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晶圓級(jí)封裝(Wafer Level Packaging,縮寫(xiě)WLP)是一種先進(jìn)的封裝技術(shù),因其具有尺寸小、電性能優(yōu)良、散熱好、成本低等優(yōu)勢(shì),近年來(lái)發(fā)展迅速。
一、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(méi)有引線、鍵合和塑膠工藝,封裝無(wú)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(guò)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
圖 WLP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(guò)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(rùn)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(zhǎng)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(guò)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(guò)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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