板级封装：先进封装为什么从晶圆走向面板？

技术瓶颈所在，往往也是替代创新的起点。

当AI芯片、Chiplet与高性能计算不断推高封装集成度，先进封装面临的挑战，已经不只是如何把更多芯片集成在一起，还包括：如何在更大的加工面积上，实现更高密度的互连、更稳定的制造良率，以及更具竞争力的单位成本？

板级封装（Panel Level Packaging，PLP）正是在这一背景下受到关注。作为晶圆级封装的重要延伸方向，板级封装采用大尺寸方形或矩形面板作为加工载体，试图突破传统圆形晶圆在面积利用率和封装尺寸上的限制，为多芯片异构集成提供新的制造路径。但从晶圆走向面板，并不是简单地把加工尺寸做大。面板变大之后，工艺精度、材料变形、芯片偏移与制造良率，都将面临新的考验。

01 从晶圆到面板

先进封装为什么需要新的制造载体？

图1｜IC封装技术演进示意图

先进封装的发展，正在改变制造需求

在传统半导体制造模式中，芯片性能提升主要依赖晶体管微缩和制程迭代。但随着先进制程研发与制造成本持续攀升，单纯依靠缩小晶体管尺寸提升系统性能，正面临越来越多的技术与经济约束。先进封装提供了另一种思路。通过将多个芯片、存储器及不同功能模块集成在同一封装内，先进封装能够缩短芯片间的互连距离、提升系统集成度，并在一定程度上降低系统性能对单一芯片持续微缩的依赖。

然而，当封装从单颗芯片扩展到多颗芯片，当封装单元和互连网络不断增大，一个新的问题随之出现：

原有的圆形晶圆加工方式，能否继续满足大尺寸、高密度封装的制造需求？

由“圆”入“方”，改变的不只有载体

传统晶圆级封装通常以圆形晶圆作为加工载体。由于芯片和封装单元大多呈矩形排布，晶圆边缘不可避免地存在一定的面积利用损失。板级封装则采用矩形面板作为加工载体。在面板尺寸、产品布局和工艺条件适配的情况下，矩形载体有机会提高加工面积利用率，并为大尺寸封装单元提供更多排布空间。

面板面积扩大后，单次加工理论上可以覆盖更多封装单元，有机会提高单位面积产出。但面积优势并不必然转化为成本优势。面板越大，材料变形、曝光对准、线路均匀性、搬运和检测的难度也可能随之增加。一旦面板不同区域出现加工偏差，就可能影响多个封装单元的制造质量。

因此，板级封装真正要解决的，并非单纯追求更大的面板，而是如何在更大加工面积上，同时实现工艺精度、制造良率与成本控制。

02 FOPLP核心工艺

芯片先置与芯片后置如何选择？

板级封装的产业价值，不能只看面板尺寸，更要看其能否在大面积加工条件下，实现精细线路、高密度互连、稳定的结构控制与可靠的芯片连接。其中，扇出型面板级封装（Fan-Out Panel Level Packaging，FOPLP）是值得关注的技术方向。

芯片先置（Chip-first）

芯片先置路线通常先将芯片放置在临时载体或重构结构中，再通过模塑、解键合及重布线层等工序形成封装结构。具体流程会因正装、倒装等方案而有所不同。其关键挑战在于：芯片在贴装和后续加工过程中可能发生位置偏移，而偏移会进一步影响RDL与芯片焊盘之间的对准。

芯片后置（Chip-last）

芯片后置路线通常先形成部分或全部重布线结构，再将芯片连接到相应互连位置。这一方案的潜在优势是，可以在芯片贴装前进行电性测试与外观检查，并在工艺允许的条件下优先使用已知良品芯片（Known Good Die，KGD），减少已知不良芯片进入后续封装流程所造成的成本浪费。

图2｜FOPLP相关工艺示意图

两条路线并不存在脱离产品条件的绝对优劣。实际选择需要综合考虑芯片尺寸、互连密度、RDL层数、产品结构、设备能力和成本目标。

面板级封装的技术瓶颈：尺寸放大之后，误差如何控制？

图3｜面板级封装相关工艺示意图

面板级封装可以借鉴晶圆级封装和PCB基板制造中的部分成熟工艺，但将这些工艺迁移到大尺寸矩形载体上，并不意味着可以直接复制原有生产流程。其中，材料热膨胀系数（CTE）失配、面板翘曲、芯片偏移和大面积工艺均匀性，是需要重点关注的工程问题。不同材料在温度变化下会发生不同程度的膨胀和收缩。当芯片、模塑材料、介电层与金属线路构成复合结构时，材料之间的热机械差异可能引发残余应力、翘曲和界面可靠性问题。此外，圆形晶圆和矩形面板在涂胶、曝光、沉积、电镀、蚀刻及搬运等环节的设备适配要求不同。如何在整个面板范围内保持稳定的工艺窗口，直接关系到制造良率与生产效率。

因此，FOPLP的规模化发展，不只是封装载体的尺寸升级，也是材料体系、设备平台和工艺控制能力的系统性升级。

03玻璃基板

为什么先进封装开始关注这种材料？

有机载板与玻璃基板：不同的材料选择

有机载板：有机材料及相关载板工艺具有成熟的产业基础，供应链和加工体系相对完善，在成本、制造经验与产业配套方面具备优势。玻璃基板：玻璃具有较高的表面平整度、良好的尺寸稳定性，以及可根据材料体系进行设计的热膨胀和介电特性。在适当的封装架构中，这些特点有利于精细线路加工、高精度对准和高速互连设计。

玻璃基板的潜力，主要体现在哪里？

第一，平整度与尺寸稳定性。在大尺寸封装结构中，面板的尺寸变化和局部变形会影响线路加工及芯片贴装精度。玻璃的材料特性有望为精细线路和高精度对准提供有利条件。第二，高频电气性能。合适的玻璃材料具有较低的介电损耗，可为高速信号传输提供有利条件。不过，实际电气表现还取决于玻璃组成、介电参数、线路几何结构及封装设计。 第三，大尺寸加工潜力。玻璃可以制备为大尺寸面板，为面板级制造和高密度封装提供新的材料平台。但大尺寸玻璃的加工、搬运、切割和热机械控制，也需要相应的设备与工艺支撑。

玻璃基板距离规模化应用，还有哪些难题？

玻璃具有脆性，在钻孔、切割、搬运和热循环过程中，需要控制微裂纹与应力集中。此外，玻璃与金属线路之间的界面结合、通孔金属化以及大尺寸面板的加工一致性，均会影响最终的制造良率。玻璃的导热能力通常不及硅，实际散热表现还需要结合材料厚度、封装结构与散热方案评估。

因此，玻璃基板的竞争力不只取决于材料本身，更取决于它能否与通孔加工、金属化、精细布线和封装可靠性工艺形成完整的制造体系。

TGV：打通玻璃基板上下层的垂直通道

如果说玻璃基板提供了封装结构的基础，那么TGV（Through-Glass Via，玻璃通孔）就是实现其垂直电气连接的关键技术之一。

玻璃是绝缘材料，信号如何穿过基板？

在多层封装结构中，信号需要在不同布线层之间传输。由于玻璃本身是绝缘材料，需要在玻璃中形成通孔，再通过金属化工艺建立导电通路，这就是TGV的基本原理。TGV与硅通孔（TSV）在功能上具有相似之处，二者都用于实现垂直互连，但材料和加工工艺不同：TSV是在硅中形成通孔，TGV则是在玻璃中形成通孔。

TGV制造的四个关键环节

01｜通孔形成

通过激光钻孔、激光改性后刻蚀或光敏玻璃加工等方法形成通孔。不同工艺在孔径、孔形、加工效率及损伤控制方面各有特点。

02｜孔壁处理与金属化

玻璃本身不导电，需要在通孔内壁形成连续的导电种子层，为后续金属沉积提供基础。这一环节关系到孔壁覆盖的连续性和金属附着可靠性。

03｜铜沉积与填充

通过电镀等工艺形成导电结构，并控制孔内空洞、接缝及金属连续性。通孔尺寸、深宽比和结构设计都会影响加工难度。

04｜互连与可靠性验证

将TGV与基板两侧的布线层连接，并通过电气测试、热循环及相关可靠性试验，验证其在实际工作条件下的稳定性。

TGV的技术价值，在于为玻璃基板提供垂直互连能力；而要让这一技术真正发挥作用，还需要与玻璃材料、金属化工艺、RDL及整体封装结构协同设计。

04 从技术潜力到规模化制造

板级封装还要跨过哪些门槛？

从晶圆级封装走向板级封装，改变的不只是加工载体，更是封装尺寸、互连结构与制造体系之间的关系。

FOPLP试图利用更大的加工面积提升制造效率；玻璃基板探索新的材料平台；TGV则为玻璃内部的垂直互连提供关键技术支撑。

这些技术各自解决不同的问题，却又相互关联。面板尺寸扩大，需要更稳定的材料和结构控制；更高密度的RDL，需要更精细的加工与对准；玻璃基板的应用，需要可靠的通孔加工和金属化；而所有技术最终都要回到制造良率、可靠性与成本这一产业化问题上。

随着AI芯片、Chiplet和高性能计算持续发展，板级封装有望获得更多应用探索机会。但从技术潜力走向规模化量产，仍需要跨越工艺稳定性、面板翘曲、互连可靠性、设备适配和成本控制等多重门槛。

先进封装的竞争，不只是封装尺寸的竞争，更是材料、工艺、设备与系统集成能力的综合较量。

未来，板级封装能否形成更具竞争力的制造路径，最终仍要由实际产品需求、工艺成熟度和规模化制造表现来验证。