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DLP? 技術(shù)不僅僅是投影儀領(lǐng)域的業(yè)界領(lǐng)先顯示技術(shù)。這項(xiàng)可實(shí)現(xiàn)精彩沉浸式投影的技術(shù)，也能夠在高級(jí)封裝和面板級(jí)封裝的制造中，作為可編程光掩模應(yīng)用于數(shù)字成像系統(tǒng)。本應(yīng)用簡(jiǎn)介介紹了高級(jí)封裝的發(fā)展趨勢(shì)，以及 DLP 技術(shù)如何釋放這一制造工藝的潛力。圖 1 展示了利用 DLP 數(shù)字微鏡器件 (DMD) 的無(wú)掩模技術(shù)的光刻。

圖 1 利用 DLP DMD 的無(wú)掩模光刻

什么是高級(jí)封裝？

高級(jí)封裝是一種新興的制造方法，它將多個(gè)半導(dǎo)體元件組合并集成到同一個(gè)封裝中，并通過高密度互連來(lái)實(shí)現(xiàn)更高的性能、更低的功耗以及更強(qiáng)的功能，相較于傳統(tǒng)封裝具有顯著優(yōu)勢(shì)。本質(zhì)上，高級(jí)封裝就是在單個(gè)半導(dǎo)體封裝中集成多個(gè)裸片。

雖然不能簡(jiǎn)單類比，但我們可以把高級(jí)封裝看作是 PCB 的微米級(jí)半導(dǎo)體級(jí)后代，它同樣用于連接、保護(hù)和集成。原理相同，但將原本的電路板功能縮小到芯片尺度，用于半導(dǎo)體封裝，幫助設(shè)計(jì)人員突破傳統(tǒng) PCB 的限制。

PCB 最初只是用來(lái)布線和貼裝元件的簡(jiǎn)單平臺(tái)。隨著時(shí)間的推移，這些電路板增加層數(shù)、更精細(xì)的布線、過孔以及高級(jí)材料不斷發(fā)展，它們逐漸能夠承載更復(fù)雜的電子器件。在這一過程中，PCB 的制造工藝不斷改進(jìn)、縮小和優(yōu)化，由此衍生出 IC 基板、高密度互連 (HDI) 以及用于信號(hào)重新分配的再布線層 (RDL)。此后，該技術(shù)繼續(xù)向更小型化和更專業(yè)化發(fā)展，最終演變?yōu)槿缃竦?3D 高級(jí)封裝。

借助高級(jí)封裝，半導(dǎo)體設(shè)計(jì)人員能夠更高效地進(jìn)行規(guī)劃，降低成本，提高互連密度，并設(shè)計(jì)出最優(yōu)幾何結(jié)構(gòu)。這種方法不僅能在更低功耗下實(shí)現(xiàn)更高的系統(tǒng)帶寬，還能支持更多多樣化的設(shè)計(jì)，滿足不同應(yīng)用的需求。隨著高級(jí)封裝潛力的不斷提高，設(shè)備制造商也在尋找更便捷的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)這些封裝工藝。DLP 技術(shù)則為他們提供了突破傳統(tǒng)壁壘的途徑。

使用 DMD 進(jìn)行光刻

從宏觀角度來(lái)看，像 DLP991UUV (圖 2) 這樣的 DMD 是一種基于微機(jī)電系統(tǒng) (MEMS) 的空間光調(diào)制器，由數(shù)百萬(wàn)個(gè)可單獨(dú)尋址的微鏡或像素組成。這些 DMD 能在 343nm 至 2500nm 的寬泛波長(zhǎng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)逐像素級(jí)的精確控制，器件尺寸范圍覆蓋 0.1 至 0.99 英寸對(duì)角線，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了極大的靈活性。設(shè)計(jì)人員可以將這些器件用于多種工業(yè)環(huán)境，例如 3D 打印機(jī)、牙科掃描儀、機(jī)器視覺以及無(wú)掩模光刻系統(tǒng)。

圖 2 簡(jiǎn)化方框圖：DLP991UUV DMD

DMD 最初被應(yīng)用在 PCB 光刻系統(tǒng)中，用于 PCB 的打印，之后逐漸擴(kuò)展到高級(jí)封裝領(lǐng)域。作為可編程光掩模，DMD 可以在無(wú)需物理光掩模的情況下，直接打印布線、過孔和阻焊層等特性。PCB 通常由有機(jī)基板和金屬層（通常為銅）構(gòu)成，用于實(shí)現(xiàn)電氣互連。要打印布線和特性，首先需要在銅層上涂覆光阻，并將其準(zhǔn)確定位在載臺(tái)上。隨后，利用光刻工藝將電路圖案轉(zhuǎn)印到光阻上，經(jīng)顯影后再去除多余的金屬和光阻，最終保留下所需的電路特性。

基于 DLP 技術(shù)的系統(tǒng)參與光刻步驟，它通過使用 UV 光將圖案打印到光阻上。在此步驟中，有兩種主要技術(shù)需要討論：傳統(tǒng)的基于掩膜的系統(tǒng)和無(wú)掩膜系統(tǒng)。

• 基于掩模的系統(tǒng)：基于掩模的系統(tǒng)依靠光掩模（也稱為標(biāo)線）來(lái)傳送電路圖案。這些掩模通常由玻璃或石英制成，并覆有特定材料。這些材料會(huì)阻擋光線透過，而未覆蓋的部分保持透明，使光線能夠通過。當(dāng) UV 光照射到掩模上時(shí)，透過的光照會(huì)照射到光阻上，并將掩模上的圖案固化到光阻上。這種技術(shù)帶來(lái)的一個(gè)挑戰(zhàn)是：掩模無(wú)法更改圖案，若需要修改打印特性，就必須制造新的掩模。

• 無(wú)掩模系統(tǒng)：無(wú)掩模系統(tǒng)不依靠物理掩模來(lái)傳輸圖案。一種技術(shù)是將 DLP 技術(shù)用作可編程光掩模。在這種無(wú)掩模方法中，UV 光照射到 DMD 上，DMD 內(nèi)的微鏡根據(jù)打開 或關(guān)閉 狀態(tài)傾斜，調(diào)制光線，從而形成圖案并投射到 PCB 的光阻。通常，多次光脈沖會(huì)投射到 DMD 上，同時(shí)微鏡不斷翻轉(zhuǎn)，整個(gè)模塊會(huì)掃描整個(gè)表面。每個(gè)光脈沖可固化材料以生成所需的圖案。這種方式使得圖案可以在每次光脈沖時(shí)進(jìn)行調(diào)整，并適應(yīng)翹曲等因素的變化。通過動(dòng)態(tài)調(diào)整投射到光阻上的圖案，只需修改軟件文件或利用反饋環(huán)路即可改變圖案，而無(wú)需創(chuàng)建新的掩模。

借助 DLP 技術(shù)，數(shù)字設(shè)計(jì)可以隨時(shí)修改，從而在保持高吞吐量的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)更高的良率和可擴(kuò)展性，并滿足所需的打印特性尺寸要求?；?DMD 的系統(tǒng)還可以顯著降低與掩模相關(guān)的成本，包括掩模制造、掩模庫(kù)存管理以及掩模重新設(shè)計(jì)等費(fèi)用。

DLP 技術(shù)在高級(jí)封裝中的應(yīng)用

PCB 提供了板級(jí)支撐和電氣連接，用于在分立式元件或已封裝芯片之間傳輸信號(hào)，其布線覆蓋相對(duì)較大的面積，互連密度屬于中等水平。然而，這些 PCB 存在諸多規(guī)則限制，如布局方式和特性尺寸，這會(huì)限制 I/O 能力。因此，在連接和布線單個(gè)裸片時(shí)，基板和中介層就顯得尤為重要，它們能夠突破這些限制。高級(jí)封裝基板通過將信號(hào)從細(xì)間距芯片焊盤分配到更大的封裝引腳或焊球來(lái)提高封裝級(jí)的 I/O 密度。多層結(jié)構(gòu)不僅能在緊湊的外形內(nèi)實(shí)現(xiàn)更多連接，還進(jìn)一步支持在單個(gè)封裝中集成多個(gè)裸片。中介層則通過在裸片之間提供更細(xì)的間距，實(shí)現(xiàn)更高的 I/O 密度。借助基板和中介層，可以避免傳統(tǒng) PCB 的限制，使最終尺寸比每顆芯片單獨(dú)封裝的等效 PCB 占用更少空間。由于互連距離縮短，這不僅提升了性能和效率，還減少了與 PCB 的連接數(shù)量。本質(zhì)上，為了克服直接布線到 PCB 所帶來(lái)的尺寸增大問題，會(huì)使用中介層和基板作為中間橋梁。DMD 同樣可以像在 PCB 上打印圖案一樣，在這些基板和中介層上打印所需特性。

大多數(shù)基板材料與 PCB 類似，由交替的電介質(zhì)和金屬層組成。中介層則主要有三類材料組成：有機(jī)材料、玻璃和硅。采用 DLP 技術(shù)的系統(tǒng)通常側(cè)重于有機(jī)材料和玻璃，尤其是在推進(jìn)到面板級(jí)時(shí)。面板有助于提升制造效率，減少操作錯(cuò)誤和工具成本，同時(shí)實(shí)現(xiàn)高吞吐量。面板級(jí)制造能夠在單一封裝中集成更多晶體管，從而實(shí)現(xiàn)更高的面積利用率、可擴(kuò)展性和靈活性。

通過無(wú)需光掩模而直接投射到基板上，采用 DLP 技術(shù)的系統(tǒng)在面板尺寸上提供了更大的靈活性和可擴(kuò)展性，同時(shí)將拼接誤差降至最低，而拼接誤差是掩模系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)常見的挑戰(zhàn)。在基于 DMD 的系統(tǒng)中，面板尺寸幾乎不受限制，且可通過實(shí)時(shí)校正處理翹曲問題。現(xiàn)代大多數(shù) PCB 都采用面板級(jí)打印，這也說(shuō)明了從 PCB 打印利用 DLP 技術(shù)自然過渡到面板級(jí)打印基板、中介層和 RDL 以實(shí)現(xiàn)高級(jí)封裝的合理性。

隨著對(duì)更高 I/O 密度的需求增加，以及高級(jí)封裝和面板級(jí)封裝層數(shù)的不斷增長(zhǎng)，DLP 技術(shù)系統(tǒng)正幫助制造商在保持高精度和高吞吐量的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)可擴(kuò)展性，并減少誤差累積。

DLP991UUV DMD 專為高級(jí)封裝市場(chǎng)設(shè)計(jì)。此 DMD 支持高達(dá) 110Gbps 的高數(shù)據(jù)速率，使實(shí)時(shí)校正、最大曝光速度以及每小時(shí)面板處理量成為可能。DLP991UUV 具有 5.4μm 的微鏡間距，在 0.99 英寸對(duì)角線封裝中集成了 890 萬(wàn)個(gè)微鏡。作為 DLP 產(chǎn)品系列中分辨率最高的器件，它可幫助設(shè)備制造商最大化產(chǎn)能、增加曝光面積，同時(shí)縮小特性尺寸，實(shí)現(xiàn) 1μm L/S。DLP991UUV 波長(zhǎng)下限可達(dá) 343nm，可用于 G 線和 I 線光刻設(shè)備，并可根據(jù)需要調(diào)整多種波長(zhǎng)以優(yōu)化光阻性能。DMD 的應(yīng)用使系統(tǒng)制造商能夠在設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)更高精度和更小的特性尺寸，從而提升 I/O 密度，同時(shí)降低成本。

結(jié)語(yǔ)

通過采用 DLP 技術(shù)的數(shù)字成像制造工藝，系統(tǒng)制造商能夠降低生產(chǎn)成本和周期時(shí)間，實(shí)現(xiàn)面板級(jí)封裝中的實(shí)時(shí)設(shè)計(jì)調(diào)整，在大規(guī)模生產(chǎn)中提高良率，并在復(fù)雜結(jié)構(gòu)上保持高精度。

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