晶圓級芯片封裝技術(shù)

1、秦心宇 一、晶圓級芯片封裝的定義 二、晶圓級芯片封裝工藝 三、晶圓級芯片封裝的可靠性 晶圓級芯片封裝的定義晶圓級芯片封裝的定義 晶圓級芯片封裝(wafer level chip scale package)就是芯片尺寸的封裝， 其尺寸與芯片原尺寸相同?；靖拍?是，在制造后，通常在測試之前，馬 上取出晶片，再增加一些步驟(金屬和 電介質(zhì)層)產(chǎn)生一種結(jié)構(gòu)，就可將產(chǎn)品 組裝到電路板上。 簡單地說，wl-csp 與傳統(tǒng)的封裝方式不 同在于，傳統(tǒng)的晶片封裝是先切割再封測， 而封裝后約比原晶片尺寸增加20%；而wl- csp則是先在整片晶圓上進(jìn)行封裝和測試， 然后才劃線分割，因此，封裝后的體積與 ic裸

2、芯片尺寸幾乎相同，能大幅降低封裝 后的ic 尺寸. 晶圓級芯片封裝的優(yōu)點(diǎn)晶圓級芯片封裝的優(yōu)點(diǎn) 晶圓級芯片封裝方法的最大特點(diǎn)是其封 裝尺寸小、ic到pcb之間的電感很小、并 且縮短了生產(chǎn)周期，故可用于便攜式產(chǎn)品 中，并滿足了輕、薄、小的要求，信息傳 輸路徑短、穩(wěn)定性高、散熱性好。 由于wl-csp 少了傳統(tǒng)密封的塑膠或陶 瓷封裝，故ic 晶片在運(yùn)算時(shí)熱量能夠有效 地散發(fā)，而不會增加主機(jī)的溫度，這種特 點(diǎn)對于便攜式產(chǎn)品的散熱問題有很多的好 處。 晶圓級芯片封裝工藝晶圓級芯片封裝工藝 wl-csp的關(guān)鍵工藝: 一是重布線技術(shù)(即再分布） 二是焊料凸點(diǎn)制作工藝 典型的典型的wl-csp工藝流程工藝流程

3、 重布線技術(shù)的作用重布線技術(shù)的作用 再分布技術(shù)就是在器件表面重新布置i/o 焊盤。 傳統(tǒng)芯片的焊盤設(shè)計(jì)通常為四周分布，以便進(jìn)行 引線鍵合，焊盤分布很難滿足凸點(diǎn)制備的工藝要 求，因此為了滿足倒裝工藝，需要進(jìn)行焊盤再分 布。芯片焊盤設(shè)計(jì)為陣列分布，如果分布不合理 或者使用的凸點(diǎn)制備工藝不同仍然不能滿足倒裝 焊工藝時(shí)，可以通過焊盤再分布技術(shù)實(shí)現(xiàn)倒裝。 薄膜介質(zhì)層的淀積薄膜介質(zhì)層的淀積 再分布的關(guān)鍵步驟就是在晶圓上薄膜 介質(zhì)層的淀積，以便增強(qiáng)芯片的鈍化作 用。無機(jī)鈍化層中的引線孔，會在重新 布線金屬化過程中形成短路。重新布線 金屬化下方的聚合物層，也起著凸點(diǎn)形 成和裝配工藝的應(yīng)力緩沖層的作用。通 常選

4、擇的聚合物涂敷，應(yīng)能提供封裝工 藝的高性能。 聚合物的選擇聚合物的選擇 在ubm鈍化后的工序或貯存中聚合物會吸濕， 聚合物會在回流焊工藝中產(chǎn)生氣泡或者裂紋， 所以聚合物選擇高玻璃化溫度、低吸濕性的材 料來進(jìn)行絕緣支持。 在所有的薄膜應(yīng)用中最好采用聚合物，是由于 其非常低的介電常數(shù)和最小的損耗角正切值。 與干蝕刻材料相比，采用光敏聚合物， 要求更少的工藝處理步驟（可進(jìn)行光 刻），因此節(jié)省成本。 焊料凸點(diǎn)制作工藝焊料凸點(diǎn)制作工藝 焊點(diǎn)制作可采用蒸發(fā)法、化學(xué)鍍法、電鍍 法、置球法和和焊膏模板印制法等。目前 仍以電鍍法用得較多,該法2002年約占所有 焊料凸點(diǎn)制作法的70%（含金焊點(diǎn)制作）, 其次是蒸

5、發(fā)法（高鉛）,約占22.5%, 再者為 焊膏模板印制法, 約占5.5%。但因焊膏模板 印制法制作焊料凸點(diǎn)比較簡便, 自動(dòng)化程度 較高, 成本也較低, 故該法將會被較多地采 用。 焊料球（ 低共晶或高熔化pbsn）通過模 板印刷直接淀積于再分布晶圓片上。在對 流爐中回流焊膏，采用溶劑除去焊劑殘余 物。根據(jù)焊球間距，焊球直徑平均值在180 和270m之間。 （采用焊膏模板印制法） 焊膏模板印制法焊膏模板印制法 模板印刷工藝是反復(fù) 地將正確的焊膏量轉(zhuǎn) 移到印制板上的正確 位置。模板窗口尺寸， 形狀與模板厚度決定 了焊膏的轉(zhuǎn)印量，窗 口的位置決定了焊膏 的轉(zhuǎn)印位置。 焊膏模板印制法模板的要求焊膏模板印

6、制法模板的要求 寬厚比窗口的寬度模板的厚度 面積比窗口的面積窗口孔壁的面積 在印刷錫鉛焊膏時(shí)，當(dāng)寬厚比 1 . 6 ，面 積比0. 66 時(shí)，模板具有良好的漏印性： 而在印刷無鉛焊膏當(dāng)寬厚比 1 . 7 ，面積 比0 . 7 時(shí)，模板才有良好的漏印性 wlcsp可靠性可靠性 被封裝件的可靠性指“ 一段期望時(shí)間內(nèi)器 件在可接受的失效概率下的正常工作能 力”?？諏占铀贉y試是檢測圓片級器件 可靠性的常用方法之一。所采用測試方法 可以設(shè)計(jì)為20min的0/100空對空熱循環(huán), 每次熱循環(huán)先分別在一個(gè)溫度極限停留 5min, 然后再以20/min 的轉(zhuǎn)換速率變化 到另一個(gè)溫度極限?？纯磚bm和錫球之間

7、 的結(jié)合，失效模式等。這個(gè)實(shí)驗(yàn)的主要目 的就是為了驗(yàn)證封裝工藝本身有沒有問題 總結(jié)總結(jié) 在ic工藝線上完成的wl-csp樣品, 只是增加了重 布線和凸點(diǎn)制作兩道工序, 并使用了兩層bcb或pi 作為介質(zhì)層和保護(hù)層, 整套工藝與ic芯片的制作技 術(shù)完全兼容, 所以它在成本、質(zhì)量方面明顯優(yōu)于其 它c(diǎn)sp的制作工藝。 wl-csp工藝的倒裝焊技術(shù), 將芯片正面(有源區(qū)) 面向管座襯底作壓焊焊接, 可充分發(fā)揮出超大規(guī)模 集成電路的高性能和新品質(zhì), 它不存在較大的電感、 電容和其它不希望有的特性。 wl-csp是在圓片前道工序完成后, 直接對圓片 利用半導(dǎo)體工藝進(jìn)行后道工序, 再切割分離成單個(gè) 器件。因此, 采用wl-c