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合明科技分享:芯片的晶圆级封装制程

发布日期:2023-05-06 发布者:合明科技 浏览次数:3927

芯片的晶圆级封装制程

晶圆级封装或 WLP,是一种在晶圆级执行的 IC 封装技术。这意味着封装是在整个晶圆上进行的,只有在封装完成后才能切割晶圆。在晶圆级封装中,组装中使用的组件(例如凸块)应用于晶圆预切割,例如在晶圆级。在传统的半导体制造中,晶圆首先被切割成单独的裸片,然后组装成半导体封装,如 QFN 或 BGA。

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图 1:晶圆级封装

除了体积小和成本低的优势外,晶圆级封装还提供晶圆级晶圆制造、测试的集成,从而实现更精简的制造过程,简化器件从硅基到成品交付的过程客户产品。

晶圆级封装也称为芯片级封装 (CSP),主要分为两种封装类型:扇入型和扇出型。

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图 2:扇入和扇出封装类型。扇入 (WLCSP) 本质上是一个凸块芯片

在晶圆级封装出现之前,使用导线将芯片连接到基板,从芯片的边缘到基板上相应的引脚/焊盘,这一过程称为引线键合。引线键合有两个主要问题:电气性能低,因此不适合高性能和高频应用,以及每个芯片的引线数量限制,从而对相关芯片的数据传输能力造成很大障碍。

随着时间的推移和摩尔定律的影响越来越明显,电路不断缩小和缩小,这使得电线变得更细和更长,从而产生了更多的问题,例如浪费功率和时序滞后。这导致不可避免地过渡到倒装芯片封装,这解决了使用引线键合引起的许多功能障碍。倒装芯片制造技术包括用整个晶圆顶表面的焊料凸块(称为焊盘或互连点)代替导线,从面积的角度来看,会增加电气连接的密度。切割晶圆后,芯片被翻转并通过凸块或铜柱附着到基板上。

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晶圆级封装,有时称为WLCSP(晶圆级芯片级封装),是目前市场上可用的最小封装技术,由 OSAT(外包半导体组装和测试)公司提供, 真正的 WLP 封装虽然是由晶圆和RDL(再分布层)、中介层或 I/O 间距形成的,所有这些都用于重新排列管芯的引脚/触点,以便分散开并足够大以提供更好和更容易处理。

晶圆级封装的类型

WLP 主要可分为两大类:扇入 WLP(FIWLP 或 WLCSP)和扇出 WLP(FOWLP 或 eWLB)。两者之间的区别在于插入器级别。在 FIWLP 的情况下,内插器与裸片尺寸相同,而在 FOWLP 封装中,内插器比裸片大,类似于传统的 BGA 封装。

FOWLP 和 FIWLP 与 BGA 封装的区别在于,在 WLP 封装的情况下,内插器直接应用在晶圆上,而不是使用倒装芯片技术,其中 BGA 芯片连接并回流到内插器。在 FIWLP 和 FOWLP 封装中,芯片和内插器可以封装在保护材料中,例如环氧树脂或耐热塑料。

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图 3:WLP 侧面结构图

晶圆级封装的用途和好处

因为 I/O 需求不断增长,并且需要越来越大的互连密度。这产生了 RDL(重新分布层),它通过导电金属迹线重新路由芯片的连接。

RDL 也很有用,因为它使 WLP 封装能够包含具有不同功能的不同芯片,这成为系统级封装,简称 SiP。这些封装系统经常用于移动设备市场,因为它们可以做得非常紧凑以适应空间限制,而且它们还将所有需要的功能打包到一个结构中。

使用 WLP 方法的另一个好处是能够垂直堆叠芯片和/或水平平铺芯片。这导致了 2.5D 和 3D IC 的发展,它们利用 FOWLP 技术和/或 TSV 来连接多层密集水平互连(由铜制成),并以更低的功耗确保更高的带宽。

当只使用TSV时,我们说IC在制造过程中使用2.5D空间排列,简称2.5D IC。当我们添加多个芯片并将它们堆叠在一起时,我们需要用凸点和/或 RDL(如果需要)将它们连接起来,这会创建一个复杂的 3D 结构,因此将此类 IC 命名为 3D IC。

这项新技术被用于服务器领域、图像传感器、游戏机、高端超级计算、人工智能和 IoT(物联网)设备。由于业界尚未对 WLP 方法进行标准化,因此可以考虑多种不同的可用方案。该决定归结为设备制造商对可靠性、成本、功耗、性能甚至外形因素施加的特定重要性。

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