關于WLCSP晶圓級芯片封裝技術介紹

大印藍海科技|印寧華|Indining China|

2022-04-03 01:30:01 67

WLCSP（Wafer Level Chip Scale Packaging）是一種晶圓級芯片封裝方式，有別于傳統的芯片封裝方式（切割、封裝、測試，封裝后原始芯片數量會增加至少20%）。整個晶圓封裝測試后，切割成單個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存模塊的尺寸，還滿足了移動設備對體空間的高密度要求。另一方面，在性能方面，也提升了數據傳輸的速度和穩定性。

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

－數據傳輸路徑短、穩定性高：
采用WLCSP封裝時，由于電路布線的線路短且厚（標示A至B的黃線），故可有效增加數據傳輸的頻寛減少電流耗損，也提升數據傳輸的穩定性。
散熱特性佳
由于WLCSP少了傳統密封的塑料或陶瓷包裝，故IC芯片運算時的熱能便能有效地發散，而不致增加主機體的溫度，而此特點對于行動裝置的散熱問題助益極大。

WLCSP可以被分成兩種結構類型：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，而有的時候，如果出現引出錫球的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）。此時載板和die粘合起來形成了一個新的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 對比如下，從流程上看，Fan-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晶圓級封裝VS傳統封裝

在傳統晶圓封裝中，是將成品晶圓切割成單個芯片，然后再進行黏合封裝。不同于傳統封裝工藝，晶圓級封裝是在芯片還在晶圓上的時候就對芯片進行封裝，保護層可以黏接在晶圓的頂部或底部，然后連接電路，再將晶圓切成單個芯片。

相比于傳統封裝，晶圓級封裝具有以下優點：

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

與傳統金屬引線產品相比，WLP一般有較短的連接線路，在高效能要求如高頻下，會有較好的表現。

3、高密度連接

WLP可運用數組式連接，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、生產周期短

WLP從芯片制造到、封裝到成品的整個過程中，中間環節大大減少，生產效率高，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試的，以批量化的生產方式達到成本最小化的目標。WLP的成本取決于每個硅片上合格芯片的數量，芯片設計尺寸減小和硅片尺寸增大的發展趨勢使得單個器件封裝的成本相應地減少。WLP可充分利用晶圓制造設備，生產設施費用低。

二、晶圓級封裝的工藝流程

WLP工藝流程

晶圓級封裝工藝流程如圖所示：

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

2、重布線層（RDL）是對芯片的鋁/銅焊區位置重新布局，使新焊區滿足對焊料球最小間距的要求，并使新焊區按照陣列排布。光刻膠作為選擇性電鍍的模板以規劃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RDL層。在第二層聚合物薄膜光刻出新焊區位置。

4、凸點下金屬層（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行準確定位，將焊料球放置于UBM上，放入回流爐中，焊料經回流融化與UBM形成*的浸潤結合，達到*的焊接效果。

三、晶圓級封裝的發展趨勢

隨著電子產品不斷升級換代，智能手機、5G、AI等新興市場對封裝技術提出了更高要求，使得封裝技術朝著高度集成、三維、超細節距互連等方向發展。晶圓級封裝技術可以減小芯片尺寸、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，順應了電子產品日益輕薄短小、低成本的發展要需求。

晶圓級封裝技術要不斷降低成本，提高可靠性水平，擴大在大型IC方面的應用：

1、通過減少WLP的層數降低工藝成本，縮短工藝時間，主要是針對I/O少、芯片尺寸小的產品。

2、通過新材料應用提高WLP的性能和可靠度。主要針對I/O多、芯片尺寸大的產品。

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