3D晶圆级封装植球解决方案

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晶圆级封装: 热机械失效模式和挑战及整改建议

晶圆级封装: 热机械失效模式和挑战及整改建议2022/4/23WLCSP(Wafer Level Chip Scale Packaging，晶圆级封装)的设计意图是降低芯片制造成本，实现引脚数量少且性能出色的芯片。

晶圆级封装方案是直接将裸片直接焊接在主板上。

本文旨在于介绍这种新封装技术的特异性，探讨最常见的热机械失效问题，并提出相应的控制方案和改进方法。

晶圆级封装技术虽然有优势，但是存在特殊的热机械失效问题。

很多实验研究发现，钝化层或底层破裂、湿气渗透和/或裸片边缘离层是晶圆级封装常见的热机械失效模式。

此外，裸片边缘是一个特别敏感的区域，我们必须给予更多的关注。

事实上，扇入型封装裸片是暴露于空气中的（裸片周围没有模压复合物覆盖），容易被化学物质污染或发生破裂现象。

所涉及的原因很多，例如晶圆切割工序未经优化，密封环结构缺陷(密封环是指裸片四周的金属花纹，起到机械和化学防护作用)。

此外，由于焊球非常靠近钝化层，焊球工序与线路后端栈可能会相互影响。

本文采用FEM(Finite Element Method，有限元法)方法分析应力，重点放在扇入型封装上。

我们给出了典型的应力区域。

为降低机械失效的风险，我们还简要介绍了晶圆级封装的特异性。

在描述完机械失效后，我们还对裸片和钝化边缘进行了全面的分析。

分析结果显示，钝化边缘产生最大应力，这对沉积策略(直接或锥体沉积方法)和边缘位置提出了要求。

此外，研究结果还显示，必须降低残余应力，并提高BEoL(线路后端)的钝化层厚度。

1. 前言和背景晶圆级封装的设计意图是降低芯片制造成本，实现引脚数量少且性能出色的芯片。

晶圆级封装方案是直接将裸片直接焊接在主板上。

双层电介质、RDL(ReDistribution Layer, 重新布线层)、UBM (可焊接薄层，用于焊球底部金属化)和焊球都位于标准BEoL栈之上。

因此，这些层级扩展了传统晶片制程(多层沉积薄膜配合光刻工艺)范围。

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。

晶圆级WLP封装植球机关键技术研究及应用

摘要：晶圆级WLP微球植球机是高端IC封装的核心设备之一，晶圆上凸点（Bump）的制作是关键技术。

阐述了WLP封装工艺流程，对三种晶圆级封装凸点制作技术进行了对比。

分析了WLP微球植球机工作流程，并对其关键技术进行了研究，包括X-Y-Z-θ植球平台、金属模板印刷和植球。

最后在自主研制的半自动晶圆级微球植球机WMB-1100上进行了印刷和植球实验，通过对设备工艺参数的调整，取得了良好的印刷和植球效果。

0 引言晶圆级封装（Wafer Lever Package，WLP）是以BGA技术为基础，将百微米级的焊锡球放置到刻好电路的晶圆上，是一种经过改进和提高的CSP。

WLP封装具有较小封装尺寸与较佳电性表现的优势，目前多应用于轻薄短小的消费性IC的封装应用。

微球植球机是晶圆级封装工艺中的必备核心设备之一。

在WLP工艺中，晶圆上凸点（Bump）的制作是关键的基础技术，国内中电科技24所、华中科技大学、清华大学等单位研究了WLP封装中电镀凸点方式；哈尔滨工业大学、上海交通大学研究了激光植球技术，主要应用于BGA 器件修复；合肥工业大学对BGA基板植球进行了研究。

本文针对晶圆凸点制作的金属模板印刷和植球方式，研究WLP封装工艺和WLP植球机关键技术，并在自主研制的半自动晶圆级微球植球机进行植球实验，晶圆尺寸12inch，焊锡球直径250um。

晶圆级植球技术和设备的开发研制为高端芯片封装装备国产化提供从技术理论到实践应用的参考。

1 WLP封装工艺晶圆级封装，是属于芯片尺寸封装（CSP）的一种。

所谓芯片尺寸封装是当芯片（Die）封装完毕后，其所占的面积小于芯片面积的120%。

晶圆级封装与传统封装工艺不同，传统封装将芯片上压点和基座上标准压点连接的集成电路封装都是在由晶圆上分离出来的芯片上进行的，这种工艺造成了前端晶圆制造工艺与用于生产最终集成电路的后端装配和封装的自然分离。

晶圆级封装是在在完成封装和测试后，才将晶圆按照每一个芯片的大小来进行切割，统一前端和后端工艺以减少工艺步骤，封装后的体积与IC裸芯片尺寸几乎相同，能大幅降低封装后的IC尺寸，是真正意义上的芯片尺寸封装。

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。

晶圆级芯片封装技术

晶圆级芯片封装技术嘿，咱今儿就来聊聊这晶圆级芯片封装技术！你可别小瞧了它，这玩意儿就像是给芯片穿上了一件超级厉害的“保护衣”。

想象一下，芯片就像是一个小小的城市，里面有成千上万的“居民”（电子元件）在忙碌地工作着。

而晶圆级芯片封装技术呢，就是给这个城市修建城墙、铺设道路、搭建各种设施，让这些“居民”能更好地生活和工作呀。

它的好处那可多了去了。

首先呢，它能让芯片变得更小更薄，就像把一个大西瓜变成了一个小西瓜，携带方便多了。

这在那些对空间要求特别高的电子设备里，可太重要啦！比如说手机，你总不希望手机变得跟砖头一样厚吧？而且啊，这种封装技术还能提高芯片的性能呢！就好比给运动员穿上了一双超级跑鞋，让他们能跑得更快、跳得更高。

它能让芯片里的信息传输更快，处理速度也蹭蹭往上涨，这多牛啊！再说了，它还能让芯片更耐用呢！有了这层坚固的“保护衣”，芯片就不容易受到外界的干扰和损伤啦。

就像给你的宝贝手机套上了一个结实的手机壳，能更好地保护它。

你想想看，要是没有这晶圆级芯片封装技术，那我们的电子设备会变成什么样呢？可能手机会变得又大又笨，电脑也会运行得慢吞吞的，那多烦人啊！那这技术是怎么实现的呢？嘿嘿，这可就复杂啦。

就好像一个大厨做菜，得有各种调料、火候的精准把握一样。

要经过好多道工序呢，什么布线啦、焊接啦，每一步都得小心翼翼，不能出一点差错。

咱国家在这方面也发展得越来越好啦！好多企业都在努力研发，争取让我们的晶圆级芯片封装技术达到世界领先水平。

这多让人骄傲啊！总之呢，晶圆级芯片封装技术就是电子领域里的一颗璀璨明星，照亮了我们科技发展的道路。

它让我们的生活变得更加便捷、更加智能。

咱可得好好感谢那些研究和开发这项技术的科学家和工程师们，没有他们的努力，哪有我们现在这么好用的电子设备呀！以后啊，我相信这项技术还会不断进步，给我们带来更多的惊喜和奇迹呢！你说是不是？。

半导体植球工艺流程

半导体植球工艺流程
半导体植球工艺流程主要包括以下步骤：
1.准备芯片和电路板：确保芯片和电路板的焊盘表面干净，无油污、氧
化物或其他污染物。

同时，制备焊球，根据需要的焊球材料和大小，制备一定数量的焊球。

2.定位和施放：使用植球设备将焊球准确地定位在芯片或电路板的焊盘
上。

这一步可以通过自动化设备或手工完成。

3.植球：将焊球放置在焊盘上，可以通过自动化设备或手工完成。

在植
球过程中，需要注意控制温度和压力，以保证焊球的准确放置和焊接质量。

4.加热和熔化：在焊球放置完成后，需要进行加热和熔化处理，使焊球
与芯片或电路板充分熔合。

在加热过程中，需要注意控制温度和时间，以保证焊接质量和可靠性。

5.后处理：在焊接完成后，需要进行后处理，包括清洗、检测和返修等。

在后处理过程中，需要注意控制工艺参数，以保证产品质量和可靠性。

以上是半导体植球工艺流程的简要介绍，具体的工艺参数和设备要求可能会因不同的生产厂家和应用场景而有所不同。

3D晶圆级封装植球解决方案

3D晶圆级封装植球解决⽅案3D晶圆级封装植球解决⽅案⼀．WLP晶圆植球技术简介晶圆级植球⼯艺是将微⼩尺⼨的焊球（百微⽶级）直接放置到刻好电路的晶圆上，经过回流焊炉固化后再进⾏晶圆的切割和芯⽚的分选，分选出的芯⽚通过倒封装（Flip Chip）⼯艺贴合到基板上。

采⽤晶圆级植球⼯艺封装的芯⽚避免了额外的封装并提供了⽐如⾼运⾏频率、低寄⽣效应和⾼I/O密度等优点。

微球植球机是3D芯⽚晶圆级封装⼯艺中的必备核⼼设备之⼀。

近⼏年晶圆级植球技术的快速发展，其原因有两个。

⼀是随着CSP类封装型式IC消费量的增加，IC制造的成本压⼒进⼀步加⼤。

传统的化学电镀BUMPING⼯艺显⽰出造价贵、制造周期长、环境污染、⼯艺复杂和参数不稳定等缺点，因此业界⼀直在寻找替代解决⽅案，晶圆级植球技术的突破恰好满⾜了这⼀需求。

⼆是多层堆叠技术(MCM)的发展要求晶圆与晶圆间具有⾼精度的多引脚的100微⽶级的互联，只有晶圆级植球技术可以稳定地实现此愿望。

随着⽹络通信领域技术的迅猛发展，数字电视，信息家电和3G⼿机等产品将⼤量需要⾼端IC电路产品，进⽽对⾼引脚数的MCM（MCP），BGA，CSP，3D，SiP，PiP，PoP等中⾼端产品的需求⼗分旺盛。

WLP晶圆级封装芯⽚键合⾃动化系统是⾼端IC封装设备的关键设备之⼀，在越来越引起⼴泛重视的TSV⾼端IC封装中将⼤显⾝⼿。

注意：此类应⽤引脚尺⼨介于100微⽶⾄300微⽶之间，⼩于100微⽶的引脚基本不采⽤此⽅法。

晶圆级植球⼯艺在国内刚刚开始应⽤，全球2012年销售预期将达到15条线以上并将保持年均20%以上的增长，具有良好的市场前景。

⽬前市场上存在的晶圆级植球装备都是国外产品，价格⾼昂且服务不⾜，掌握核⼼技术的国产设备将具有很强竞争⼒。

⼆．WLP晶圆植球机简介晶圆级植球动作流程如下：影响晶圆级植球效果的主要因素有：传动机构的精度；图像定位系统的精度和算法；⽹板的厚度、孔径等参数设定；对⽹板的压⼒控制和弹性变形的控制和补偿；植球机构和供球系统的设计。