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“2022年将是先进封装元年。”巨头持续加码，让这种认知正在成为业界共识。而这片徐徐展开的广阔蓝海，带来的不止是新的机遇，更是新的挑战，而挑战者远远不止是代工厂和封测厂。
粮草未动，设备先行。更高的连接密度、更精密的控制是先进封装领先于传统封装的优势，也对其使用的设备提出了新的要求。由于凸块、TSV等技术的引入，先进封装正向前道制造工艺无限靠近，光刻机作为设备领域“皇冠上的明珠”，在先进封装中，同样扮演至关重要的作用。
在此背景下，海内外光刻设备巨头，均已纷纷加码先进封装，而中国作为目前全球半导体产业转移阵地，更是半导体封测最大产能国，更有领先的国内光刻设备厂商作出示范。其中，芯碁微装无掩膜直写光刻设备WLP-8的推出，代表了国产光刻机进入新的征程。
先进封装蓝海已现 国产光刻机吹响前奏
芯碁微装副总经理曲鲁杰博士表示，随着摩尔定律走向终结，包括分辨率、功耗、传输速度等问题就需要用先进封装来解决，晶圆级封装，包括2.5D/3D封装，其实都是为了解决芯片之间的互联问题，并且作为更高密度的芯片，对芯片性能起到关键性作用。
根据市调机构Yole预计，2018-2024年，先进封装市场将以8%的年复合增长率增长至440亿美元，超过同期整体封装5%复合增长率，更远高于同期传统封装2.4%的复合增长率。营收占整体封装的比重也逐年增加，从2018年的42.1%增长到2024年的49.7%。
不过，更大的市场也带来了全新的技术考验，设备首先“应考”。在Bumping pitch、RDL L/S不断向更细尺寸发展的前提下，对设备的更小线宽处理、工艺精度等提出了更高要求，且由于操作更多是在晶圆层面上，因此也向前道制程设备靠近，光刻机的应用即为典例。
资料显示，在先进封装中，光刻机主要应用于倒装（Flip Chip，FC）的凸块制作、2.5D/3D封装的TSV技术，与在前道制造中用于器件成型不同，在先进封装中主要用做金属电极接触，另据曲鲁杰介绍，先进封装引入湿制程基本都会使用到光刻机。
VLSI预计，全球集成电路后道先进封装设备销售额2023年将达到20.21亿美元，2018-2023年复合增长率达到4.65%，而其中光刻工艺中所需要的涂胶显影设备同期复合增长率高达8.5%，光刻机作为光刻工艺中价值量最高的设备，其增长速度由此可见一斑。
中国作为当前半导体产业链转移的新阵地，同时也手握当前全球封测主要产能，对先进封装以及其所需的光刻设备的需求之大毋庸置疑。曲鲁杰博士指出，对于先进封装光刻机来说，国内主要有两部分市场，一部分是存量市场，一部分是增量市场。
对于前者，主要是既有产线的改造，目前国内真正量产的产线是10um-5um的阶段，随着制程的改制，光刻设备有升级换代的可能性；对于后者，主要是新建的产线，主要来自于国内几大头部封测厂近年来在先进封装领域的不断加码和新产能的投建。
需要指出的是，虽然当前国内先进封装在整体封装中的占比与国外头部厂商相比尚有差距，但从发展势头来看，无论是头部企业和其他二、三线厂商发展均相当迅猛，同时，出于性价比考虑，更多的海外厂商选择在中国建厂，由此也带来了对本土光刻机的需求。
此外，一种业内观点认为，由于先进封装定制化程度高，灵活性更高的本土设备商将具有优势，因此在国内先进封装市场规模迎来快速增长的同时，这一赛道也已成为国产光刻机的突破口。其中作为技术储备最为深厚的头部厂商之一，芯碁微装此次推出WLP-8，正式吹响了号角。
直写光刻设备优势凸显 WLP-8已进入多方验证
据介绍，WLP-8无掩膜直写光刻设备应用于晶圆级封装、系统级封装、板级封装、功率器件、分立元件等先进封装和芯片制造领域的量产型直写光刻设备，光刻精度能够达到最小线宽2μm，产能30-60片/小时，支持先进封装及芯片制造的RDL功能，适用于中试、生产等量产线使用。
顾名思义，无掩膜直写光刻设备与传统光刻设备的最大区别就在于是否采用了掩膜版。在先进封装领域，由于掩膜光刻在对准灵活性、大尺寸封装以及自动编码等方面存在一定的局限，泛半导体设备厂商近年来将激光直写光刻技术应用于晶圆级封装等先进封装领域。
曲鲁杰博士以扇出型封装（Fan-Out）举例，其步骤是把晶圆切割下来后根据封装尺寸拼在一个基板上进行重布线（RDL）、涂上封装胶，首先在拼接的过程中会产生位移，使得使用掩膜版的光刻机难以精确对位，“尤其是在高精度情况下非常难做。”其次则是封装胶容易产生的翘曲问题。
Fan-Out工艺流程 图源：日月光
在此基础上，无掩膜直写光刻设备无需掩膜版的优势就凸显了出来，尤其是当先进封装向5μm及以下精度靠近时，其相较于传统光刻机可以拥有更高的精度，并且可以在使用软件侦测位移后，通过RDL，重新将裸片（die）连接起来，这样效率和成品率都会有一定提升。
就WLP-8来说，不但具备上述无掩膜直写光刻设备的主要优势，并且还具有量产性以及独特的RDL功能，即侦测位置后进行RDL，运行成本低也是WLP-8的突出特点。传统光源可能需要3000瓦，WLP-8至少需要几十至上百瓦，用电量较低。
另外从应用领域来看，无论是Fan-Out，还是FC所需的凸块、2.5D/3D封装所需的TSV工艺均可应用，甚至在凸块技术上，还可根据位置来控制凸块，更有特色。某种程度上来说，传统光刻机能做的WLP-8几乎都可做到，且在使用上还更具备灵活性。
据了解，当前，全球封测龙头日月光的高端先进封装产线已采用了无掩膜直写光刻设备，日本直写光刻设备巨头也均已涉足并开启了晶圆级封装量产设备，就性能指标上来看，WLP-8最小线宽已达到2μm，与国外一线厂商相比毫不逊色，可以说达到了世界一流水平。
据曲鲁杰博士介绍，WLP-8在完成研发后，于2021年下半年开始与多个客户进行对接和验证，其中包括代工厂和封测厂，大部分为国内企业，“一些客户的工艺不太一样，客户端的软件也不太一样，都在做适应性验证，但就本身性能上看，均能达到客户的要求。”
曲鲁杰博士认为，随着无掩膜直写光刻设备效率和产量的不断提高，将会有更多的厂商愿意采用，未来有很大的机会与传统光刻机平起平坐，甚至超越。同时，芯碁微装还将围绕先进封装引线框架双面曝光设备等更多的领域进行研发，在先进封装领域持续发力。（校对/Stella）
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