AI/HPC領域旺盛需求正推動領先晶圓代工廠加速從晶圓向面板的轉型，以適應日益增大的器件尺寸。然而，要確保含有多層再分布層（RDL）的面板達到已知良品標準，檢測設備必須應對RDL特徵尺寸縮小、凸塊間距減小以及大尺寸面板所帶來的翹曲問題。
曾經主要應用於小型晶片的面板級封裝，隨著封裝尺寸增長至80×80mm乃至更大，正對AI/HPC器件製造商產生越來越強的吸引力。儘管高能耗帶來的熱管理問題一直備受關注，但對單一封裝內更強算力的需求已觸及面積上限。基於矽中介層的封裝通常局限於100×100mm，這是在良率、光刻、翹曲和成本方面均可接受的最大尺寸。而面板級封裝的尺寸則可從310×310mm延伸至600×600mm。台積電錶示，這類封裝將在部分超大封裝場景中與CoWoS互補，而非取而代之。
然而，高密度扇出（HDFO）所要求的互連密度將面板製造商帶入了全新領域。
Yole Group半導體封裝高級技術與市場分析師Gabriela Pereira指出："由於封裝尺寸大、同一封裝內集成多個芯粒或器件，以及更低間距、更細RDL線寬/間距和更多RDL層數所帶來的更高互連密度，這對面板級封裝製造商構成了重大挑戰。"
扇出面板級封裝通常採用晶片後置（chip-last）工藝，因此需要通過檢測來確保面板達到已知良品標準。為支持HDFO，RDL層數從3層增至9層，走線與凸塊間距從20微米降至5微米。此外，多位業內專家表示，製造商的目標是在未來5年內將間距縮小至2微米。
Onto Innovation產品營銷高級總監Monita Pau表示："對於面板級封裝而言，首要挑戰在於製造要求日趨嚴格，最小特徵尺寸愈發接近前端（即晶圓處理）水平，這推動了更多檢測需求。在面板級封裝中，你是將已知良品裸晶片貼裝到封裝上的，無論是插入層還是基板，在將昂貴的已知良品裸晶片貼裝上去之前，必須確保其無缺陷。"
工程團隊依靠計量、檢測和電氣測試來開發並維持具備足夠良率和質量的面板製造流程。早期且頻繁的測量可提供數據，用於檢測工藝漂移、工藝異常和缺陷，進而對工藝開發和材料特性進行調整，並在量產過程中對良率和質量偏差作出及時響應。
在測量工具方面，工程師擁有豐富的選擇。光學檢測目前仍是主要手段，但非光學解決方案的需求或將隨之而來。
Yole的Pereira表示："現有先進封裝計量與檢測工具平台主要基於現有光學檢測和光學計量平台，針對面板格式進行了適配。主要技術包括光學AOI、光學2D/3D、共聚焦、干涉測量、輪廓儀計量、翹曲與彎曲計量、套刻與CD光學檢測，以及針對玻璃面板或玻璃載板的目視與光學載板檢測。KLA和Onto Innovation等主要供應商利用跨平台架構，只需少量改動即可適配面板級封裝和先進IC基板，而部分廠商則專門開發了面向面板級封裝的專用工具。"
儘管如此，向HDFO面板的轉型對檢測和計量設備提出了更高要求。
Avarustech首席執行官兼首席技術官Arun Aiyer表示："這一遷移將晶圓/晶圓廠級別的要求帶入了歷史上以PCB級靈敏度進行檢測的格式。這些要求包括：亞2微米RDL線寬/間距、亞20微米凸塊間距、亞微米套刻精度、混合鍵合就緒表面、透明基板處理以及通玻璃過孔（TGV）表徵。與此同時，面板尺寸標準化、翹曲控制和設備就緒度問題仍懸而未決。這些變化收窄了工藝窗口，加劇了機械變形。檢測和計量因此必須從離散的質量關卡轉變為製造可行性的核心使能因素。"
RDL與凸塊的XYZ方向測量
多位業內專家指出，在HDFO面板中實現高良率仍然困難重重。計量和檢測為良率和質量工程師提供了不可或缺的數據。為支持AI/HPC器件設計，RDL層數增加，走線間距和凸塊/微柱間距縮小，而微柱高度則有所增加。每一層都必須增加檢測和計量步驟，且隨著特徵尺寸縮小，測量解析度必須相應提高。
小型化對光學系統的解析度及單塊面板檢測吞吐時間帶來了壓力。
Koh Young Technology客戶成功總監JD Shin表示："當目標對象變小時，光學解析度也必須小於被檢測對象的尺寸。目前量產中RDL最小線寬為5微米，未來預計將縮小至2微米。簡單來說，若線寬從5微米縮小到1微米，解析度需提升5倍。如果在使用同類相機的前提下將解析度提高一倍，檢測速度將降低四倍。"
吞吐時間的增加與相機的視野、像素數量以及對更高解析度的需求直接相關。測量靈敏度與測量速度之間的權衡，通常通過更快的物理掃描及相關計算來解決，但同時也帶來了數據管理挑戰。以此為參照，對一塊600mm面板以1微米解析度進行檢測，每層將產生約10??個像素。
Onto的Pau表示："始終是靈敏度與吞吐量之間的取捨。要麼靈敏度高、吞吐量低，要麼吞吐量高、靈敏度低。通常需要在兩者之間尋求平衡，既不遺漏致命缺陷，又不能將速度拖得過慢。"
過孔連接各RDL層，隨著層數增加，過孔疊層增多，但過孔面積減小。材料特性、過孔尺寸縮小以及製造工藝所固有的機械應力影響著過孔的形成質量，而AOI在評估過孔質量方面存在局限性。
Amkor Technology研發執行副總裁Kyoung Rok Park表示："RDL層數從3層增至9層，這對層間堆疊即過孔產生了影響。即便在每一層都進行AOI檢測，如何判斷層間堆疊的質量也是一大難題。"
Park指出，目前電氣測試被用於篩查過孔缺陷。然而，更早的檢測方法能為工程師提供更及時的數據以糾正工藝問題，同時篩選已知良品面板，這也為紅外和X射線等其他檢測模態的引入打開了大門。
隨著凸塊/微柱間距縮小、縱橫比增大，傳統2D檢測已難以滿足需求，因為凸塊/微柱質量直接影響鍵合良率和質量。採用多角度相機，光學測量設備可生成3D圖像，從而提供更豐富的數據洞察。
Koh Young的Shin指出："3D測量/檢測比過去凸塊尺寸較大時更為關鍵。尺寸越小，製造出形狀一致的完美凸塊就越具挑戰性，這正是需要3D檢測的原因。我們的設備能夠提供包括凸塊高度和體積在內的這類測量。"
在凸塊/微柱光刻工藝中，光刻膠厚度是一個重要參數。面板曝光前，光刻膠的不均勻性可通過去除和重新沉積來檢測和返工。但這需要在數百微米厚的薄膜上實現納米級解析度，這一組合規格對傳統光學測量技術是一大挑戰。
Bruker FilmTek產品線研發高級總監Chris Claypool表示："凸塊或微柱共面性不佳會造成良率損失。隨著3D堆疊高度增加、裸晶片尺寸增大，微柱上承載的組件越來越多；而柱高越高，平面度要求卻保持不變，這使製造難度進一步加大。現有計量工具可在凸塊和微柱成形後測量共面性，我們則在光刻階段更早介入，測量光刻膠厚度和均勻性，因為此階段可以進行返工。通常橢偏儀或反射儀無法測量30微米以上的厚度。"
Bruker的光學設計可實現最高2000微米介電層厚度的測量。Claypool表示："這對前端應用並不需要，但在封裝領域，特別是對於凸塊和微柱的平面度而言，針對超厚薄膜實現納米級解析度至關重要。我們觀察到，封裝中凸塊的厚度最初在50至100微米範圍內，上一代已達450微米，我們目前正在攻關的下一代將達到650微米。"
應對翹曲挑戰
隨著面板面積增大，工程師越來越擔憂翹曲對製造工藝的影響。這包括為RDL走線間距、污染缺陷、過孔或微柱上的金屬缺失或多餘等問題提供關鍵反饋的計量和檢測方法。因此，作為首選的光學測量系統，需要在存在翹曲的情況下仍能提供高質量的測量結果。
Yole的Pereira表示："最大挑戰集中在規模、平整度、對準和工藝變異性方面。由於溫度、壓力和材料特性在更大面積範圍內可能存在差異，工藝均勻性變得更難保障。翹曲控制是最關鍵的挑戰之一，會導致搬運不穩定、晶片位移、光刻對準誤差、良率損失、可靠性問題和電氣性能下降。因此，需要將現有AOI、光學計量、翹曲計量、輪廓儀、干涉測量和3D檢測平台適配至更大面板，設備供應商正在擴展視野、載台搬運、數據處理、翹曲測量和自動化能力，使晶圓級方法能夠適用於更大的面板格式。"
對於光學測量系統而言，視野和焦深影響著解析度和吞吐量，而翹曲可能影響光學對焦，進而影響測量精度。
Shin表示："另一個挑戰在於，解析度越高，從光學角度來看焦深就越關鍵。解析度越小，焦深就越窄，因此即使是很小的翹曲，所獲得的圖像也可能非常模糊。"
對面板的搬運處理可在一定程度上緩解翹曲問題。
Onto的Pau表示："面板級封裝的最大挑戰之一是需要處理比晶圓大得多的尺寸，其搬運方式也不同於晶圓。面板的表面積遠大於晶圓，始終需要與翹曲做鬥爭。如何固定面板以完成檢測，是一個持續存在的難題。"
其他人也強調了翹曲緩解對面板搬運和對焦能力的要求。
Bruker TSOM業務單元高級總監兼總經理Samuel Lesko表示："首要挑戰是翹曲——如何處理翹曲面板，即如何將其吸附壓平？因為要保證吞吐量，系統需要在各點之間快速移動。但光學儀器有特定的工作距離來實現對焦，因此需要謹慎地將整塊面板壓平，並避免與儀器發生碰撞。第二個挑戰是吞吐量——需要有參考基準，使自動對焦時間最短。解決方案要麼是想辦法將面板吸附壓平，要麼是實現快速自動對焦，或者兩者結合。這一選擇還取決於面板/基板材料。"
然而，日益複雜的製造工藝產生了一系列光學手段無法識別的缺陷。
Avarustech的Aiyer指出："核心挑戰在於，面板封裝將晶圓級特徵尺寸與PCB級機械不穩定性結合在了一起，對解析度、吞吐量和穩定性帶來的壓力超出了現有工具的設計範疇。大尺寸面板的變形、翹曲、收縮、膨脹和局部位移遠比晶圓難以預測。扇出面板級封裝（FOPLP）表現出比等效扇出晶圓級封裝（FOWLP）高得多的翹曲，因為熱膨脹係數（CTE）引起的翹曲隨尺寸擴大而加劇。聚合物、金屬和矽裸晶片之間的差異熱膨脹，可在固化和解鍵合過程中導致嚴重的彎曲和晶片位移。因此，關鍵缺陷不再純粹是視覺可見的，而是與基板變形、殘餘應力、RDL變形、共面性和埋入式界面行為耦合在一起。一塊面板通過了常規AOI檢測，仍可能因局部高度、套刻或應力特徵未在相應背景下測量而最終失效。"
結語
AI/HPC器件預計將向HDFO面板級封裝轉型，但這一轉型並非簡單地將已知的晶圓級高密度RDL技術移植到面板基板上。隨著RDL層數增加、間距和尺寸縮小，檢測和計量在製造工廠中的重要性比以往任何時候都更為突出。
光學檢測和計量設備（AOI）仍是RDL面板製造工程師最常用的手段。但面板材料和尺寸所伴隨的機械不穩定性，使這一組合規格及面板形態對其探測能力構成了挑戰。換言之，翹曲使光學測量技術的每個環節都更加複雜。
Avarustech的Aiyer指出："面板級封裝的檢測與計量正處於拐點。傳統PCB和基板AOI已被推至極限，與此同時，半導體級計量技術對於最大約600×600mm的大型矩形基板的規模、材料和機械不穩定性，也僅實現了部分適配。最重要的轉變在於，檢測不再僅僅是一個通過/失敗的關卡，而正在成為自適應光刻的數據引擎——離線晶片位移計量數據反饋給機器學習算法，驅動全局、分區、每顆晶片或逐站點的套刻校正。儘管如此，業界目前仍缺乏一個高吞吐量、閉環、面板原生的平台，能夠在整塊面板的統一坐標系內對視覺缺陷、尺寸誤差和工藝引起的變形進行關聯分析。"
Q&A
Q1：高密度扇出面板級封裝對檢測設備提出了哪些新要求？
A：高密度扇出（HDFO）面板級封裝要求RDL層數從3層增至9層，走線與凸塊間距從20微米縮小至5微米，未來目標為2微米。這意味著檢測設備需要更高的光學解析度，但解析度提升會導致掃描速度下降。同時，600mm面板以1微米解析度檢測時，每層將產生約10??個像素，帶來巨大的數據處理壓力。此外，現有AOI工具難以評估多層過孔的堆疊質量，紅外和X射線等新型檢測手段的引入需求日益迫切。
Q2：面板翹曲對光學檢測有什麼影響，如何應對？
A：面板尺寸越大，翹曲問題越突出。翹曲會影響光學系統的對焦精度——解析度越高，焦深越窄，即便是輕微翹曲也可能導致圖像模糊。應對措施包括：通過真空吸附將面板壓平以減少翹曲影響；提升自動對焦速度以縮短對焦時間；或兩種方法結合使用。此外，翹曲還會引發晶片位移、光刻對準誤差和良率損失，因此翹曲計量本身也成為面板製造的關鍵檢測環節。
Q3：為什麼凸塊和微柱的檢測需要從2D升級到3D？
A：隨著凸塊和微柱的尺寸縮小、縱橫比增大，製造出高度和體積一致的凸塊難度大幅上升，而共面性不佳會直接影響鍵合良率。2D檢測無法獲取凸塊的高度和體積資訊，而3D測量可提供更全面的數據，幫助工程師評估共面性和形態質量。此外，在光刻階段對光刻膠厚度進行納米級精度測量，可在成本較低的工序階段提前發現問題並返工，避免後續良率損失。
