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。基本概念 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)點晶圓級芯片封裝的優(yōu)點 晶圓級芯片封裝方法的最大特點是其封 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 晶片在運算時熱量能夠有效 地散發(fā)，而不會增加主機的溫度，這種特 點對于便攜式產(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)計通常為四周分布，以便進行 引線鍵合，焊盤分布很難滿足凸點制備的工藝要 求，因此為了滿足倒裝工藝，需要進行焊盤再分 布。芯片焊盤設(shè)計為陣列分布，如果分布不合理 或者使用的凸點制備工藝不同仍然不能滿足倒裝 焊工藝時，可以通過焊盤再分布技術(shù)實現(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，以便增強芯片的鈍化作 用。無機鈍化層中的引線孔，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（可進行光 刻），因此節(jié)省成本。 焊料凸點制作工藝焊料凸點制作工藝 焊點制作可采用蒸發(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 焊料凸點制作法的70%（含金焊點制作）, 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比較簡便, 自動化程度 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，當(dāng)寬厚比 1 . 6 ，面 積比0. 66 時，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，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)計為20min的0/100空對空熱循環(huán), 每次熱循環(huán)先分別在一個溫度極限停留 5min, 然后再以20/min 的轉(zhuǎn)換速率變化 到另一個溫度極限。看看ubm和錫球之間

7、 的結(jié)合，失效模式等。這個實驗的主要目 的就是為了驗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 布線和凸點制作兩道工序, 并使用了兩層bcb或pi 作為介質(zhì)層和保護層, 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csp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)體工藝進行后道工序, 再切割分離成單個 器件。因此, 采用wl-c