和成熟的封装类型。这些成熟的IC封装不会很快消失。此外，半导体工业仍然依赖线焊和倒装芯片技术。对这些话题您有什么看法吗?
Chylak: 由于各种原因，线焊，包括球焊、楔焊以及现在的垂直线焊，将继续在大批量市场中发挥非常重要的作用。首先，它是最具成本效益的解决方案，拥有庞大的基础设施，可以实现较低的资本支出；此外，线焊非常灵活，可以用各种方式进行堆叠线焊，并且无需重新设计就可以进行设计修改。作为成本最低的解决方案，它适用于的75%以上的集成电路，在可预见的未来，这种情况将继续下去。
Semiecosystem: 在先进封装领域，有很多关于Chiplet的讨论。Chiplet很有前途，但至少现在还不是主流技术。它所面临的挑战是什么? 是什么阻碍了它的发展?
Chylak: 我们仍然看好Chiplet或复杂的异构集成在提高性能、效率、改善外形和控制成本方面起更重要的作用。Chiplet技术本质上是将微处理器系统分成模块构建块，然后将这些单独的组件连接成一个更大、比单个芯片复杂得多的工作系统。这种方法有很多好处: 更高的I/O密度、与system-on-chip相比成本更低、设计周期更短，以及有着将来自不同技术节点的电路组合到一个封装中的能力，从而降低了总体成本。
开发这些应用的挑战在于设计、验证、测试和封装，需要新的EDA和设计仿真工具，包括热仿真，而这些复杂的设计需要更复杂的基板，对测试能力也提出了挑战，因为在最终封装之前确保小芯片的功能非常重要。
最近，我们开始看到我们的封测客户、foundry和IDM客户在这方面也有所动作。除了先进的逻辑应用外，我们还将继续看到大批量的消费、功率和工业应用会更加积极地开发基于Chiplet的创新产品。
Semiecosystem: 得益于人工智能，2.5D先进封装正在起飞。在同一个封装中会包含一个GPU和一个内存堆栈。这种内存堆栈称为高带宽内存（HBM）。GPU和HBM都粘贴在中间层上。今天，GPU使用一种称为基于焊锡的热压缩键合（TCB）的技术连接到中间层。HBM堆栈中的单个DRAM芯片也通过传统的TCB技术焊接在一起。我们这里通常说的bump pitch会是多少呢？随着行业向更先进的2.5D封装和HBM发展，基于焊料的TCB是否存在挑战？
Chylak: 2.5D本质上是一个系统级封装，它利用了一个中间层增加芯片之间的I/O密度。如今，这些类型的封装仅适用于间距大于40μm传统的基于焊料的TCB。对于小于40μm的元件，助焊剂残留物变得非常难以清洁，助焊剂残留会导致这些昂贵封装的可靠性失效。
K&S开发了一种无助焊剂的TCB工艺来克服这些问题。随着人工智能和高性能计算应用程序的处理能力的提高，芯片互连密度继续增加。纵观的当今半导体市场，绝大多数半导体应用仍远高于40µm间距，但低至10µm及以下的设计已经在测试中了。这为我们的无助焊剂 TCB系统创造了很多机会，该系统可以用于低于10µm的间距。
这是一个典型的2.5D封装。HBM DRAM Stack和处理器或GPU位于同一封装中的中间层上。HBM和处理器相互电连接。来源: Rambus
Semiecosystem: K&S研发了无助焊剂的热压封装TCB设备，那什么是无助焊剂的TCB？K&S无助焊剂TCB与传统TCB相比有什么优势? 与传统的TCB相比，无助焊剂TCB的使用成本是否更高?
Molnar: 我们与业界伙伴合作开发，推出业界第一台应用于量产的无助焊剂TCB设备，消除了使用助焊剂的需要，有效提高40µm至约12µm微间距互连工艺的良品率。
TCB焊剂工艺需要清洁工艺来去除任何残留的助焊剂。当间距低于40µm时，焊剂的清洁变难，还可能导致短期良率问题或长期可靠性问题。我们的无助焊剂TCB系统比传统TCB更复杂，需要更高的ASP，但也提供了相比助焊剂工艺更先进的互连工艺，客户已经证明这可以提高整体良率。
在12µm以下，我们已经证明了不用焊锡而采用铜对铜界面直接焊接的能力。我们称之为“CuFirst”混合键合工艺。与标准的混合键合工艺相比，这种CuFirst混合键合工艺具有巨大的优势。它的成本要低得多，不需要Class1洁净室环境，并且用40µm焊料互连工艺的设备就可以做这种CuFirst混合键合。我们认为，与混合工艺相比，这种解决方案成本更低，产量更高，可以用于低至约3µm乃至以下间距。我们预计传统的TCB应用最终将过渡到无助焊剂 TCB应用，无助焊剂TCB也将越来越多地成为混合焊接的替代选择。
Semiecosystem: 无助焊剂TCB主要针对哪些应用？能用于低于10µm的间距应用吗？
Molnar: 向3D和2.5D应用的高级逻辑过渡是一个主要焦点，虽然随着间距减小到30µm以下，市场将扩大到消费、汽车和工业相关项目中对成本更敏感的应用，从而推动对无助焊剂TCB的容量需求增加。我们有信心能扩展到10µm以下的间距，并且，我们最近开始与一个主要客户合作开发10µm以下的特定应用。除了无助焊剂TCB， CuFirst还可以提供更紧凑的间距性能。
Semiecosystem: 能介绍一下K&S的APTURA TCB设备吗？它是如何工作的?
Molnar:APTURA是我们最新的TCB平台，具有无焊剂TCB和铜对铜直接焊接功能。它可以配置芯片对芯片或芯片对晶圆，能够从卷轴、托盘或直接从晶圆上抓取芯片，并将其放置在基板、晶圆或其它芯片上。
K&S的APTURA无助焊剂TCB平台
Kulicke & Soffa自1951年创立以来，始终致力于提供领先的半导体封装和电子装配解决方案，以增进未来的智能化和可持续性。我们的产品和服务与时俱进、不断增长，支持并促进市场的大规模转型发展，尤其是在先进显示、汽车、通信、电脑、消费电子、数据存储、储能和工业等领域持续深耕。(www.kns.com)
