龙8国际头号玩家半导体主要材料半导体封装封装体电镀工艺晶圆级封装的基本流程
栏目:行业资讯 发布时间:2024-02-18
 龙8国际头号玩家介绍了晶圆级封装的基本流程。本篇文章将侧重介绍不同晶圆级封装方法所涉及的各项工艺。晶圆级封装可分为扇入型晶圆级封装(Fan-Out WLCSP)、重新分配层(RDL)封装、倒片(Flip Chip)封装、及硅通孔(TSV)封装。此外龙8国际头号玩家,本文还将介绍应用于这些晶圆级封装的各项工艺,包括光刻(Photolithography)工艺、溅射(Sput  在扇入型晶圆级芯片

  龙8国际头号玩家介绍了晶圆级封装的基本流程。本篇文章将侧重介绍不同晶圆级封装方法所涉及的各项工艺。晶圆级封装可分为扇入型晶圆级封装(Fan-Out WLCSP)、重新分配层(RDL)封装、倒片(Flip Chip)封装、及硅通孔(TSV)封装。此外龙8国际头号玩家,本文还将介绍应用于这些晶圆级封装的各项工艺,包括光刻(Photolithography)工艺、溅射(Sput

  在扇入型晶圆级芯片封装中,合格晶圆首先将进入封装生产线。通过溅射工艺在晶圆表面制备一层金属膜,并在金属膜上涂覆一层较厚的光刻胶,光刻胶厚度需超过用于封装的金属引线。通过光刻工艺在光刻胶上绘制电路图案,再利用铜电镀工艺在曝光区域形成金属引线。随后去除光刻胶,并利用化学刻蚀(Chemical Etching)工艺去除多余的薄金属膜,然后在晶圆表面制备绝缘层(Dielectric Layer),并利用光刻工艺去除锡球(Solder Ball)放置区域的绝缘层。因此,绝缘层也被称为“阻焊层”(Solder Resist),它是晶圆级芯片封装中的钝化层(Passivation Layer),即最后的保护层,用于区分锡球放置区域。如没有钝化层,采用回流焊(Reflow Soldering)等工艺时,附着在金属层上的锡球会持续融化,无法保持球状。利用光刻工艺在绝缘层上绘制电路图案后,再通过植球工艺使锡球附着于绝缘层。植球安装完成后,封装流程也随之结束。对封装完成的整片晶圆进行切割后,即可获得多个独立的扇入型晶圆级芯片封装体。

  在植球过程中,需要将锡球附着到晶圆级芯片封装体上。传统封装工艺与晶圆级封装工艺的关键区别在于,前者将锡球放置在基板上,而后者将锡球放置在晶圆顶部。因此,除了用于涂敷助焊剂和植球的模板需在尺寸上与晶圆保持一致之外,助焊剂涂敷、植球工艺、回流焊工艺都遵循相同步骤。

  此外,回流焊设备采用基于发热板的回流焊方式,如图1所示,而不是涉及运送器的对流热风回流焊方式(Convection Reflow)。晶圆级回流焊设备在不同的加工阶段会对晶圆施加不同温度,以便保持回流焊操作所需温度条件,确保封装工艺流程能够顺利进行。

  由于要确保凸点拥有足够的高度,因此需选用能在晶圆上厚涂的光刻胶。铜柱凸块(CPB)1需要先后经历铜电镀和焊料电镀两道工序后形成,所使用的焊料通常为不含铅的锡银合金。电镀完成后,光刻胶随即被去除,并采用金属刻蚀工艺去除溅射而成的凸点下金属层(UBM)2,随后通过晶圆级回流焊设备将这些凸点制成球形。这里采用的焊接凸点回流焊工艺可以最大限度减少各凸点的高度差,降低焊接凸点表面的粗糙度,同时去除焊料中自带的氧化物,进而保障在倒片键合过程中增加键合强度。

  1铜柱凸块(CPB):用于倒片键合的凸点结构,旨在减少凸点间距。铜作为材料,被用于制作铜柱来承上方凸点。

  利用重新分配层封装工艺,在晶圆原本焊盘上形成新焊盘,以承载额外的金属引线,此种工艺主要用于芯片堆叠。因此,如图4所示,重新分配层工序之后的封装工序遵循传统封装工序。在芯片堆叠过程中,每个单独芯片都需重复进行芯片贴装和引线键合这两道工序。

  在重新分配层工艺中,首先通过溅射工艺创建一层金属薄膜,之后在金属薄膜上涂覆厚层光刻胶。随后利用光刻工艺绘制电路图案,在电路图案的曝光区域电镀金层,以形成金属引线。由于重新分配工艺本身就是重建焊盘的工艺,因此确保引线键合强度是十分重要的。这也正是被广泛用于引线键合的材料—金,被用于电镀的原因。

  在扇出型晶圆级芯片封装工艺中,首先需要在等同于晶圆形状的载片上贴附一层薄膜。切割晶圆后,再按照一定间距将优质芯片贴在薄膜上,接下来对芯片间隔区域进行模塑,以形成新形状。晶圆模塑完成后,载片和薄膜将被移除。随后在新形成的晶圆上,利用晶圆设备创建金属导线,并附着锡球以便封装。最后,将晶圆切割成多个独立封装体。

  制作扇出型晶圆级芯片封装体时,晶圆模塑是一项重要工序。对于扇出型晶圆级芯片封装件而言,晶圆塑膜需先在芯片上贴附同样形状的晶圆载片,而后将其放置到模塑框架中。将液状、粉状或颗粒状的环氧树脂模塑料(EMC)3加入到模塑框架内,对其进行加压和加热处理来塑膜成型。晶圆模塑不仅是扇出型晶圆级芯片封装工艺的重要工序,对于利用硅通孔(TSV)工艺制作已知合格堆叠芯片(KGSD)4也是无可或缺的工序。本篇文章的后续内容,将对此展开更详细的探讨。

  3环氧树脂模塑料(EMC):一种基于环氧树脂或热固性聚合物的散热材料。这种材料可用于密封半导体芯片,以避免芯片受到外部环境因素影响,如高温、潮湿、震动等。

  4已知合格堆叠芯片(KGSD):经过测试确认质量良好的由堆叠芯片组成的产品,最好的例子就是 HBM。

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  板上芯片(Chip On Board, COB)工艺过程首先是在基底表面用导热环氧树脂(一般用掺银颗粒的环氧树脂)覆盖硅片安放点,然后将硅片直接安放在基底表面,热处理至硅片牢固地固定在基底为止,随后再用丝焊的方法在硅片和基底之间直接建立电气连接。

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