【科普】什么是晶圆级封装

来源:今日半导体发布时间:2022-03-251137浏览

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晶圆级封装(Wafer Level Packaging，缩写WLP)是一种先进的封装技术，因其具有尺寸小、电性能优良、散热好、成本低等优势，近年来发展迅速。根据Verified Market Research 研究数据，晶圆级封装市场 2020 年为 48.4 亿美元，预计到 2028 年将达到 228.3 亿美元，从 2021 年到 2028 年的复合年增长率为 21.4%。

一、晶圆级封装VS传统封装

在传统晶圆封装中，是将成品晶圆切割成单个芯片，然后再进行黏合封装。不同于传统封装工艺，晶圆级封装是在芯片还在晶圆上的时候就对芯片进行封装，保护层可以黏接在晶圆的顶部或底部，然后连接电路，再将晶圆切成单个芯片。

相比于传统封装，晶圆级封装具有以下优点：

1、封装尺寸小

由于没有引线、键合和塑胶工艺，封装无需向芯片外扩展，使得WLP的封装尺寸几乎等于芯片尺寸。

2、高传输速度

与传统金属引线产品相比，WLP一般有较短的连接线路，在高效能要求如高频下，会有较好的表现。

3、高密度连接

WLP可运用数组式连接，芯片和电路板之间连接不限制于芯片四周，提高单位面积的连接密度。

4、生产周期短

WLP从芯片制造到、封装到成品的整个过程中，中间环节大大减少，生产效率高，周期缩短很多。

5、工艺成本低

WLP是在硅片层面上完成封装测试的，以批量化的生产方式达到成本最小化的目标。WLP的成本取决于每个硅片上合格芯片的数量，芯片设计尺寸减小和硅片尺寸增大的发展趋势使得单个器件封装的成本相应地减少。WLP可充分利用晶圆制造设备，生产设施费用低。

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二、晶圆级封装的工艺流程

图 WLP工艺流程

晶圆级封装工艺流程如图所示：

1、涂覆第一层聚合物薄膜，以加强芯片的钝化层，起到应力缓冲的作用。聚合物种类有光敏聚酰亚胺（PI）、苯并环丁烯（BCB）、聚苯并恶唑（PBO）。

2、重布线层（RDL）是对芯片的铝/铜焊区位置重新布局，使新焊区满足对焊料球最小间距的要求，并使新焊区按照阵列排布。光刻胶作为选择性电镀的模板以规划RDL的线路图形，最后湿法蚀刻去除光刻胶和溅射层。

3、涂覆第二层聚合物薄膜，是圆片表面平坦化并保护RDL层。在第二层聚合物薄膜光刻出新焊区位置。

4、凸点下金属层（UBM）采用和RDL一样的工艺流程制作。

5、植球。焊膏和焊料球通过掩膜板进行准确定位，将焊料球放置于UBM上，放入回流炉中，焊料经回流融化与UBM形成良好的浸润结合，达到良好的焊接效果。

三、晶圆级封装的发展趋势

随着电子产品不断升级换代，智能手机、5G、AI等新兴市场对封装技术提出了更高要求，使得封装技术朝着高度集成、三维、超细节距互连等方向发展。晶圆级封装技术可以减小芯片尺寸、布线长度、焊球间距等，因此可以提高集成电路的集成度、处理器的速度等，降低功耗，提高可靠性，顺应了电子产品日益轻薄短小、低成本的发展要需求。

晶圆级封装技术要不断降低成本，提高可靠性水平，扩大在大型IC方面的应用：

1、通过减少WLP的层数降低工艺成本，缩短工艺时间，主要是针对I/O少、芯片尺寸小的产品。

2、通过新材料应用提高WLP的性能和可靠度。主要针对I/O多、芯片尺寸大的产品。

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