晶圆级芯片封装技术.ppt

晶圆级芯片封装技术（WL-CSP),秦心宇,一、晶圆级芯片封装的定义二、晶圆级芯片封装工艺三、晶圆级芯片封装的可靠性,晶圆级芯片封装的定义,晶圆级芯片封装(Wafer level Chip Scale Package)就是芯片尺寸的封装，其尺寸与芯片原尺寸相同。基本概念是，在制造后，通常在测试之前，马上取出晶片，再增加一些步骤(金属和电介质层)产生一种结构，就可将产品组装到电路板上。,简单地说，WL-CSP 与传统的封装方式不同在于，传统的晶片封装是先切割再封测，而封装后约比原晶片尺寸增加20%；而WL-CSP则是先在整片晶圆上进行封装和测试，然后才划线分割，因此，封装后的体积与IC裸芯片尺寸几乎相同，能大幅降低封装后的IC 尺寸.,晶圆级芯片封装的优点,晶圆级芯片封装方法的最大特点是其封装尺寸小、IC到PCB之间的电感很小、并且缩短了生产周期，故可用于便携式产品中，并满足了轻、薄、小的要求，信息传输路径短、稳定性高、散热性好。由于WL-CSP 少了传统密封的塑胶或陶瓷封装，故IC 晶片在运算时热量能够有效地散发，而不会增加主机的温度，这种特点对于便携式产品的散热问题有很多的好处。,晶圆级芯片封装工艺,WL-CSP的关键工艺:一是重布线技术(即再分布）二是焊料凸点制作工艺,典型的WL-CSP工艺流程,重布线技术的作用,再分布技术就是在器件表面重新布置I/O 焊盘。传统芯片的焊盘设计通常为四周分布，以便进行引线键合，焊盘分布很难满足凸点制备的工艺要求，因此为了满足倒装工艺，需要进行焊盘再分布。芯片焊盘设计为阵列分布，如果分布不合理或者使用的凸点制备工艺不同仍然不能满足倒装焊工艺时，可以通过焊盘再分布技术实现倒装。,薄膜介质层的淀积,再分布的关键步骤就是在晶圆上薄膜介质层的淀积，以便增强芯片的钝化作用。无机钝化层中的引线孔，会在重新布线金属化过程中形成短路。重新布线金属化下方的聚合物层，也起着凸点形成和装配工艺的应力缓冲层的作用。通常选择的聚合物涂敷，应能提供封装工艺的高性能。,聚合物的选择,在UBM钝化后的工序或贮存中聚合物会吸湿，聚合物会在回流焊工艺中产生气泡或者裂纹，所以聚合物选择高玻璃化温度、低吸湿性的材料来进行绝缘支持。在所有的薄膜应用中最好采用聚合物，是由于其非常低的介电常数和最小的损耗角正切值。与干蚀刻材料相比，采用光敏聚合物，要求更少的工艺处理步骤（可进行光刻），因此节省成本。,焊料凸点制作工艺,焊点制作可采用蒸发法、化学镀法、电镀法、置球法和和焊膏模板印制法等。目前仍以电镀法用得较多,该法2002年约占所有焊料凸点制作法的70%（含金焊点制作）,其次是蒸发法（高铅）,约占22.5%,再者为焊膏模板印制法,约占5.5%。但因焊膏模板印制法制作焊料凸点比较简便,自动化程度较高,成本也较低,故该法将会被较多地采用。,焊料球（低共晶或高熔化PbSn）通过模板印刷直接淀积于再分布晶圆片上。在对流炉中回流焊膏，采用溶剂除去焊剂残余物。根据焊球间距，焊球直径平均值在180 和270m之间。（采用焊膏模板印制法）,焊膏模板印制法,模板印刷工艺是反复地将正确的焊膏量转移到印制板上的正确位置。模板窗口尺寸，形状与模板厚度决定了焊膏的转印量，窗口的位置决定了焊膏的转印位置。,焊膏模板印制法模板的要求,宽厚比窗口的宽度模板的厚度 面积比窗口的面积窗口孔壁的面积在印刷锡铅焊膏时，当宽厚比 1.6，面积比0.66 时，模板具有良好的漏印性：而在印刷无铅焊膏当宽厚比 1.7，面积比0.7 时，模板才有良好的漏印性,WLCSP可靠性,被封装件的可靠性指“一段期望时间内器件在可接受的失效概率下的正常工作能力”。空对空加速测试是检测圆片级器件可靠性的常用方法之一。所采用测试方法可以设计为20min的0/100空对空热循环,每次热循环先分别在一个温度极限停留5min,然后再以20/min 的转换速率变化到另一个温度极限。看看UBM和锡球之间的结合，失效模式等。这个实验的主要目的就是为了验证封装工艺本身有没有问题,总结,在IC工艺线上完成的WL-CSP样品,只是增加了重布线和凸点制作两道工序,并使用了两层BCB或PI作为介质层和保护层,整套工艺与IC芯片的制作技术完全兼容,所以它在成本、质量方面明显优于其它CSP的制作工艺。WL-CSP工艺的倒装焊技术,将芯片正面(有源区)面向管座衬底作压焊焊接,可充分发挥出超大规模集成电路的高性能和新品质,它不存在较大的电感、电容和其它不希望有的特性。,WL-CSP是在圆片前道工序完成后,直接对圆片利用半导体工艺进行后道工序,再切割分离成单个器件。因此,采用WL-CSP能使产品直接从制造商转入用户手中作全面测试。该项技术不但适应于现有的标准表面贴装技术(SMT)设备,而且也解决了优质芯片问题。圆片级器件和SMT进行大批量封装WL-CSP的封装效率可达90%以上.,谢谢！,