隨著AI對更強大計算的需求增加,以及半導體行業進入在封裝中使用多個“Chiplet”的異構時代,封裝更加復雜和精密,對信號傳輸速度、功率傳輸、設計規則和封裝基板穩定性的改進將至關重要。
晶圓級封裝(Wafer Level Packaging,縮寫WLP)是一種先進的封裝技術,與打線型(Wire-Bond)和倒裝型(Flip-Chip)封裝技術相比 ,能省去打金屬線、外延引腳(如QFP)、基板或引線框等工序。
晶圓級封裝具有以下優點:
封裝尺寸小
由于沒有引線、鍵合和塑膠工藝,封裝無需向芯片外擴展,使得WLP的封裝尺寸幾乎等于芯片尺寸。
高傳輸速度
與傳統金屬引線產品相比,WLP一般有較短的連接線路,在高速和高頻情況下,表現較好。
高密度連接
WLP可運用數組式連接,芯片和電路板之間連接不限制于芯片四周,提高單位面積的連接密度。
生產周期短
WLP從芯片制造到、封裝到成品的整個過程中,中間環節大大減少,生產效率高,周期縮短很多。
工藝成本低
WLP是在硅片層面上完成封裝測試的,以批量化的生產方式達到成本最小化的目標。
晶圓級封裝方法可分為四種不同類型:
晶圓級芯片封裝(WLCSP)
可直接在晶圓頂部形成導線和錫球(Solder Balls),無需基板。
重新分配層(RDL)
使用晶圓級工藝重新排列芯片上的焊盤位置1,焊盤與外部采取電氣連接方式。
倒片(Flip Chip)封裝
在晶圓上形成焊接凸點2進而完成封裝工藝。
硅通孔(TSV)封裝
通過硅通孔技術,在堆疊芯片內部實現內部連接。
晶圓級封裝的分類
RDL的全稱是(ReDistribution Layer)重布線層,RDL重布線層作為晶圓級封裝中的核心技術,起著XY平面電氣延伸和互聯的作用。RDL是將原來設計的芯片線路接點位置(I/O pad),通過晶圓級金屬布線制程和凸塊制程改變其接點位置,使芯片能適用于不同的封裝形式。
基于明陽在半導體領域的布局,先進封裝載板與測試板進行工藝技術研發。
當前工藝主要分為tenting,mSAP,SAP三種,Tenting制程由于蝕刻工藝的限制, 通常難以制作線寬/線距小于30/30μm的線路,mSAP制程的是在超薄銅箔上進行線路銅的加厚,隨后通過閃蝕工得到完整的導電線路。具有制作線寬/線距小至25/25μm及以下的產品的能力,SAP流程與MSAP類似,但底銅更薄,可制作15/20μm的產品。
RDL技術可以制作更小的線路,調整陣列排布,是未來半導體領域重點技術之一。RDL技術相較于MSAP/SAP工藝的優點是將鉆孔轉為光刻成孔,具備更高精度,可以制作更小的孔,且使用的光刻膠與PI膠的解析度高于干膜,可以制作更小的線路。
明陽中央實驗室對RDL進行了深入的研究,建立了一條包含磁控濺射,光刻,勻膠顯影,電鍍蝕刻的試驗線。
當前RDL技術已實現在硅基,陶瓷基,有機玻璃基板上的線路制作,可進行銅厚6-8μm,線寬線距8/10μm的二階RDL制作,并已完成部分樣品的制作與交付。
RDL工藝在顯影后,電鍍后,蝕刻后的過程圖片,線路10μm
玻璃基板上的RDL,線寬線距25μm,表面處理鎳鈀金
陶瓷基板上的RDL,雙面圖形,線寬線距25μm
有機基板上的RDL,線寬線距6/8μm,雙面圖形
硅基板上的RDL,線寬線距10/10μm,pitch 85μm
玻璃基板上的三階RDL,線寬線距10/10μm,pitch 85μm