晶圆级封装

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。
常见的RDL 材料是电镀铜（plated Cu）辅 以打底的钛、铜溅射层（Sputtered Ti/Cu）。
RDL 对焊区重新分配布局
涂布第二层Polymer，使圆片表面平坦化并保护RDL 层。第二层Polymer经过光刻后开出新焊区的位置。
最后一道金属层是 UBM （Under Bump Metalization，球下金属层），采用和RDL 一样的工 艺流程制作。
扇出WLP，( 12 × 12)
扇出WLP 截面的SEM 显微照片
扩散式WLP 采用晶圆重构技 术，其工艺过程如图所示： 首先在一块层压载板上布贴 片胶带，载板通常选用人工 晶圆，载板上的胶带则起到 固定芯片位置和保护芯片有 源面的作用；然后将测试良 好的芯片（KGD）面向下重 新粘贴到一块载板上，芯片 之间的距离决定了封装时扩 散面积的大小，可以根据需 要自由控制；接着用模塑料 对芯片以及芯片之间的空隙 进行覆盖填充，再将载板和 胶带从系统中分离，载板可 以重复利用；最后就可以进 行RDL和焊球工艺步骤。
植球。顺应无铅化环保的要求，目前应用在WLP 的 焊料球都是锡银铜合金。焊料球的直径一般为 250μm。为了保证焊膏和焊料球都准确定位在对应 的UBM 上，就要使用掩模板。焊料球通过掩模板的 开孔被放置于UBM 上，最后将植球后的硅片推入回 流炉中回流，焊料球经回流融化与UBM 形成良好的 浸润结合。
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。
扩散式WLP（fan-out WLP）
电镀制作凸点的详细工艺步骤
圆片级封装的研究进展
标准WLP（fan-in WLP） 是在晶圆未进行切片前， 对芯片进行封装，之后再 进行切片分割，完成后的 封装大小和芯片的尺寸相 同。
近几年开发出的扩散式 WLP（fan-out WLP）则 是基于晶圆重构技术，将 芯片重新布置到一块人工 晶圆上，然后按照与标准 WLP 工艺类似的步骤进行 封装，得到的封装面积要 大于芯片面积。
圆片级封装3M 工艺机构图 圆片级封装3M 工艺机构图
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。
圆片级封装的优势
圆片级封装技术的优势使其 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。 在移动电话等便携式产品中，已 普遍采用圆片级封装型的 EPROM、IPD(集成无源器件)、 模拟芯片等器件。圆片级封装技 术已广泛用于闪速存储器、 EEPROM、高速DRAM、 SRAM、LCD 驱动器、射频器 件、逻辑器件、电源/ 电池管理 器件和模拟器件(稳压器、温度 传感器、控制器、运算放大器、 功率放大器) 等领域。
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
早期的WLP 选用BCB（Benzocyclobutene,苯并环 丁烯）作为重布线的聚合物薄膜，但受制于低机械性 能（低断裂伸长率和拉伸强度） 和高工艺成本（需 要打底粘合层adhesion promoter）， 促使材料商 开发PI 和PBO（Polybenzoxazole，聚苯并噁唑）。
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。
薄膜再分布技术
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 /PI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。
圆片级封装4M 工艺流程图
涂布第一层聚合物薄膜（Polymer Layer），以加强 芯片的钝化层（Passivation），起到应力缓冲的作 用。目前最常用的聚合物薄膜是光敏性聚酰亚胺 （Photo-sensitive Polyimide），简称PI，是一种 负性胶。
扩散式WLP 的典型应用是嵌入式晶 圆级球栅阵列(embedded wafer level ball grid array，eWLB)。
扇出WLP封装的优点
3D 叠层封装在缩短互联长度、 减小形状因数、提高电性能等方 面有着很大的优势。WLP 应用 于3D封装采用倒装凸点和RDL 技术，可以实现圆片级互联，提 高互联密度。
晶圆级封装（WLP）
WLP简介 WLP基本工艺 WLP的研究进展和发展趋势
晶圆级封装（Wafer Level Package,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称为圆片级—芯片 尺寸封装（WLP-CSP）。圆片级封装技术以圆片为加工对象， 在圆片上同时对众多芯片进行封装、老化、测试，最后切割成单 个器件，可以Байду номын сангаас接贴装到基板或印刷电路板上。它使封装尺寸减 小至IC 芯片的尺寸，生产成本大幅度下降。
硅通孔（TSV）技术应用于 WLP-3D 封装是实现垂直互联 的关键，它有着提高集成度、减 小互联长度、提高信号速度、降 低功耗等优点，同时还可以在一 个封装中实现存储器、专用IC、 处理器等多功能集成封装。
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。
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。
另一个发展方向是通过一些 新材料的应用来提高WLP 性 能和可靠度。主要是针对I/O 多、芯片尺寸大的产品。比 如上文所提到的，锡银铜合 金的焊料球虽然满足了对无 铅化环保的要求，但是其回 流焊的温度会比锡铅焊料球 高，产品的热应力也相对较 大。采用新材料，锡银铜铋 合金的焊料球，因其具备较 低的熔点和较好的润湿能力， 故而将改善WLP在上板过程 中的热应力失配问题。
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。
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。
目前WLP 的发展有 2 个主要 的趋势。一个是通过减少 WLP 的层数以降低工艺成本， 缩短工艺时间，主要是针对 I/O 少、芯片尺寸小的产品。 其结构是从上述的4M 结构 派生出来，主要分为3M 和 2M的结构。
不同的WLP 结构
•第一种是ball on I/O 结构，如 图(a)所示。这种工艺和典型的倒 装工艺相类似。焊球通过焊点下 金属层与铝盘直接相连 图(a）或 者通过再布线层 （redistribution layer, RDL） 与Si 芯片直接相连（图(a)2）。 •通常情况下，这种结构限制在焊 球间距为0.5 mm 的6×6 阵列结 构，以满足热循环可靠性的要求。