Toppan 展望未来其基板技术将不断发展以跟上微芯片封装技术的进步。| TOPPAN
2023年10月，凸版印刷株式会社（1900年）在东京成立，距今已有123年，集团改组为控股公司结构，以凸版印刷株式会社为核心运营公司。凸版印刷以通过印刷业务积累的各种技术为基础，确立了信息通信、生活产业、电子三大业务部门。电子业务在2023财年的净销售额为2,665亿日元，占其合并总销售额的16%。
“您可能想知道为什么一家印刷公司现在涉足电子业务；但实际上，自从我们开始将照相雕刻技术应用于糖生产过滤器的制造以来，60 多年来，我们一直在通过专有技术扩大我们在电子领域的利益，”电子部门执行官兼副主管 Kazunori Katsumura 说道。关于半导体业务，凸版印刷拥有高端倒装芯片球栅阵列 (FC-BGA) 基板、下一代半导体封装和半导体光掩模的先进技术能力，并作为基板制造商参与了台积电 3DFabric 联盟。这些业务活动在全球市场受到高度评价。
高速数据传输基板
凸版印刷在FC-BGA基板量产领域拥有20多年的历史，最初以游戏机用FC-BGA基板为主，2007年迎来了转折点。
凸版印刷电子事业部半导体事业本部长兼执行董事古谷明彦自豪地表示：“随着iPhone的出现，数据通信量急剧上升至以往的10倍。基于手机基站的数据通信量也将增加的假设，凸版印刷将核心半导体基板转向基站网络设备用半导体基板，随后扩展到数据中心用半导体基板。我们不断寻求最符合高速传输的半导体基板，对高速传输线路的形成和信号质量充满信心。”
尽管竞争对手已经开发了个人电脑和其他消费产品的技术，但凸版印刷专注于网络交换机、高频设备和其他工业用产品，以取得优势，这为其半导体基板生产建立了信心。大型基板（98 毫米 × 95 毫米和 90 毫米 × 90 毫米）将在 Semicon Japan 2024 上展出。
凸版印刷致力于开发大型、多层的FC-BGA基板，灵活应对基板尺寸增大、层数增加、高速传输等技术要求，面向服务器处理器、网络设备、家用游戏机、中央处理器、图形处理器等，不断提升基板的品质。
古屋补充道：“我们专门研究了通过四级脉冲幅度调制形成每条线路 224 千兆位/秒的高速传输线路的技术，并实现了 FC-BGA 基板的量产。最近，人工智能加速器采用了极高速的 GPU，连接加速器的开关也需要高速传输能力。这就是我们能够高速传输的 FC-BGA 基板发挥真正优势的地方。我们还为市场大量生产了大型多层 100 毫米见方 9-2-9 积层基板。”
新潟工厂正在大批量生产FC-BGA基板，第三阶段扩建生产线计划于2026年开始运营。为了进一步加强生产力并支持新潟工厂的业务连续性，新加坡工厂正在进行建设，计划于2026年底开始运营。
在FC-BGA基板事业方面，凸版致力于开发符合以NTT的创新光纤无线网络2.0为代表的、需要进一步高速传输的光电子融合技术的基板。
古谷表示：“我们正在与客户联合开发与共封装相对应的FC-BGA基板，即将光电转换元件安装到基板上，我们即将推出市场。”
该技术相当于每秒102.4Tbps的超高速交换。凸版印刷正在加强研发，将FC-BGA基板内的光传输（芯片间的光互连）和芯片内的光互连视为基板间光连接的下一个阶段。
为生成式人工智能做好准备
Toppan 不仅推动传统 FC-BGA 基板的技术开发，还推动用于生成 AI 的下一代半导体封装的技术开发。据 Furuya 介绍：“下一代半导体封装不会淘汰 FC-BGA 基板，而是会开发芯片结构，即在安装到 FC-BGA 基板上的中介层中安装多个半导体芯片。为了应对这一趋势，Toppan 计划在保持其在传统 FC-BGA 基板市场地位的同时进入中介层市场。”
Toppan 致力于开发使用玻璃和其他有机材料的下一代半导体基板的高生产率中介层。与只能由圆形晶圆制造的硅中介层不同，玻璃和其他有机材料将使从矩形面板制造中介层成为可能。作为这项技术开发的一部分，Toppan 于 4 月成立了先进半导体封装开发中心。
“我们的开发团队拥有各行各业的专家，他们在重要领域拥有丰富的经验，包括负责半导体前端工艺设计和微加工的设计工程师、负责微加工的光掩模工程师以及负责玻璃加工和转移技术的液晶显示器彩色滤光片工程师。有机再分布层 (RDL) 中介层的开发需要设计半导体前端工艺的能力，而这正是凸版印刷在半导体设计服务方面可以发挥优势的领域。凸版印刷通过汇集整个集团的知识，准备了研发和技术开发结构。”
对于生成式人工智能，凸版印刷正在开发结合 FC-BGA 和硅中介层的芯片封装基板，同时考虑到芯片未来普及的可能性，凸版印刷正在推进采用玻璃芯、玻璃中介层和使用玻璃载体的有机 RDL 中介层的下一代封装基板的技术开发。这些备受关注的技术将在 Semicon Japan 2024 上展出。
玻璃基板
Toppan 利用多年来积累的玻璃加工技术，开发出具有不同深度腔体的玻璃通孔 (TGV) 的玻璃基板，用于安装元件。Toppan 还成功同时加工了 TGV 和腔体。这可以应用于玻璃芯 FC-BGA 基板和玻璃中介层。虽然人们担心玻璃芯基板会因应力而破裂，但 Toppan 成功地避免了这个问题。Toppan 在 2024 年日本国际半导体展上展示了一个样品，该样品在 510 毫米 × 515 毫米的玻璃板上形成腔体和 TGV，无需金属化。
采用镶嵌工艺的 RDL
除了在 FC-BGA 业务中培育的微加工技术外，Toppan 还利用了从半导体前端工艺中开发的一种新型镶嵌布线形成方法，用于芯片后置型有机 RDL。将带有玻璃载体的 RDL（布线层）安装到 FC-BGA 基板上后，移除玻璃载体并安装芯片。Toppan 在 Semicon Japan 2024 上展示了一种样品，该样品采用镶嵌加工方法在 510 毫米 × 515 毫米的玻璃板上形成微布线（线/间距 = 2/2 微米）。
无芯有机中介层
Toppan 开发了一种无芯有机中介层，即 Toppan RDL 嵌入式无芯基板，这是提高半导体功能性的封装创新技术的典范。中介层有三个要求来确保连接的可靠性：低热膨胀系数 (CTE)，以接近芯片的 CTE；与输入和输出增加相对应的细间距互连；以及与安装芯片数量增加相对应的增大尺寸。能够进行异质集成的无芯有机中介层满足了这些要求。
首先，这种新型无芯有机中介层采用低 CTE 材料，降低了芯片与 FC-BGA 基板之间的 CTE 不匹配，增加了结构刚性，从而首次实现了无需任何载体的独立电气检查。而且，由于这些可以作为已知良好的 RDL 交付，因此可以提高安装可靠性和产量，从而可以减少因中介层缺陷导致的芯片处置损失。
其次，这种新型中介层的尺寸可以超过100平方毫米。凸版印刷在Semicon Japan 2024上展出了四块中介层样品，实现了目前业界制造工艺的最大提升（512毫米×612毫米）。
Toppan 正在其先进半导体封装开发中心将这些新技术与 FC-BGA 相结合，开发新一代半导体封装，目标是在 2028 财年在正在建设中的石川工厂开始量产。Toppan 还在下一代半导体封装业务中发挥独特的技术能力，并承担了台积电 2.5D 封装基板的开发。这体现在其作为基板制造商参与台积电 3DFabric 联盟。Toppan 因其为 2.5D 封装提供的基板质量和稳定供应而受到高度评价。
光掩模占据最大市场份额
Toppan 在半导体业务方面的优势不仅限于 FC-BGA 基板和下一代半导体封装。Katsumura 指出：“Toppan 在光掩模的外部销售市场中占据了最大的市场份额，而光掩模是半导体制造中必不可少的部件。我们的产品涵盖了从传统工艺到尖端创新工艺的广泛工艺，我们的光掩模销售已扩展到全球市场。”
Toppan 光掩模的开发和制造由 Toppan 集团旗下的 Tekscend Photomask Corp. 负责（11 月 1 日，Toppan Photomask Co. Ltd. 更名为 Tekscend Photomask Corp.）。“Toppan 在全球拥有八个制造基地，其光掩模业务的全球影响力令人印象深刻。这种覆盖范围意味着，即使产品需求集中在一家工厂，Toppan 也有后备结构来支持其他工厂的生产。我们可以利用各基地之间的合作来有效应对短期交付，”Katsumura 说道。
Toppan 开发了不同类型的光掩模，包括二元掩模、相移掩模和极紫外光掩模，后者是下一代光刻技术的首选。今年 2 月，Toppan 与 IBM 签署了一项协议，共同研发 EUV 光掩模，通过制造尖端光掩模来支持半导体的微加工。Toppan 还计划在 2024 年日本国际半导体展上展出其 EUV 光掩模。
胜村对凸版印刷参加Semicon Japan 2024充满热情，“随着半导体业务在日本和全球范围内受到越来越多的关注，我们很高兴有机会在Semicon Japan 2024上与各行各业的参观者见面并交流。我期待着向全世界展示凸版印刷在半导体业务方面的强大实力。”
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