新一代晶圆级封装(WLCSP)技术介绍

[发布日期：2023-05-30 16:51:15]　点击：

　　WLCSP(Wafer-Level Chip-Scale Package)是一种将晶圆级封装(WLP)和芯片尺寸封装(CSP)合为一体的封装技术。芯片尺寸封装(CSP)是指整个package的面积相比于silicon总面积不超过120%的封装技术。该技术有效促进集成电路的小型化，但是其不适合服务器级处理器的应用。晶圆级封装(WLP)是指在晶圆前道工序完成后，直接对晶圆进行封装，再切割分离成单一芯片，相对于传统封装将晶圆切割成单个芯片后再进行封装，WLP 技术在封装成本和生产效率等方面具有明显的优势。目前大部分先进封装，比如英特尔的Foveros系列，台积电的SOIC, InFO等等都是基于晶圆级的。WLCSP则是巧妙地结合上述两种封装方式的优点。相比于传统的引线键合，WLCSP最大特点就是封装体积小，互联路径短。WLCSP的应用非常广泛，相比于引线键合工艺能够更好地满足便携式电子设备、智能手机、平板电脑、可穿戴设备等小型高集成度产品的需求。但是WLCSP也是有其局限性的，因其可用于bump的面积受silicon面积限制，所以总共的IO(input/output)数量有限，通常其IO密度也相对较低。

　　WLCSP可以从有无重布线层来分成两种结构类型：直接凸块BOP (bump on pad)和重布层RDL(Redistribution Layer)。直接凸块WLCSP包含一个可选的介电层(常见的有聚酰亚胺，苯并环丁烯 和聚苯并双恶唑等)，这个层用作有源裸片表面上的应力缓冲器。该介电层覆盖了除连接焊盘开窗区域(pad opening)之外的整个裸片面积。在这些开窗区域之上溅射或电镀凸块下金属层(UBM)。UBM是不同金属层的堆叠，包括抗扩散层、润湿层和抗氧化层。然后通过植球回流焊方式来形成焊球或者铜柱加锡膏凸块。与直接凸块WLCSP不同的是，重布层WLCSP使用两层或者更多的介电层。第一层介电层和BOP工艺一样附在裸片上。然后通过光刻显影薄膜沉积电镀等工艺在介电层上形成金属层。金属层通过垂直通孔和芯片的pads相连。如果集成度比较高的话，可能需要更多层的重布线。接下去需要在金属层上再敷上一层介电层，然后在介电层打孔形成vias。然后类似于第一层金属层的流程来完成制造第二层金属层。同样的方法，还可以继续用类似的工艺增加更多的重布线层。目前重布线层一般不超过4层。最后在表面涂布表面介电层，然后通过植球形成C4或者带铜柱的C2 bumps。

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　　台湾ELT的全自动晶圆级真空压膜机系统，区别于传统使用滚轮压式的贴膜机，创新采用真空贴膜+压膜后切膜的专利技术。干膜先预铺设(不与基材接触)，腔体抽真空后进行贴压膜，配合以震荡式软性气囊的多段热压作用，尤其适合晶圆表面具有凹凸起伏结构图案的贴压膜制程。如：Flip Chip制程的NCF压膜、Fan-out制程的Mold sheet压膜以及3D-IC制程所需的TSV填孔等。可实现近乎完美无气泡及业界最高深宽比(1:20)填充的贴压膜;可兼容匹配8”及12”晶圆封装工艺。内部搭配自动切割系统，压膜后设备切割系统进行裁膜，匹配多种干膜材料，还可扩充压膜腔体进行二次表面整平压合，无须另外加装整平系统，节省成本。另外，手动型号还可铺设离型膜，可避免压膜中所造成的残胶影响。