文.洪宝山
在HBM的3D堆叠竞赛中,晶片间的填缝材料与接合工艺正是决定良率、散热与最终产能的生死线。目前市场上明确分为两大技术阵营:MR-MUF(批量回流模塑底部填充)与TC-NCF(热压非导电薄膜)。
台积电推动特用化学本地化
这两大技术路线背后,高度依赖日本的特用化学与材料大厂Namics、Resonac、Dexerials、Toray,但在台积电推动特用化学本地化的背景下,化学材料厂商的前景可期。
目前HBM3E(甚至初期的HBM4)停留在12层到16层堆叠,MUF与NCF将继续缠斗。但当未来堆叠层数逼近16层的极限或迈向20层以上时,现有的微凸块(Micro Bump)加上填缝材料的厚度将无法塞入JEDEC规定的HBM标准封装高度内。
届时,产业将被迫转向混合铜接合技术,直接让铜与铜对接,完全消灭晶片间的缝隙,也就不再需要MUF或NCF这些填缝材料。
这也意味著,未来的材料战场,将从填缝胶转移到晶圆表面的化学机械平坦化(CMP)研磨液与电镀铜添加剂上。
未来的材料战场 转移到晶圆表面化学机械平坦化
这项技术的核心是让两片晶片表面的铜接点直接完美贴合,中间没有任何缝隙。要达到这种原子等级的无缝接轨,晶圆表面的平整度与铜柱的生长质量就是生死关键。
因此,CMP研磨液与电镀铜添加剂将接棒成为下一代AI晶片产能的隐形咽喉。CMP研磨液中的化学配方与奈米研磨颗粒,只要有极微小的刮痕或研磨不均,两片晶片贴合时就会产生空洞,直接报废。
中砂是台积电的CMP耗材供应商之一,主要做研磨垫、研磨轮与部分耗材。华立有代理国际CMP研磨液产品线供应台积等客户。
崇越长期代理日本信越化学与Fujimi等海外大厂的半导体材料,是台湾晶圆代工厂取得高阶CMP研磨液与相关材料的关键通路。华立代理众多日系、美系高阶光阻液、CMP 研磨液与特用化学品,是外国化学品进入台湾先进封装产线的关键桥梁。
CMP研磨液将成关键差异化材料
达兴材料积极从面板材料转型半导体材料,目前已著手开发先进制程所需的特用化学品,包含CMP研磨液与先进封装用材料,是台湾少数具备自主配方研发能力的化学厂。CMP研磨液的配方直接决定去除率、选择比、缺陷率与micro scratch,未来在GAA、HBM封装、晶圆级封装上,研磨液会变成关键差异化材料。
达兴材料利用自身Design House的优势,开发CMP过程中的特用单体与高分子材料,协助客户实现材料本土化,目前CMP研磨液已有产品应用于二奈米制程,并供货到美国Arizona的晶圆厂。长兴近年也积极切入半导体封装材料与CMP研磨液配方,试图打破外商垄断。
打入高阶封装标准制程 可享五至十年订单红利
HBM预计在2026年量产的HBM4世代,会在最底层的逻辑晶粒与DRAM贴合上导入混合铜接合。这意味著股市资金的目光,将逐渐从CoWoS设备建厂期转移到先进封装耗材消耗期。
对于CMP研磨液与特用电镀化学品来说,材料的认证周期极长,一旦打入晶圆代工厂的高阶封装标准制程,通常会享有五到十年难以被替换的订单红利。
为了长出要进行混合接合的微小铜柱(Copper Pillar),或填满直通矽晶穿孔(TSV),电镀液中必须加入极度机密的添加剂(包含加速剂、抑制剂、平整剂)。这些化学分子要引导铜原子从孔洞底部由下而上完美填满,不能在中间留下任何奈米级的气泡或缝隙,否则高频讯号传输就会中断。
HBM4世代 混合铜接合电镀与清洗需求暴增
MKS Instruments于2022年收购Atotech后,成为全球PCB与先进封装电镀铜化学品的绝对王者,掌握最高阶的无缝填孔电镀配方。杜邦在先进封装的微凸块与TSV电镀铜化学品领域市占极高。上村工业在晶圆级封装的高阶金属化制程中具备极强的专利壁垒。
在最核心的化学配方上,台厂较难直接撼动欧美日巨头,但随著混合铜接合电镀与清洗需求暴增,弘塑在晶圆级金属电镀设备(ECP)也有极深著墨,并自建化学品供应体系(旗下添鸿科技),是电镀制程升级的直接受惠者。辛耘同样为CoWoS与未来先进封装湿制程设备(单晶圆旋转清洗、电镀机台)的主力供应商,与化学品用量的扩大呈正相关。
台湾化学品虽弱,但在协助化学品附著的设备上,却是全球FOPLP与玻璃基板不可或缺的要角。当先进封装的载板面积从12吋晶圆放大到矩形面板(FOPLP),甚至将基材从有机树脂换成玻璃基板时,业界遇到了一个物理学难题─抓不住。
靠化学分子键结 解决「抓不住」难题
在传统ABF载板上,可以透过化学药剂把表面咬出微小的坑洞来让铜线路像树根一样抓住基底。但如果在玻璃上打洞粗化,就会破坏玻璃传递高频讯号的完美优势。因此,不能靠物理抓地力,只能靠化学分子键结。这就极度依赖一种名为矽烷偶联剂(Silane Coupling Agents)或高阶附著力促进剂的特用化学品。
矽烷偶联剂的一端与玻璃结合,另一端与树脂反应,是防止翘曲与分层的关键技术,它就像超级双面胶,一端咬住无机的玻璃,一端咬住有机的树脂或金属铜,随著2026年英特尔与台积电相继推进玻璃基板的实质进度,表面处理与特化设备商将迎来资本支出扩张期。
表面处理与特化设备商 将迎来资本支出扩张期
永光已开发FOPLP专用光阻与封装材料,基板锁定金属玻璃等新型载板,实际在先进封装材料线上。崇越电为信越、矽利光矽烷偶联剂等在台主力代理,供应电子、封装相关客户,是矽烷材料实际通路枢纽。
信越的液态封装胶在FOPLP的大面积灌封中,具备优异的流动性与低热膨胀系数(CTE)。在FOPLP制程中,面板需先固定在承载板上,加工完后再剥离。信越的剥离层材料与胶水是目前市场的主流方案之一。
随著晶片功耗提升,信越体系的高导热矽胶也是崇越电的强项,这与玻璃基板的高效能应用场景完全吻合。
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