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關(guān)于WLCSP晶圓級(jí)芯片封裝技術(shù)介紹

大印藍(lán)海科技|印寧華|Indining China|

2022-04-03 01:30:01 113

WLCSP（Wafer Level Chip Scale Packaging）是一種晶圓級(jí)芯片封裝方式，有別于傳統(tǒng)的芯片封裝方式（切割、封裝、測(cè)試，封裝后原始芯片數(shù)量會(huì)增加至少20%）。整個(gè)晶圓封裝測(cè)試后，切割成單個(gè)IC顆粒，因此封裝體積與IC裸片原始尺寸相同。 WLCSP封裝方式不僅顯著減小了內(nèi)存模塊的尺寸，還滿足了移動(dòng)設(shè)備對(duì)體空間的高密度要求。另一方面，在性能方面，也提升了數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣群头€(wěn)定性。

WLCSP的特性優(yōu)點(diǎn)
－原芯片尺寸最小封裝方式：
WLCSP晶圓級(jí)芯片封裝方式的最大特點(diǎn)便是有效地縮減封裝體積，故可搭配于行動(dòng)裝置上而符合可攜式產(chǎn)品輕薄短小的特性需求。

－數(shù)據(jù)傳輸路徑短、穩(wěn)定性高：
采用WLCSP封裝時(shí)，由于電路布線的線路短且厚（標(biāo)示A至B的黃線），故可有效增加數(shù)據(jù)傳輸?shù)念l寛減少電流耗損，也提升數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。
散熱特性佳
由于WLCSP少了傳統(tǒng)密封的塑料或陶瓷包裝，故IC芯片運(yùn)算時(shí)的熱能便能有效地發(fā)散，而不致增加主機(jī)體的溫度，而此特點(diǎn)對(duì)于行動(dòng)裝置的散熱問題助益極大。

WLCSP可以被分成兩種結(jié)構(gòu)類型：直接BOP（bump On pad）和重新布線(RDL)。

BOP即錫球直接長在die的Al pad上，而有的時(shí)候，如果出現(xiàn)引出錫球的pad靠的較近，不方便出球，則用重新布線（RDL）將solder ball引到旁邊。

最早的WLCSP是Fan-In，bump全部長在die上，而die和pad的連接主要就是靠RDL的metal line，封裝后的IC幾乎和die面積接近。Fan-out，bump可以長到die外面，封裝后IC也較die面積大（1.2倍）。

Fan-in: 如下流程為Fan-in的RDL制作過程。

Fan-Out: 先將die從晶圓上切割下來，倒置粘在載板上（Carrier）。此時(shí)載板和die粘合起來形成了一個(gè)新的wafer，叫做重組晶圓（Reconstituted Wafer）。在重組晶圓中，再曝光長RDL。

Fan-in和Fan-out 對(duì)比如下，從流程上看，F(xiàn)an-out除了重組晶圓外，其他步驟與Fan-in RDL基本一致。

延展閱讀

一、WLP晶圓級(jí)封裝VS傳統(tǒng)封裝

在傳統(tǒng)晶圓封裝中，是將成品晶圓切割成單個(gè)芯片，然后再進(jìn)行黏合封裝。不同于傳統(tǒng)封裝工藝，晶圓級(jí)封裝是在芯片還在晶圓上的時(shí)候就對(duì)芯片進(jìn)行封裝，保護(hù)層可以黏接在晶圓的頂部或底部，然后連接電路，再將晶圓切成單個(gè)芯片。

相比于傳統(tǒng)封裝，晶圓級(jí)封裝具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、封裝尺寸小

由于沒有引線、鍵合和塑膠工藝，封裝無需向芯片外擴(kuò)展，使得WLP的封裝尺寸幾乎等于芯片尺寸。

2、高傳輸速度

與傳統(tǒng)金屬引線產(chǎn)品相比，WLP一般有較短的連接線路，在高效能要求如高頻下，會(huì)有較好的表現(xiàn)。

3、高密度連接

WLP可運(yùn)用數(shù)組式連接，芯片和電路板之間連接不限制于芯片四周，提高單位面積的連接密度。

4、生產(chǎn)周期短

WLP從芯片制造到、封裝到成品的整個(gè)過程中，中間環(huán)節(jié)大大減少，生產(chǎn)效率高，周期縮短很多。

5、工藝成本低

WLP是在硅片層面上完成封裝測(cè)試的，以批量化的生產(chǎn)方式達(dá)到成本最小化的目標(biāo)。WLP的成本取決于每個(gè)硅片上合格芯片的數(shù)量，芯片設(shè)計(jì)尺寸減小和硅片尺寸增大的發(fā)展趨勢(shì)使得單個(gè)器件封裝的成本相應(yīng)地減少。WLP可充分利用晶圓制造設(shè)備，生產(chǎn)設(shè)施費(fèi)用低。

二、晶圓級(jí)封裝的工藝流程

WLP工藝流程

晶圓級(jí)封裝工藝流程如圖所示：

1、涂覆*層聚合物薄膜，以加強(qiáng)芯片的鈍化層，起到應(yīng)力緩沖的作用。聚合物種類有光敏聚酰亞胺（PI）、苯并環(huán)丁烯（BCB）、聚苯并惡唑（PBO）。

2、重布線層（RDL）是對(duì)芯片的鋁/銅焊區(qū)位置重新布局，使新焊區(qū)滿足對(duì)焊料球最小間距的要求，并使新焊區(qū)按照陣列排布。光刻膠作為選擇性電鍍的模板以規(guī)劃RDL的線路圖形，最后濕法蝕刻去除光刻膠和濺射層。

3、涂覆第二層聚合物薄膜，是圓片表面平坦化并保護(hù)RDL層。在第二層聚合物薄膜光刻出新焊區(qū)位置。

4、凸點(diǎn)下金屬層（UBM）采用和RDL一樣的工藝流程制作。

5、植球。焊膏和焊料球通過掩膜板進(jìn)行準(zhǔn)確定位，將焊料球放置于UBM上，放入回流爐中，焊料經(jīng)回流融化與UBM形成*的浸潤結(jié)合，達(dá)到*的焊接效果。

三、晶圓級(jí)封裝的發(fā)展趨勢(shì)

隨著電子產(chǎn)品不斷升級(jí)換代，智能手機(jī)、5G、AI等新興市場(chǎng)對(duì)封裝技術(shù)提出了更高要求，使得封裝技術(shù)朝著高度集成、三維、超細(xì)節(jié)距互連等方向發(fā)展。晶圓級(jí)封裝技術(shù)可以減小芯片尺寸、布線長度、焊球間距等，因此可以提高集成電路的集成度、處理器的速度等，降低功耗，提高可靠性，順應(yīng)了電子產(chǎn)品日益輕薄短小、低成本的發(fā)展要需求。

晶圓級(jí)封裝技術(shù)要不斷降低成本，提高可靠性水平，擴(kuò)大在大型IC方面的應(yīng)用：

1、通過減少WLP的層數(shù)降低工藝成本，縮短工藝時(shí)間，主要是針對(duì)I/O少、芯片尺寸小的產(chǎn)品。

2、通過新材料應(yīng)用提高WLP的性能和可靠度。主要針對(duì)I/O多、芯片尺寸大的產(chǎn)品。

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