晶片级封装(WL-CSP)基础
晶片级封装(WL-CSP)基础
晶片级封装(WL-CSP)基础本文详细讨论了Maxim的晶片级封装(WL-CSP)，其中包括：晶圆架构、卷带包装、PCB布局、安装及回流焊等问题。
本文还按照IPC和JEDEC标准提供了可靠性测试数据。
注：最终用户及安装人员应该负责提供其行业标准要求设计和装配文件，行业标准文件包括(但不限于)以下内容：概述晶片级(WL)芯片封装(CSP)是一种可以使集成电路(IC)面向下贴装到印刷电路板(PCB)上的CSP 封装技术，采用传统的SMT安装工艺。
芯片焊盘通过独立的焊球直接焊接到PCB焊盘，不需要任何填充材料(图1)。
WL-CSP技术与球栅阵列、引线型和基于层压成型的CSP封装技术不同，它没有绑定线或引出线。
图1. 4 x 4 WL-CSP照片，减少了两个球栅阵列的位置，电路侧视图WL-CSP封装技术最根本的优点是IC到PCB之间的电感很小，第二个优点是缩小了封装尺寸并缩短了生产周期，提高了热传导性能。
WL-CSP结构Maxim的WL-CSP球栅阵列是在硅晶片衬底上建立的封装内部互连结构。
在晶片表面附上一层电介质重复钝化的聚合物薄膜。
这层薄膜减轻了焊球连接处的机械压力并在管芯表面提供电气隔离。
在聚合物薄膜内采用成相技术制作过孔，通过它实现与IC绑定盘的电气连接。
WL-CSP焊球阵列是基于具有均匀栅距的矩形栅格排列。
WL-CSP球阵列可以包含任意行(2至6)和任意列(2至6)数。
焊球材料由顶标中A1位置的标示符表示(见图2中的顶标A1)。
A1为光刻的双同心圆时，表示焊膏采用的是低熔点的SnPb；对于无铅焊膏，A1处采用加号表示。
所有无铅WL-CSP产品底部的晶片迭层采用标准的聚合物薄膜保护层，该聚合物材料为硅片底部提供机械接触和UV光照保护。
WL-CSP球栅阵列设计和尺寸Maxim的WL-CSP 0.5mm间隔的球栅阵列封装通常设计为2 x 2至6 x 6焊球矩阵(图2)，详细的WL-CSP尺寸图可从网站下载：Maxim封装图。
什么是晶圆级芯片封装WLCSP
什么是晶圆级芯片封装WLCSP
随着移动电子产品趋向轻巧、多功能、低功耗发展，为了在更小的封装面积下容纳更多的引脚数，因而发展出晶圆级芯片封装WLCSP。
它具备更多的功能集成、在体积、成本和性能方面更具优势，可以应用在移动电话、蓝牙
产品、医疗设备、射频收发器、电源管理单元、音频放大器和GPS模块使用。
什幺是晶圆级芯片封装WLCSP呢？
大家可能比较熟悉BGA，CSP就是小型的BGA，外形和球间距比BGA 小，球间距小于0.8毫米的BGA称为CSP，或者封装面积和里面芯片的面积之比小于1.2。
至于WLCSP，就是晶圆级CSP，即是大型的倒装晶片，中间没有载体，
焊球直接植于硅基材上，一般焊球间距为0.4至0.8毫米间。
由于晶圆级芯片封装的密间距，其敏感度远远超过BGA。
那幺，在组装晶圆级芯片封装这种具有焊球直径小、焊球间距小、外形尺。
晶圆级封装(WLP)方案(一)
晶圆级封装（WLP）方案一、实施背景随着微电子产业的快速发展，封装技术正面临着严峻的挑战。
传统的封装技术由于尺寸大、电性能和热性能较差等问题，已经难以满足高性能集成电路的封装需求。
而晶圆级封装（WLP）技术的出现，为产业结构的改革提供了新的解决方案。
二、工作原理晶圆级封装（WLP）是一种将集成电路直接封装在晶圆片上的技术。
它通过在晶圆片上制造出多个集成电路，然后通过切割和封装，将这些集成电路分别封装在独立的封装体中。
具体来说，WLP技术首先在晶圆片上制造出多个集成电路，这些集成电路可以是数字电路、模拟电路、混合信号电路等。
然后，使用切割机将晶圆片切割成单个集成电路，再将这些集成电路分别封装在独立的封装体中。
三、实施计划步骤1.设备采购：需要采购制造集成电路所需的设备，如光刻机、刻蚀机、薄膜沉积设备等。
2.工艺研发：需要研发适合WLP技术的制造工艺，包括光刻工艺、刻蚀工艺、薄膜沉积工艺等。
3.样品制作：在研发阶段，需要制作样品以验证工艺的可行性。
4.测试与验证：对制作的样品进行测试和验证，确保其性能符合要求。
5.批量生产：当样品测试通过后，可以开始批量生产。
四、适用范围WLP技术适用于各种高性能集成电路的封装，如CPU、GPU、FPGA等。
它具有以下优点：1.体积小：由于WLP技术将集成电路直接封装在晶圆片上，因此可以大大减小封装体积。
2.电性能和热性能优异：WLP技术可以提供更好的电性能和热性能，从而提高集成电路的性能和可靠性。
3.制造成本低：由于WLP技术可以在晶圆片上制造多个集成电路，因此可以分摊制造成本，降低单个集成电路的制造成本。
4.可扩展性强：WLP技术可以轻松扩展到更大的晶圆尺寸和更高的产量。
五、创新要点1.制造工艺的创新：WLP技术需要研发适合其特点的制造工艺，包括光刻工艺、刻蚀工艺、薄膜沉积工艺等。
2.封装技术的创新：WLP技术需要开发新的封装技术，以实现集成电路的高性能、小型化和可靠性。
什么是晶圆级芯片封装WLCSP
什么是晶圆级芯片封装WLCSP
随着移动电子产品趋向轻巧、多功能、低功耗发展，为了在更小的封装面积下容纳更多的引脚数，因而发展出晶圆级芯片封装WLCSP。
它具备更多的功能集成、在体积、成本和性能方面更具优势，可以应用在移动电话、蓝牙产品、医疗设备、射频收发器、电源管理单元、音频放大器和GPS模块使用。
什么是晶圆级芯片封装WLCSP呢？
大家可能比较熟悉BGA，CSP就是小型的BGA，外形和球间距比BGA小，球间距小于0.8毫米的BGA称为CSP，或者封装面积和里面芯片的面积之比小于1.2。
至于WLCSP，就是晶圆级CSP，即是大型的倒装晶片，中间没有载体，焊球直接植于硅基材上，一般焊球间距为0.4至0.8毫米间。
由于晶圆级芯片封装的密间距，其敏感度远远超过BGA。
那么，在组装晶圆级芯片封装这种具有焊球直径小、焊球间距小、外形尺寸小的元器件特征时，厂家要注意什么呢？环球仪器提出了什么解决方案呢？
晶圆级芯片封装的装配流程
目前有两种工艺，一种是锡膏装配，但为了避免“桥连”或“少锡”缺陷，环球仪器建议采用助焊剂浸蘸的方法进行组装。
工艺流程：
拾取晶圆级芯片封装
浸蘸助焊剂
贴装晶圆级芯片封装
回流焊接
底部填充(如有需要)
在这里先集中讨论浸蘸助焊剂流程，环球仪器建议采用助焊剂薄膜浸蘸方式，即在元器件贴装前浸蘸一定厚度的助焊剂薄膜，使每个焊球上附着一定量的助焊剂。
采用助焊剂薄膜浸蘸的两大优点：。
晶圆级芯片封装技术(WL-CSP)电子教案
薄膜介质层的淀积
• 再分布的关键步骤就是在晶圆上薄膜
介质层的淀积，以便增强芯片的钝化作 用。无机钝化层中的引线孔，会在重新 布线金属化过程中形成短路。重新布线 金属化下方的聚合物层，也起着凸点形 成和装配工艺的应力缓冲层的作用。通 常选择的聚合物涂敷，应能提供封装工 艺的高性能。
聚合物的选择
• 在UBM钝化后的工序或贮存中聚合物会吸湿 ，聚合物会在回流焊工艺中产生气泡或者裂纹， 所以聚合物选择高玻璃化温度、低吸湿性的材 料来进行绝缘支持。
晶圆级芯片封装技术（WL-CSP)
• 一、晶圆级芯片封装的定义 • 二、晶圆级芯片封装工艺 • 三、晶圆级芯片封装的可靠性
晶圆级芯片封装的定义
• 根据定义，晶圆级芯片封装就是芯片 尺寸的封装，其尺寸与芯片原尺寸相 同。基本概念是，在制造后，通常在 测试之前，马上取出晶片，再增加一 些步骤(金属和电介质层)产生一种结构， 就可将产品组装到电路板上。
焊料球（ 低共晶或高熔化PbSn）通过模 板印刷直接淀积于再分布晶圆片上。在对 流炉中回流焊膏，采用溶剂除去焊剂残余 物。根据焊球间距，焊球直径平均值在180 和270μm之间。
（采用焊膏模板印制法）
焊膏模板印制法
• 模板印刷工艺是反复 地将正确的焊膏量转 移到印制板上的正确 位置。模板窗口尺寸， 形状与模板厚度决定 了焊膏的转印量，窗 口的位置决定了焊膏 的转印位置。
• 被封装件的可靠性指“ 一段期望时间内器件 在可接受的失效概率下的正常工作能力”。 空对空加速测试是检测圆片级器件可靠性 的常用方法之一。所采用测试方法可以设 计为20min的0/100℃空对空热循环, 每次热 循环先分别在一个温度极限停留5min, 然后 再以20℃/min 的转换速率变化到另一个温 度极限。看看UBM和锡球之间的结合，失 效模式等。这个实验的主要目的就是为了 验证封装工艺本身有没有问题
先进的芯片尺寸封装（CSP）技术
先进的芯片尺寸封装（CSP）技术超声电子 HDI板带动扭转局势2007年03月16日08:31 [我来说两句] [字号：大中小]来源：中国证券报超声电子(000823)主营业务为电子产品生产,产品可分为四大类,分别为PCB、TN/STN LCD、覆铜板与超声电子设备。
其中PCB为主要产品,贡献2006年营收与毛利达70%。
凯基证券分析师林振民和魏宏达认为,中国科技股之市盈率将落在2007年27倍与2008年21倍左右,而估计超声电子的营运转折点已于2006下半年出现,2007与2008年业绩成长可望强势。
根据2008年市盈率24倍以及2008年稀释EPS 预估0.46元,推算出超声目标价为11元,首次给予建议“增持”。
公司为中国主要PCB厂,也是少数有能力生产HDI板者。
PCB行业主要的进入障碍包括资本、技术与管理能力。
PCB作为一资本密集行业,需要持续的资本注入,而投资金额亦会随着制程线距之精细化而不断扩大。
另外,制程技术与管理能力对PCB生产之良率也十分关键,而良率又决定了企业获利性的高低。
公司在技术与制程管理上都在中国居于领先,作为中国少数有能力生产HDI者,公司良率约达到95%,高于行业平均的85%-90%。
相较于其他区域市场龙头,公司获利性与规模都将随其HDI于去年下半年出货跃增后,可望逐步迎头赶上。
预估公司获利将自2006年第四季开始提升,因为当时公司HDI产能为2003年以来首度满载运转。
去年第四季为公司营运转折点,不仅其二厂产能达满产,同时期二阶HDI板也大量出货(超过1万平米),远高于2006年前三季约2千平米。
因此预估2007年因产能扩充平均季出货将达1.8万平米,由此公司获利也将同步提升。
先进的芯片尺寸封装(CSP)技术【来源:《电子工业专用设备》】【作者:杜润】【时间: 2006-11-98:59:50】【点击: 526】超级CSP封装技术(一)【来源:《电子工业专用设备》】【作者:杨建生】【时间: 2006-10-14 8:29:40】【点击: 352】超级CSP封装技术(二)【来源:《电子工业专用设备》】【作者:天水华天科技股份有限公司】【时间: 2006-10-14 8:37:43】【点击: 350】■ 2008年PC正式进入WiMAX时代在2007年旧金山英特尔科技论坛上，英特尔宣布于2008年推出第五代迅驰平台Montevina，将整合WiMAX与Wi-Fi双模产品，正式将笔记本电脑带入WiMAX时代！预计2008年电信业者美国的Sprint、Clearwire，与日本的KDDI 都将完成WiMAX部署工作。
晶圆级封装（WLCSP）倒片封装（Flip-Chip）
晶圆级封装（WLCSP）倒片封装（Flip-Chip）
来源：芯苑
受电子产品的小、轻、薄的驱动，封装领域也是不断开发出新的封装type。
上一章就有说到CSP封装就是比较革命性的产品，Size是裸芯片的1.2倍甚至同等大小，尤其随着移动电子的兴起，这种裸芯片封装(Wafer Level CSP)封装已经是最小最省钱的封装方式了，虽然前期需要RDL的光罩费用，但是它省去了Leadframe的费用，直接solder bump焊接到主板上即可。
CSP(Chip-Scale or Chipe-Size Package)的concept起源于1990s，follow的是IPC/JEDEC J-STD-012标准，它主要应用于Low pin count的EEPROMs、ASICs 以及microprocessors (MCU)等，尤其当Wafer越大而Die又越小的时候，其成本会更有优势。
CSP封装主要的步骤为：把die mount到epoxy interposer上，再用wire bond (gold or Al)将PAD和基板连接起来，第三步用Molding Plastic封装保护Die和Wire，最后再将Solder ball贴到Interposer底部。
晶片级封装(WLP)及其应用
晶片级封装(WLP)及其应用Oct 08, 2003摘要：本文详细讨论了Maxim的晶片级封装(WLP)，其中包括：晶圆架构、卷带包装、PCB布局、安装、回流焊、热特性以及可靠性等问题。
注：最终用户及安装人员有负责遵循符合其行业标准的设计和装配文件，行业标准文件包括(但不限于)以下内容：•电子工业联接协会(IPC)•半导体标准行业协会(JEDEC)•电子工业协会(EIA)点击这里，了解典型射频收发器设计的无线器件•国际电子制造联合会(iNEMI)•国际电工委员会(IEC)•美国国家标准学会(ANSI)•Jisso国际理事会(JIC)•日本印刷电路工业会(JPCA)•线束及组件制造商协会(WHMA)概述晶片级封装(WLP)是芯片封装(CSP)的一种，可以使IC面向下贴装到印刷电路板(PCB)上，采用传统的SMT安装工艺。
芯片焊盘通过独立的焊球直接焊接到PCB焊盘(图1)。
WLP技术与球栅阵列、引线型和基于层压成型的CSP封装技术不同，它没有绑定线或引出线。
WLP通常无需填充材料，但是在一些特定应用中，比如移动设备中，填充材料能够增大WLP的机械强度。
WLP的主要优势在于其封装尺寸小、IC到PCB之间的电感很小、并且缩短了生产周期。
图1. 10 x 10 WLP侧视图照片WLP结构Maxim的WLP芯片是在硅晶片衬底上直接建立封装内部互连结构。
在晶片表面附上一层电介质重复钝化的聚合物薄膜。
这层薄膜减轻了焊球连接处的机械压力并在管芯表面提供电气隔离。
在聚合物薄膜内采用成相技术制作过孔，通过它实现与IC绑定盘的电气连接。
WLP焊球阵列是基于具有均匀栅距的矩形栅格排列。
焊球材料由顶标中A1位置的标示符表示(见图2中的顶标A1)。
A1为光刻的双同心圆时，表示焊膏采用的是低熔点的SnPb；对于无铅焊膏，A1处采用加号表示。
所有无铅WLP产品的底部均采用晶片迭层(聚合物薄膜保护层)，该聚合物材料为硅片底部提供机械接触和UV光照保护。
ucsp - 晶片级封装
UCSP - 晶片级封装概述晶片级封装(WLCSP)是一种可以使集成电路（IC）面向下贴装到印刷电路板上的CSP封装技术，芯片的焊点通过独立的锡球焊接到PC板的焊盘上，不需要任何填充材料（图1）。
这种技术与球栅阵列、引线型和基于层压板的CSP封装技术的不同之处在于它没有联结线或内插连接。
WLCSP封装技术最根本的优点是IC到PC板之间的电感很小，第二个优点是缩小了封装尺寸和生产周期并提高了热传导性能。
Maxim 的WLCSP技术商标为UCSP。
图1. 4x4 UCSP照片，底部视图UCSP结构Maxim的UCSP结构是在硅晶片衬底上建立的。
在晶片的表面附上一层BCB(Benzocyclobutene, 苯并环丁烯)树脂薄膜。
这层薄膜减轻了锡球连接处的机械压力并在裸片（die）表面提供电气隔离。
在BCB膜上使用照相的方法制作过孔，通过它实现与IC联结基盘的电气连接。
过孔上面还要加上一层UBM（球下金属）层。
一般情况下，还要再加上第二层BCB作为阻焊层以确定回流锡球的直径和位置。
标准的锡球材料是共晶锡铅合金，即63%的Sn和/37%的Pb。
UCSP结构的截面图如图2所示。
图2. 典型的UCSP截面图UCSP锡球阵列是基于具有统一栅距的长方形栅格排列的。
UCSP球阵列可能包含满足6 > ND > 2和6 > NE > 2的任意行数（ND）和列数（NE）。
基本的UCSP结构请参见表1，表2是其典型的尺寸，图3标示出了表2中引用的机械结构符号。
也可以减少使用锡球的数量，有许多种球阵列规格并未在表1中列出。
表1. UCSP 结构注释：一些特定器件的球阵列设计需要的锡球数目可能比较少。
具体的UCSP制图方法可以在Maxim的封装概况目录中得到：/cgi-bin/packages.表2. 典型的UCSP尺寸Ball Diameter b注释：一些特定器件的球阵列设计需要的锡球数目可能比较少。
wlcsp封装技术的优缺点与未来
wlcsp封装技术的优缺点与未来WLCSP 即晶圆级芯片封装方式，英文全称是Wafer-Level Chip Scale Packaging Technology，不同于传统的芯片封装方式(先切割再封测，而封装后至少增加原芯片20%的体积)，此种最新技术是先在整片晶圆上进行封装和测试，然后才切割成一个个的IC 颗粒，因此封装后的体积即等同IC 裸晶的原尺寸。
它号称是封装技术的未来主流，已投入研发的厂商包括FCT、Aptos、卡西欧、EPIC、富士通、三菱电子等。
它在结束前端晶圆制作流程的晶圆上直接完成所有的操作。
在封装过程中再将芯片从晶圆上分离，从而使WLCSP 可以实现与芯片尺寸相同的最小的封装体积，这几乎是最终的封装缩微技术。
晶圆级芯片规模封装技术，融合薄膜无源器件技术及大面积规格制造技术能力，不仅提供节省成本的解决办法，而且提供与现存表面贴装组装过程相符合的形状因素。
芯片规模封装技术既提供性能改进路线自1998 年可行性的WLCSP 技术宣布以来，近年市场上已经出现了各种不同类型的WLCSP。
这种技术已经使用在移动电子设备中，比如用于移动电话的电源供给芯片，并且延伸到逻辑产品的应用中。
WLCSP 是倒装芯片互连技术的一个变种。
借助WLCSP 技术，裸片的有源面被倒置，并使用焊球连接到PCB。
这些焊球的尺寸通常足够大(在0.5mm间距、预回流焊时有300μm)，可省去倒装芯片互连所需的底部填充工艺。
如封装结构WLCSP 可以被分成两种结构类型：直接凸块和重分布层(RDL)直接凸块直接凸块WLCSP 包含一个可选的有机层(聚酰亚胺)，这个层用作有源裸片表面上的应力缓冲器。
聚酰亚胺覆盖了除连接焊盘四周开窗区域之外的整个裸片面积。
在这个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，包括扩散层、势垒层、润湿层和抗氧化层。
焊球落在UBM之上(因此叫落球)，然后通过回流焊形成焊料凸块。
晶圆级封装技术说课讲解
重布线层（RDL）的目的是对芯片的铝焊区 位置进行重新布局，使新焊区满足对焊料球 最小间距的要求，并使新焊区按照阵列排布。
第二种结构如图(b)所示，焊球 置于在RDL 层上，并通过2 层 聚合物介质层与Si 芯片相连， 此种结构中没有焊点下金属层。 两层聚合物层作为钝化和再布线 层。这种结构不同于第一种结构， 尽管两种结构均有再布线层。如 图b所示，高分子介电薄膜层置 于焊球和硅衬底。这种高分子层 能够作为缓冲层来降低由于温度 变化所引起的PCB 和硅的热失 配产生的热-机械应力。这种 WLP 结构能拓展到间距为0.5 mm 的12×12焊球阵列。
所示为典型的晶圆凸点制作 的工艺流程。 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。
电镀技术可以实现很窄的凸点节 距并维持高产率。并且该项技术 应用范围也很广，可以制作不同 尺寸、节距和几何形状的凸点， 电镀技术已经越来越广泛地在晶 圆凸点制作中被采用，成为最具 实用价值的方案。
不同的WLP 结构
第三种WLP 结构如图(c)所示，是在图（b)结构的基础 上，添加了UBM 层。由于添加了这种UBM 层，相应 增加了制造成本。这种UBM 能稍微提高热力学性能。
图（d）所示的第四种WLP 结构，采用了铜柱结构， 首先电镀铜柱，接着用环氧树脂密封。
晶圆级封装(WLP)方案(二)
晶圆级封装（WLP）方案一、实施背景随着微电子行业的快速发展，传统的封装技术已经无法满足市场对高性能、高集成、低成本及更快上市时间的需求。
在此背景下，晶圆级封装（Wafer Level Packaging，WLP）技术应运而生，成为微电子行业未来的重要发展方向。
WLP技术在提高封装密度、降低成本、缩短上市时间等方面具有显著优势，对于推动产业结构改革具有重大意义。
二、工作原理晶圆级封装（WLP）是一种将集成电路裸芯片直接封装在晶圆上的一种技术。
它利用先进的薄膜制造和晶圆加工技术，将芯片与晶圆相结合，形成一个完整的封装体。
WLP技术具有以下特点：1.高集成度：WLP技术可将多个裸芯片集成在一个封装体内，实现更高的集成度。
2.低成本：WLP技术简化了封装流程，减少了封装材料和加工成本，实现了更低的成本。
3.快速上市：WLP技术缩短了封装周期，提高了生产效率，从而加快了产品上市时间。
三、实施计划步骤1.需求分析：对市场需求进行调研，明确WLP技术的应用领域和市场需求。
2.技术研发：开展WLP技术研发，掌握核心技术，提升自主创新能力。
3.设备采购：根据技术研发需求，采购必要的设备和材料。
4.样品制作：制作WLP样品，对样品进行检测和验证。
5.批量生产：根据市场需求，进行批量生产。
6.市场推广：开展市场推广活动，扩大WLP技术的市场份额。
四、适用范围WLP技术适用于以下领域：1.通信：WLP技术可用于制造高频、高速的通信芯片，如5G通信、光通信等。
2.汽车：WLP技术可用于制造高可靠性的汽车电子器件，如发动机控制芯片、安全气囊控制芯片等。
3.医疗：WLP技术可用于制造高精度的医疗电子设备，如监护仪、超声等。
4.消费电子：WLP技术可用于制造小型、高性能的消费电子产品，如手机、平板电脑等。
五、创新要点1.技术创新：WLP技术是一种先进的封装技术，需要掌握核心技术，不断提升自主创新能力。
2.模式创新：WLP技术改变了传统的封装模式，实现了更高效、更低成本的生产模式。
晶圆级封装全解
WLP 在3D 叠层封装中的应用
TSV一般采用Cu 填充。由 于Cu 和Si 的热膨胀系数不 同，TSV 在热循环过程中 存在着热机械可靠性问题。 高密度的TSV，要进行通 孔的完全填充；中等密度 的TSV，为提高可靠性、 节省工艺时间和降低成本， 不采用铜的完全填充，而 是用电化学沉积电镀薄层 铜衬里以保证电学连接， 剩余的部分则采用聚合物 填充。
封装加工效率高，它以圆片形式的批量生产工艺进行制造； 具有倒装芯片封装的优点，即轻、薄、短、小； 圆片级封装生产设施费用低，可充分利用圆片的制造设备，无须投资 另建封装生产线； 圆片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； 圆片级封装从芯片制造、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； 圆片级封装的成本与每个圆片上的芯片数量密切相关，圆片上的芯片 数越多，圆片级封装的成本也越低。圆片级封装是尺寸最小的低成本 封装。
所示为典型的晶圆凸点制作 的工艺流程。 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。
电镀技术可以实现很窄的凸点节 距并维持高产率。并且该项技术 应用范围也很广，可以制作不同 尺寸、节距和几何形状的凸点， 电镀技术已经越来越广泛地在晶 圆凸点制作中被采用，成为最具 实用价值的方案。
凸点制作技术
凸点制作是圆片级封装工艺过 程的关键工序,它是在晶圆片的 压焊区铝电极上形成凸点。圆片 级封装凸点制作工艺常用的方法 有多种, 每种方法都各有其优缺 点, 适用于不同的工艺要求。要 使圆片级封装技术得到更广泛的 应用, 选择合适的凸点制作工艺 极为重要。在晶圆凸点制作中， 金属沉积占到全部成本的50%以 上。晶圆凸点制作中最为常见的 金属沉积步骤是凸点下金属化层 （ UBM）的沉积和凸点本身的 沉积，一般通过电镀工艺实现。
晶圆片级芯片规模封装工艺
晶圆片级芯片规模封装工艺
晶圆片级芯片规模封装（Wafer Level Chip Scale Packaging，简称WLCSP），即晶圆级芯片封装方式，是一种将整片晶圆进行封装和测试，然后再切割成一个个的IC颗粒的封装技术。
这种技术与传统的芯片封装方式（先切割再封测，而封装后至少增加原芯片20%的体积）不同，因为它在切割晶圆成单个芯片之前就已经完成了封装和测试，因此封装后的体积等同于IC裸晶的原尺寸。
晶圆片级芯片规模封装工艺具有以下优点：
1.封装尺寸小：由于没有引线、键合和塑胶工艺，封装无需向芯片外扩展，使得
WLCSP的封装尺寸几乎等于芯片尺寸。
2.高传输速度：与传统金属引线产品相比，WLCSP一般有较短的连接线路，在
高效能要求如高频下，会有较好的表现。
3.高密度连接：WLCSP可运用数组式连接，芯片和电路板之间连接不限制于芯
片四周，提高单位面积的连接密度。
4.生产周期短：WLCSP从芯片制造到封装到成品的整个过程中，中间环节大大
减少，生产效率高，周期缩短很多。
5.工艺成本低：WLCSP是在硅片层面上完成封装测试的，以批量化的生产方式
达到成本最小化的目标。
WLCSP的成本取决于每个硅片上合格芯片的数量，芯片设计尺寸减小和硅片尺寸增大的发展趋势使得单个器件封装的成本相应地减少。
WLCSP可充分利用晶圆制造设备，生产设施费用低。
综上所述，晶圆片级芯片规模封装工艺是一种先进的封装技术，具有许多优点，能够提高芯片的性能和降低生产成本。
晶圆级封装WLP基础.ppt
WLP特点
晶圆级封装（Wafer Level Pachage，WLP）
①封装加工效率高； ②具有倒装芯片封装的优点； ③生产设施费用低； ④芯片设计和封装设计可以统一考虑、同时进行； ⑤中间环节大大减少，周期缩短很多； ⑥圆片级封装的成本低。
WLP工艺
晶圆级封装主要工艺：
WLP工艺
薄膜再分布技术
①第一层聚合物薄膜； ②重布线层； ③第二层聚合物薄膜； ④球下金属层； ⑤置球；
WLP工艺
凸点制作技术
①UBM制作； ②沉积厚胶并曝光； ③光刻胶去除并刻蚀掉UBM 层； ④再流，形成焊料 2、WLP特点： ①效率高；②成本低； 3、WLP工艺： ①薄膜再分布技术；②凸点制作技术；
先进封装技术
晶圆级封装WLP
学习目标
教学 目标
WLP基础 WLP特点 WLP工艺
WLP技术
IC芯片通过引线键合与外部电气连接； 引线键合无法满足高密度细间距的I/O分布。
晶圆级封装（Wafer Level Pachage，WLP）
以BGA为基础，改进型的CSP； 一次性完成后道几乎所有的步骤； 封装老化之后再划片； 因此是真正意义上的批量芯片生产技术。
WCSP封装介绍
WL-CSP簡介
定義：直接在晶圓上進行大多數或是全部的封裝測試程序
傳統IC封裝與WL-CSP之比較
傳統IC封裝 晶圓先測試，切割 IC由封裝廠封裝 WL-CSP 晶圓直接封裝 IC可在Fab內封裝或由封 裝廠封裝 一次一個IC封裝 一次整片晶圓封裝 在Socket進行Burn-in 在晶圓直接Burn-in
研磨VS植球
在目前製程當中，一般標準流程是以先植 球再研磨厚度，因為植球後需進行Reflow，需有一定厚度才不會造成翹曲。 但由於SPIL在Taping站別中，Tape的厚 度不夠，暫時先把植球的流程放置 Grinding之後。
WL-CSP優點與應用
原晶片尺寸最小封裝方式 傳輸路徑短(錫球取代金線) 散熱特性佳(少了傳統密封的塑膠包裝 ) 主要應用在手機、數位相機(可攜式產品)
WL-CSP Turn-key flow
RDL (重分佈技術)
大部分現有的WLCSP技術，均採用重分佈技術來進行錫鉛球的 間距加大，以達成加大錫鉛球體積需求，進而降低並承受來自於
基板與元件間因熱膨脹差異產生的應力，增加元件的可靠性。
RDL流程
先在晶圓上塗佈高分子介電材料， 目的在增加鈍化層(passivation) 的強度 (第一層PI)
Cu金屬層，建立原始Pad與重新 分佈的位置作連接。
二次塗佈PI (Polymide)
RDL流程
UBM(Under Bump Metallization)形成。多數以金 屬濺鍍膜為主
形成UBM開口要的區域
錫鉛球形成 (須先上助焊劑在 上錫球進行Re-flow後便成形)
WL-CSP Backend Process Flow
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晶片级封装(WL-CSP)基础本文详细讨论了Maxim的晶片级封装(WL-CSP)，其中包括：晶圆架构、卷带包装、PCB布局、安装及回流焊等问题。
本文还按照IPC和JEDEC标准提供了可靠性测试数据。
注：最终用户及安装人员应该负责提供其行业标准要求设计和装配文件，行业标准文件包括(但不限于)以下内容：概述晶片级(WL)芯片封装(CSP)是一种可以使集成电路(IC)面向下贴装到印刷电路板(PCB)上的CSP 封装技术，采用传统的SMT安装工艺。
芯片焊盘通过独立的焊球直接焊接到PCB焊盘，不需要任何填充材料(图1)。
WL-CSP技术与球栅阵列、引线型和基于层压成型的CSP封装技术不同，它没有绑定线或引出线。
图1. 4 x 4 WL-CSP照片，减少了两个球栅阵列的位置，电路侧视图WL-CSP封装技术最根本的优点是IC到PCB之间的电感很小，第二个优点是缩小了封装尺寸并缩短了生产周期，提高了热传导性能。
WL-CSP结构Maxim的WL-CSP球栅阵列是在硅晶片衬底上建立的封装内部互连结构。
在晶片表面附上一层电介质重复钝化的聚合物薄膜。
这层薄膜减轻了焊球连接处的机械压力并在管芯表面提供电气隔离。
在聚合物薄膜内采用成相技术制作过孔，通过它实现与IC绑定盘的电气连接。
WL-CSP焊球阵列是基于具有均匀栅距的矩形栅格排列。
WL-CSP球阵列可以包含任意行(2至6)和任意列(2至6)数。
焊球材料由顶标中A1位置的标示符表示(见图2中的顶标A1)。
A1为光刻的双同心圆时，表示焊膏采用的是低熔点的SnPb；对于无铅焊膏，A1处采用加号表示。
所有无铅WL-CSP产品底部的晶片迭层采用标准的聚合物薄膜保护层，该聚合物材料为硅片底部提供机械接触和UV光照保护。
WL-CSP球栅阵列设计和尺寸Maxim的WL-CSP 0.5mm间隔的球栅阵列封装通常设计为2 x 2至6 x 6焊球矩阵(图2)，详细的WL-CSP尺寸图可从网站下载：Maxim封装图。
根据特殊器件的设计要求，焊球阵列的也可能突破最大焊球数。
图2. 传统的的WL-CSP封装外形图，6 x 6阵列WL-CSP载带参考文献：•ANSI/EIA-481-1-A 8mm和12mm表贴元件卷带，用于自动处理流程。
•EIA/IS-763裸片和晶片级封装包装带，8mm & 12mm载带，用于自动处理流程。
•IEC60286-3自动处理流程元件包装—第3章：表贴元件的载带包装。
Maxim的所有WL-CSP器件都以卷带(T&R)形式供货，WL-CSP卷带要求基于EIA-481标准。
关于卷带架构的详细信息，请参考：SMD卷带数据。
该网页给出了封装图以及卷带封装表的链接，其中包括图4所示的WL-CSP封装图的参考定位。
其它链接，链接到其它封装的卷带数据(PDF)，提供了其它封装的所有尺寸。
1.卷带的凹槽应该在元件周围提供足够的空间，以确保：o器件不会超出载带的上下任一个表面。
o揭开封带时，元件不受任何机械力的约束，能从凹槽中垂直取出。
o元件的旋转位置限制在±10°以内(见图3)。
2.最小半径R是体现包装带设计和材料机械弯曲特性的半径值。
实际的卷带中轴半径必需大于最小值R。
按照常规方向装有元件的卷带在弯曲半径大于最小值R时不会对载带和元件造成损害。
用户应该对卷带在送料器和任意其它处理、运输、储存过程中的条件进行设置，使其弯曲半径总是大于最小值R。
3.条形码标志(如果需要)应该在载带与链轮齿孔相反的一侧，参见EIA556。
4.如果卷带凹槽的间隔为2.0mm，卷带可能无法合适地装进所有的送料器。
5.卷带包装里焊球朝下，包装带每一个凹槽的A1引脚方向保持一致。
左上角有A1引脚位置的标记(图2)。
6.封带的总剥离力应该在0.1 N到1.0 N之间(标定刻度的读数为10克力到100克力)。
拉力的方向应该与包装带移动的方向相反，封带与包装带成165°至180°角。
在剥离的过程中卷带/封带的剥离速度应该是300mm±10mm/分钟。
图3. 卷带内部允许CSP器件的最大旋转位置WL-CSP封装的PCB安装流程及实施参考文献：•IPC-7094关于倒装芯片及裸片的设计和安装流程PCB设计规则参考文献：•IPC-A-600可接受的印刷电路板。
•IPC-6011关于印刷电路板的通用规格说明。
•IPC-6012关于刚性印刷电路板的认证和规格说明。
•IPC-6013关于柔性印刷电路板的认证和规格说明。
•IPC-6016关于高密度内部互连(HDI)板层或电路板的认证和规格说明。
•IPC-D-279关于表面贴装印刷电路板安装的可靠设计指南。
•IPC-2221关于印刷电路板设计的通用标准。
•IPC-2222关于刚性印刷电路板的组合设计标准。
•IPC-2223关于柔性印刷电路板的组合设计标准。
•IPC-2226关于高密度阵列或表贴架构外设的设计标准。
1.布板设计中，WL-CSP器件应该放置在机械应力和张力受力最均匀的位置，可能的话，可以在周围放置更高高度的器件作为支撑。
2.对于双层安装器件的PCB设计，应该在WL-CSP封装中心位置的对面安装封装尺寸更大器件。
安装模板设计参考文献：•IPC-7351关于表贴设计的常规要求和安装模板的标准。
用于表贴封装元件的焊盘结构有两种(见图4和表1)。
1.阻焊层限定(SMD)o SMD焊盘在金属表面带有阻焊层开槽。
o阻焊层开口小于金属焊盘。
o阻焊层开槽材料一般为LPI (可成像液体感光胶)，必须采用合适的材料以满足任何SMT处理工艺的要求。
2.非阻焊层限定(NSMD)o NSMD焊盘(图5)为金属限定焊盘，焊盘周围有一个相应的阻焊层。
o阻焊层开口大于金属焊盘。
o阻焊层开槽材料一般为LPI (可成像液体感光胶)，必须采用合适的材料以满足任何SMT处理工艺的要求。
图4. WL-CSP的SMD与NSMD焊盘设计图5. 非阻焊层限定(NSMD) PCB的刨面图1.选择NSMD与SMD焊盘时必须考虑功率、接地和信号走向的要求。
2.考虑到元件焊球件的微小间隔，NSMD焊盘更容易布线。
使用微过孔是简化布板的另一个途径。
3.特殊的微过孔设计可以避免表面空间，例如，采用“焊盘内过孔”设计。
4.空间允许的话，可以在焊盘相邻处放置一个过孔，可以方便布线，例如，“狗骨”式互连设计。
5.对于相同类型的封装，在一块PCB上不要混合使用不同类型的焊盘。
6.建议在所有焊盘之间使用阻焊层。
7.连接焊盘的引线宽度应该小于1/2的焊盘直径，WL-CSP球栅阵列的各侧布线应该保持对称。
表1. WL-CSP焊盘设计的选择(微米)WL-CSP Ball Pitch Nominal BallSize DiameterStandard Land SizeReductionNominal LandSize DiameterLand SizeDiameter Range500 350 20% 275 225 to 325 500 300 20% 250 200 to 300 400 250 20% 200 175 to 225金属表面涂层1.有机可焊性保护层(OSP)2.无电镀镍/浸金(ENIG)3.浸锡电镀：不推荐使用热风整平(HASL)锡电镀。
无铅PCB安装材料1.高温FR4-FR5玻璃鳞片环氧树脂，对于无铅/符合RoHS标准的回流焊工艺，Tg (玻璃化温度) ≥170°C。
2.可选择BT压层材料。
3.酚醛玻璃鳞片环氧树脂材料：对于多次无铅回流安装，不推荐使用双氰胺(“dicy”) FR4材料。
焊膏印刷版膜过孔设计参考文献：•IPC-7525版膜设计指南。
Maxim对所有0.5mm间隔的WL-CSP安装提供焊膏印刷。
过孔形状1.为了改善焊膏从版膜的渗透，方形过孔优于圆形过孔。
2.采用梯形过孔，底层面积大于顶层面积。
3.过孔的四角可以采用弧形，以避免过孔中存在残留焊膏。
PCB焊膏材料1.使用与焊球合金一致的焊膏或助焊剂材料。
2.使用低卤化物材料。
3.免洗松香助焊剂/松香可以省去手续的清洗流程。
4.使用3型或4型尺寸的焊膏。
SMT工艺流程焊接版膜的制作采用光刻不锈钢箔，采用电解法抛光或镍电镀(E-form)金属箔处理工艺。
镍电镀成本较高，但容易在超小过孔处重复沉积焊膏，而且可以根据用户要求构成任意厚度的版膜。
自动放置元件1.需要固定卷带送料器底座。
o送料器底座松动会造成元件损失。
2.使用带照相定位的真空领纸装置或激光对准装置固定元件中心。
o最好不要使用机械对准装置。
3.在PCB表面的安装高度必须精确，Z轴超程置为零或极小的负值。
o同样适用于从卷带送料器拾取元件。
4.需要控制并监测所有WL-CSP硅片的垂直压力，建议在放置器件时选择机器作用力的下限，并适当降低放置探头的速度。
o对于所有芯片级封装，建议测量放置元件时的垂直压力，将其作为机器设置流程的一个必要步骤。
o用于放置元件的机器供应商可能提供特殊的低压力管口设置选项以及相应的端口，用于芯片级封装的安装。
5.放置元件时可能需要借助工具，以避免产生PCB位置偏移。
o选择1：对于需要二次安装的设备，建议使用定制的PCB板装载器/托盘，这是一种最可靠的方式，可以避免元件互连以及后续的安装过程中产生PCB底层的位置偏移。
o选择2：任何二次装配的拾取机器操作时都可以利用支持PCB底层的可调节引脚，这对于高强度或高度密集的元件布板都是必要的。
这些廉价工具通常在购买定位机时作为配件赠送，也可以从供应商处单独购买。
6.任何情况下，需要对芯片级封装采用人工操作时，都要使用真空笔进行操作。
焊膏回流参考文献：•IPC J-STD-020非密封固态表贴器件的潮湿敏感度等级，1级潮湿敏感度。
1.所有Maxim WL-CSP器件符合工业标准的回流焊处理工艺。
2.可以选择氮惰性气体回流焊，但是，使用氮惰性气体时随着空气回流回增大无铅WL-CSP元件中心对PCB焊盘的受力(见图6和7)。
3.推荐使用强制气体对流回流炉。
4.WL-CSP元件能够经受三次标准的回流焊。
图6. 易溶解的SnPb焊球WL-CSP的典型回流温度曲线。
图7. 无铅SAC焊球WL-CSP的典型回流温度曲线注：1) 150s至210s浸锡区域限定在绿色曲线范围内；2) 温度高于220°C的时间限定在60s至90s区域；3) 温度高于235°C的时间在10s至30s；4) 峰值温度的时间限定在240s至360s。
请参考：J-STD-202 Rev D，表4.1-4.2和5.2。
注：上述温度曲线仅供参考，实际回流温度应该按照回流炉规格、焊膏、元器件以及PCB安装工艺进行调整。
5.推荐使用2D X射线或3D X射线分层摄影法作为回流焊之后取样检查焊结短路、焊锡不足、漏焊及潜在的开路问题。