什么是晶圆级封装技术？

为了提高晶圆级封装的适用性并扩大其应用范围，人们正在研究和开发各种新型技术同时解决产业化过程中出现的问题，开展对晶圆级封装技术的现状、应用和发展进行研究。

WLP的最初萌芽是由用于移动电话的低速I／O(low-I／O)、低速晶体管元器件制造带动起来的，如无源的片上感应器和功率传输ICs等，目前WLP正处于发展阶段，受到蓝牙、GPS(全球定位系统)元器件以及声卡等应用的推动，需求正在逐步增长。当发展到3G手机生产阶段时，预计各种各样的手机内容全新应用将成为WLP的又一个成长动力，其中包括电视调谐器(TV tuners)、调频发射器(FM transmitters)以及堆栈存储器等。随着存储器件制造商开始逐步实施WLP，将引领整个行业的模式化变迁。

 

薄膜再分布WL-CSP

 

一种典型的再分布工艺，最终形成的焊料凸点呈面阵列布局，该工艺中，采用BCB作为再分布的介质层，Cu作为再分布连线金属，采用溅射法淀积凸点底部金属层(UBM)，丝网印刷法淀积焊膏并回流，其中底部金属层工艺对于减少金属间化合反应和提高互连可靠性来说十分关键。 

 

晶圆级微凸点的制作

 

铅锡凸点技术发展的关键技术推动力来自持续的器件尺寸紧缩。在130nm技术标准下，约有30%的逻辑芯片需要凸点技术。但是在90 nm技术标准下，这一数据跃升到60%，当发展到了65 nm器件量产制造时，金凸点技术的需求则攀升至80%以上。

WLP以BGA技术为基础，是一种经过改进和提高的CSP。有人又将WLP称为晶圆级芯片尺寸封装(WLP-CSP)它不仅充分体现了BGA、CSP的技术优势，而且是封装技术取得革命性突破的标志。晶圆级封装技术采用批量生产工艺制造技术，可以将封装尺寸减小至IC芯片的尺寸，生产成本大幅度下降，并且把封装与芯片的制造融为一体，将彻底改变芯片制造业与芯片封装业分离的局面。正因为晶圆级封装技术有如此重要的意义，所以，它一出现就受到极大的关注并迅速获得巨大的发展和广泛的应用。

首先在晶圆上完成UBM层的制作。然后沉积厚胶并曝光，为电镀焊料形成模板。电镀之后，将光刻胶去除并刻蚀掉暴露出来的UBM层。最后一部工艺是再流，形成焊料球。电镀制作微凸点的详细工艺步骤为：

(1)在晶圆上蒸发／溅射籽晶导电层(seed conductive layer)的金属层；

(2)在晶圆上旋转涂覆一层光刻胶；

(3)光刻电极窗口阵列图形；

(4)通过光刻胶上小孔电镀金属微嵌入体；

(5)去除光刻胶；

(6)刻蚀已暴露的籽晶导电层。

(7)在金属嵌入体上涂覆厚层光刻胶；

(8)套刻出Au凸点；

(9)刻蚀掉部分厚胶，使金属嵌入体的突出部分得以显现；

(10)电镀Au凸点；

(11)在嵌入体顶部淀积一层很薄的Au或Cu层。

共面性是指晶圆内所有凸点高度的一致性，它在倒装芯片键合工艺中有着严格的要求。在倒装芯片键合中，凸点的高度变化会导致力的不均匀分布、芯片碎裂和电学开路。对于凸点共面性的典型要求是在整个芯片的凸点的高度差不能大于5μm。

 

 

晶圆减薄

 

硅与安装基板热膨胀系数匹配不良是封装焊料球在热循环试验及现场使用中产生疲劳失效的重要原因。另外，这种失效也与每个元件自身的强度如何密切相关。芯片越薄，柔性也越好，焊料球抗疲劳的性能必将得到提高。因此，将晶元减薄并由此减小芯片厚度，也是改进焊料凸点可靠性的重要措施之一。在晶圆级封装加工之前减薄晶圆，容易使晶圆变形甚至破碎，这是不可取的。在晶圆级封装加工完成之后进行晶圆减薄是一种较好的办法，但实施起来比较困难。供晶圆级封装制造用的晶圆和减薄技术及设备正在开发之中。

晶圆级封装以BGA技术为基础，是一种经过改进和提高的CSP，充分体现了BGA、CSP的技术优势。它具有许多独特的优点：①封装加工效率高，它以晶圆形式的批量生产工艺进行制造；②具有倒装芯片封装的优点，即轻、薄、短、小；③晶圆级封装生产设施费用低，可充分利用晶元的制造设备，无须投资另建封装生产线；④晶圆级封装的芯片设计和封装设计可以统一考虑、同时进行，这将提高设计效率，减少设计费用；⑤晶圆级封装从芯片制造、封装到产品发往用户的整个过程中，中间环节大大减少，周期缩短很多，这必将导致成本的降低；⑥晶圆级封装的成本与每个晶圆上的芯片数量密切相关，晶圆上的芯片数越多，晶圆级封装的成本也越低。晶圆级封装是尺寸最小的低成本封装。晶圆级封装技术是真正意义上的批量生产芯片封装技术。

 

晶圆级封装技术的发展趋势

 

 结束语：晶圆级封装技术是低成本的批量生产芯片封装技术。晶圆级封装与芯片的尺寸相同，是最小的微型表面贴装器件。由于晶圆级封装的一系列优点，晶圆级封装技术在现代电子装置小型化、低成本化需求的推动下，正在蓬勃向前发展。当前，晶圆级封装技术通常适用于I／O数低的小尺寸芯片。业界还需要开发新的技术，降低生产成本，发展大尺寸芯片的晶圆级封装和精细节距焊球阵列晶圆级封装。

附：Fan-in和Fan-out的区别

根据Amkor中国区总裁周晓阳介绍：采用Fan-in封装的芯片尺寸和产品尺寸在二维平面上是一样大的，芯片有足够的面积把所有的I/O接口都放进去。而当芯片的尺寸不足以放下所有I/O接口的时候，就需要Fan-out，当然一般的Fan-out 在面积扩展的同时也加了有源和/或无源器件以形成SIP。

首先谈一下扇入型

目前主要的扇入型封装器件为WiFi/BT（无线局域网、蓝牙）集成组件、收发器、PMIC（电源管理集成电路）和DC/DC转换器（约占总量的50%），以及包括MEMS和图像传感器在内的各种数字、模拟、混合信号器件。扇入型封装技术未来可能面临的最大挑战，或将是系统级封装的器件功能集成。下图为系统级封装增长对扇入型封装出货量的影响，其整体复合年增长率从9%下降到了6%。本报告详细分析了系统级封装的增长及其对扇入型封装的影响。

受系统级封装影响的扇入型封装出货量预测

其次谈一下扇出型

2013年起，全球各主要封测厂积极扩充FOWLP产能，主要是为了满足中低价智慧型手机市场，对于成本的严苛要求。FOWLP由于不须使用载板材料，因此可节省近30%封装成本，且封装厚度也更加轻薄，有助于提升晶片商产品竞争力

- 扇出型封装“核心”市场，包括基带、电源管理及射频收发器等单芯片应用。该市场是扇出型晶圆级封装解决方案的主要应用领域，并将保持稳定的增长趋势。

由于扇出型封装技术具有潜力巨大的“高密度”市场和增长稳定的“核心”市场，该领域的供应链预计将在扇出型封装能力方面投入巨资。一些厂商已经能够提供扇出型晶圆级封装，但还有许多厂商仍处于扇出型封装平台的开发阶段，以期能够进入扇出型封装市场，扩大它们的产品组合。

而在市场容量方面，扇出型封装保持56%的复合年增长率，未来将会给封测厂商带来广阔的前景。

扇出型封装的市场营收预测（按市场类型划分）

目前，台积电（TSMC）也是Fan-out技术的主要推动者之一，而Amkor和其他主要封测公司也都有各自不同形式的Fan-out独门技术。相对来讲，目前的Fan-out技术还不是很成熟，其成品率和可靠性还有待于进一步提升。

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