WLCSP晶圓級(jí)芯片封裝技術(shù)-矢量科學(xué)
WLCSP(Wafer Level Chip Scale Packaging)即晶圓級(jí)芯片封裝方式,,不同于傳統(tǒng)的芯片封裝方式(先切割再封測(cè),,而封裝后至少增加原芯片20%的體積),,此種技術(shù)是先在整片晶圓上進(jìn)行封裝和測(cè)試,,然后才切割成一個(gè)個(gè)的IC顆粒,,因此封裝后的體積即等同IC裸晶的原尺寸,。
WLCSP的封裝方式,不僅明顯地縮小內(nèi)存模塊尺寸,,而符合行動(dòng)裝置對(duì)于機(jī)體空間的高密度需求,;另一方面在效能的表現(xiàn)上,,更提升了數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣扰c穩(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
晶圓級(jí)封裝工藝流程如圖所示:
1,、涂覆第一層聚合物薄膜,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形成良好的浸潤結(jié)合,,達(dá)到良好的焊接效果。
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,。
相關(guān)產(chǎn)品
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