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倒装芯片和晶圆级封装水基清洗工艺方案合明科技分享:一文了解先进封装类型有哪些?

发布日期:2021-12-29 发布者:合明科技Unibright 浏览次数:1059

倒装芯片和晶圆级封装水基清洗工艺方案合明科技分享:一文了解先进封装类型有哪些?

水基清洗剂,环保清洗剂,电路板清洗,助焊剂清洗剂,半导体清洗,丝网清洗,红胶清洗,治具清洗,功率器件清洗,电路板清洗剂_免洗助焊剂清洗剂合明科技专注精密电子清洗技术20多年,是SMT贴装/DIP封装,功率半导体器件及芯片封装精密清洗工艺技术方案、产品、清洗设备提供商。精密电子清洗除焊后助焊剂、锡膏、焊膏、球焊膏、焊锡膏、锡渣等残留物。水基系列产品,精细化对应涵盖从半导体封测到PCBA组件终端,包括有水基和半水基清洗剂,碱性和中性的水基清洗剂等。




先进封装


堆叠封装:


堆叠封装分类:


堆叠封装技术是一种对两个以上芯片(片芯、籽芯)、封装器件或电路卡进行机械和电气组装的方法,在有限的空间内成倍提高存储器容量,或实现电子设计功能,解决空间、互连受限问题。


堆叠封装分为定制堆叠和标准商业堆叠两大类型:前者是通过芯片层次工艺高密度化,其设计和制造成本相对较高;后者采用板卡堆叠、柔性电路连接器联接、封装后堆叠、芯片堆叠式封装等方式,其成本比采用单芯片封装器件的存储器模块高平均15%~20%。应该看到,芯片堆叠式封装的成本效率最高,在一个封装体内有2~5层芯片堆叠,从而能在封装面积不变的前提下,有效利用立体空间提高存储容量,主要用于DRAM、闪存和SRAM。另外,通过堆叠TSOP可分别节约50%或77%的板级面积。


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堆叠封装的特点:


芯片堆叠封装主要强调用于堆叠的基本“元素”是晶圆切片。


多芯片封装、堆叠芯片尺寸封装、超薄堆叠芯片尺寸封装等均属于芯片堆叠封装的范畴。芯片堆叠封装技术优势在于采用减薄后的晶圆切片可使封装的高度更低。


堆叠封装有两种不同的表现形式,即PoP堆叠(Package on Package,PoP)和PiP堆叠(Package in Package Stacking,PiP)。


PoP堆叠使用经过完整测试且封装完整的芯片,其制作方式是将完整的单芯片或堆叠芯片堆叠到另外一片完整单芯片或堆叠芯片的上部。其优势在于参与堆叠的基本“元素”为成品芯片,所以该技术理论上可将符合堆叠要求的任意芯片进行堆叠。


PiP堆叠使用经过简单测试的内部堆叠模块和基本组装封装作为基本堆叠模块,但受限于内部堆叠模块和基本组装封装的低良率,PiP堆叠成品良率较差。但PiP的优势也十分明显,即在堆叠中可使用焊接工艺实现堆叠连接,成本较为低廉。


PoP封装外形高度高于PiP封装,但是装配前各个器件可以单独完整测试,封装后的成品良率较好。


堆叠封装技术中封装后成品体积最小的应属3D封装技术。


3D封装可以在更小,更薄的封装壳内封装更多的芯片。按照结构3D封装可分为芯片堆叠封装和封装堆叠封装。


晶圆级封装(WLP)


WLP的优势:


晶圆级封装(WLP)就是在封装过程中大部分工艺过程都是对晶圆(大圆片)进行操作,对晶圆级封装(WLP)的需求不仅受到更小封装尺寸和高度的要求,还必须满足简化供应链和降低总体成本,并提高整体性能的要求。


晶圆级封装提供了倒装芯片这一具有极大优势的技术,倒装芯片中芯片面朝下对着印刷电路板(PCB),可以实现最短的电路径,这也保证了更高的速度,降低成本是晶圆级封装的另一个推动力量。


器件采用批量封装,整个晶圆能够实现一次全部封装。在给定晶片上封装器件的成本不会随着每片晶片的裸片数量而改变,因为所有工艺都是用掩模工艺进行的加成和减法的步骤。


WLP技术的两种类型:


总体来说,WLP技术有两种类型:“扇入式”(fan-in)和“扇出式”(fan-out)晶圆级封装。


传统扇入WLP在晶圆未切割时就已经形成。在裸片上,最终的封装器件的二维平面尺寸与芯片本身尺寸相同。器件完全封装后可以实现器件的单一化分离(singulation)。因此,扇入式WLP是一种独特的封装形式,并具有真正裸片尺寸的显著特点。具有扇入设计的WLP通常用于低输入/输出(I/O)数量(一般小于400)和较小裸片尺寸的工艺当中。


另一方面,随着封装技术的发展,逐渐出现了扇出式WLP。扇出WLP初始用于将独立的裸片重新组装或重新配置到晶圆工艺中,并以此为基础,通过批量处理、构建和金属化结构,如传统的扇入式WLP后端处理,以形成最终封装。


扇出式WLP可根据工艺过程分为芯片先上(Die First)和芯片后上(Die Last),芯片先上工艺,简单地说就是先把芯片放上,再做布线(RDL),芯片后上就是先做布线,测试合格的单元再把芯片放上去,芯片后上工艺的优点就是可以提高合格芯片的利用率以提高成品率,但工艺相对复杂。eWLB就是典型的芯片先上的Fan out工艺,长电科技星科金朋的Fan-out,安靠(Amkor)的葡萄牙工厂均采用的芯片先上的工艺。TSMC的INFO也是芯片先上的Fan-out产品。安靠和ASE也都有自己成熟的芯片后上的Fan-out工艺。

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在电子设备的发展历史中,WLP封装技术的推广产生了很多全新的产品。


例如得益于WLP的使用,摩托罗拉能够推出其RAZR手机,该手机也是其推出时最薄的手机。最新型号的iPhone采用了超过50颗WLP,智能手机是WLP发展的最大推动力。


随着金线价格的上涨,一些公司也正在考虑采用WLP作为低成本替代方案,而不是采用引线键合封装,尤其是针对更高引脚数的器件。最近几年中,WLP也已经被广泛用于图像传感器的应用中。目前,硅通孔(TSV)技术已被纳入用于封装图像传感器的WLP解决方案。其他更新的封装技术也在逐渐发展,并与现有的WLP技术进行整合,例如三维(3D)集成技术。


2.5D/3D先进封装集成工艺


新兴的2.5D和3D技术有望扩展到倒装芯片和晶圆级封装工艺中。通过使用硅中介层(Interposers)和硅通孔(TSV)技术,可以将多个芯片进行垂直堆叠。TSV堆叠技术实现了在不增加IC平面尺寸的情况下,融合更多的功能到IC中,允许将更大量的功能封装到IC中而不必增加其平面尺寸,并且硅中介层用于缩短通过集成电路中的一些关键电通路来实现更快的输入和输出。因此,使用先进封装技术封装的应用处理器和内存芯片将比使用旧技术封装的芯片小约30%或40%,比使用旧技术封装的芯片快2~3倍,并且可以节省高达40%或者更多的功率。


2.5D和3D技术的复杂性以及生产这些芯片的IC制造商(Fab)和外包封装/测试厂商的经济性意味着IDM和代工厂仍需要处理前端工作,而外包封装/测试厂商仍然最适合处理后端过程,比如通过露出、凸点、堆叠和测试。外包封装/测试厂商的工艺与生产主要依赖于内插件的制造,这是一种对技术要求较低的成本敏感型工艺。


三维封装可以更高效地利用硅片,达到更高的“硅片效率”。硅片效率是指堆叠中的总基板面积与占地面积的比率。因此,与其他2D封装技术相比,3D技术的硅效率超过了100%。而在延迟方面,需要通过缩短互连长度来减少互连相关的寄生电容和电感,从而来减少信号传播延迟。而在3D技术中,电子元件相互靠得很近,所以延迟会更少。相类似,3D技术在降低噪声和降低功耗方面的作用在于减少互连长度,从而减少相关寄生效应,从而转化为性能改进,并更大程度的降低成本。此外,采用3D技术在降低功耗的同时,可以使3D器件以更高的频率运行,而3D器件的寄生效应、尺寸和噪声的降低可实现更高的每秒转换速率,从而提高整体系统性能。


3D集成技术作为2010年以来得到重点关注和广泛应用的封装技术,通过用3D设备取代单芯片封装,可以实现相当大的尺寸和重量降低。这些减少量的大小部分取决于垂直互连密度和可获取性(accessibility)和热特性等。据报道,与传统封装相比,使用3D技术可以实现40~50倍的尺寸和重量减少。


举例来说,德州仪器(TI)的3D裸片封装与离散和平面封装(MCM)之间的体积和重量相比,可以减少5~6倍的体积,并且在分立封装技术上可以减少10~20倍。此外,与MCM技术相比,重量减少2~13倍,与分立元件相比,重量减少3~19倍。此外,封装技术中的一个主要问题是芯片占用面积,即芯片占用的印刷电路板(PCB)的面积。在采用MCM的情况下,芯片占用面积减少20%~90%,这主要是因为裸片的使用。




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针对电子制程精密焊后清洗的不同要求,合明科技在水基清洗方面有比较丰富的经验,对于有着低表面张力、低离子残留、配合不同清洗工艺使用的情况,自主开发了较为完整的水基系列产品,精细化对应涵盖从半导体封测到PCBA组件终端,包括有水基和半水基清洗剂,碱性和中性的水基清洗剂等。具体表现在,在同等的清洗力的情况下,合明科技的兼容性较佳,兼容的材料更为广泛;在同等的兼容性下,合明科技的清洗剂清洗的锡膏种类更多(测试过的锡膏品种有ALPHA、SMIC、INDIUM、SUPER-FLEX、URA、TONGFANG、JISSYU、HANDA、OFT、WTO等品牌;测试过的焊料合金包括SAC305、SAC307、6337、925等不同成分),清洗速度更快,离子残留低、干净度更好。

 

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【阅读提示】

以上为本公司一些经验的累积,因工艺问题内容广泛,没有面面俱到,只对常见问题作分析,随着电子产业的不断更新换代,新的工艺问题也不断出现,本公司自成立以来不断的追求产品的创新,做到与时俱进,熟悉各种生产复杂工艺,能为各种客户提供全方位的工艺、设备、材料的清洗解决方案支持。

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