扇出型晶圓級(jí)封裝技術(shù)采取在芯片尺寸以外的區(qū)域做I/O接點(diǎn)的布線設(shè)計(jì)，提高I/O接點(diǎn)數(shù)量。采用RDL工藝讓芯片可以使用的布線區(qū)域增加，充分利用到芯片的有效面積，達(dá)到降低成本的目的。扇出型封裝技術(shù)完成芯片錫球連接后，不需要使用封裝載板便可直接焊接在印刷線路板上，這樣可以縮短信號(hào)傳輸距離，提高電學(xué)性能。

扇出型晶圓級(jí)封裝技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于能夠利用高密度布線制造工藝，形成功率損耗更低、功能性更強(qiáng)的芯片封裝結(jié)構(gòu)，讓系統(tǒng)級(jí)封裝（System in a Package, SiP）和3D芯片封裝更愿意采用扇出型晶圓級(jí)封裝工藝。

第一代FOWLP技術(shù)是由德國(guó)英飛凌（Infineon）開(kāi)發(fā)的嵌入式晶圓級(jí)球柵陣列（Embedded Wafer Level Ball Grid Array, eWLB）技術(shù)（見(jiàn)圖1），隨后出現(xiàn)了臺(tái)積電（TSMC）的整合式扇出型晶圓級(jí)封裝（Integrated Fan-Out Package, InFO）技術(shù)和飛思卡爾（Freescale）的重分布芯片封裝（Redistributed Chip Package, RCP）技術(shù)等。由于其成本相對(duì)較低，功能性強(qiáng)大，所以逐步被市場(chǎng)接受，例如蘋果公司（Apple）已經(jīng)在A12處理器采用扇出型封裝進(jìn)行量產(chǎn)。同時(shí)其不僅在無(wú)線領(lǐng)域發(fā)展迅速，現(xiàn)在也正滲透進(jìn)汽車和醫(yī)療應(yīng)用，相信未來(lái)我們生活中的大部分設(shè)備都會(huì)采用扇出型晶圓級(jí)封裝工藝。

圖1?英飛凌eWLB工藝技術(shù)示例圖

傳統(tǒng)的封裝技術(shù)如倒裝封裝、引線鍵合等，其信號(hào)互連線的形式包括引線、通孔、錫球等復(fù)雜的互連結(jié)構(gòu)。這些復(fù)雜的互連結(jié)構(gòu)會(huì)影響芯片信號(hào)傳輸?shù)男阅堋Ｔ谏瘸鲂头庋b中（見(jiàn)圖2），根據(jù)重布線的工序順序，主要分為先芯片（Chip first）和后芯片（Chip last）兩種工藝，根據(jù)芯片的放置方式，主要分為面朝上（Face up）和面朝下（Face down）兩種工藝，綜合上述四種工藝，封裝廠根據(jù)操作的便利性，綜合出以下三種組合工藝，分別是面朝上的先芯片處理（Chip first-face up）、面朝下的先芯片處理（Chip first-face down）和面朝下的后芯片處理（Chip last-face down）。接下來(lái)分別對(duì)這三種工藝進(jìn)行闡述。

圖2?FOWLP工藝互連結(jié)構(gòu)示意圖

1、面朝上的先芯片處理。

面朝上是讓芯片的線路面朝上，采用RDL工藝的方式構(gòu)建凸塊，讓I/O接觸點(diǎn)連接，最后切割單元芯片。（見(jiàn)圖3）

圖3?面朝上的先芯片處理工藝示意圖

面朝上的先芯片處理工藝流程如下：

2、面朝下的先芯片處理。

面朝下是讓芯片的線路面朝下的工藝。面朝下與面朝上的區(qū)別主要在于芯片帶有焊盤一側(cè)的放置方向不同。（見(jiàn)圖4）

圖4 面朝下的先芯片處理工藝示意圖

面朝下的先芯片處理工藝流程如下：

3、面朝下的后芯片處理。

后芯片是先在臨時(shí)膠帶表面進(jìn)行RDL工藝，然后通過(guò)面朝下的方式將芯片與RDL互連，在注塑機(jī)中進(jìn)行塑封、植錫球后完成切割。其與先芯片的主要區(qū)別在于RDL的先后順序。

圖5?面朝下的后芯片處理工藝示意圖

面朝下的后芯片處理工藝流程如下：

綜上所述，面朝上的先芯片處理工藝由于需要利用CMP將塑封層減薄，所以此工藝成本較高，一般封裝廠較少采用。面朝下的先芯片處理工藝在移除載板并添加RDL制程時(shí)易造成翹曲，所以工藝操作時(shí)需要提前防范，但是此工藝封裝廠應(yīng)用較多，例如蘋果的A10處理器。面朝下的后芯片處理工藝先采用RDL工藝，這樣可以降低芯片封裝制程產(chǎn)生的不合格率，目前封裝廠應(yīng)用也較多。

在FOWLP工藝中，重布線層作為工藝中必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)，它是在晶圓表面沉積金屬層和絕緣層形成相應(yīng)的金屬布線圖案，采用高分子薄膜材料和Al/Cu金屬化布線對(duì)芯片的I/O焊盤重新布局成面陣分布形式，將其延伸到更為寬松的區(qū)域來(lái)植錫球。

在扇出型晶圓級(jí)封裝中主要有兩種RDL工藝，分別是：①感光高分子聚合物+電鍍銅+蝕刻；②PECVD+Cu-damascene+CMP。市場(chǎng)上第一種工藝應(yīng)用更為廣泛。接下來(lái)分別對(duì)這兩種RDL工藝進(jìn)行詳細(xì)解讀。

（1）感光高分子聚合物+電鍍銅+蝕刻。首先在整個(gè)晶圓表面涂覆一層感光絕緣的PI材料，然后使用***對(duì)感光絕緣層進(jìn)行曝光顯影；感光絕緣層在200℃的環(huán)境下烘烤一小時(shí)后形成大約5微米厚的絕緣層；在175℃的環(huán)境下通過(guò)PVD設(shè)備在整個(gè)晶圓表面濺射Ti作為阻擋層（Barrier Layer）和Cu作為導(dǎo)電的種子層（Seed Layer）；再通過(guò)涂覆光刻膠曝光顯影；接著在暴露出來(lái)的Ti/Cu層上電鍍銅，用于增加銅層厚度，確保芯片線路的導(dǎo)電性；剝離光刻膠并蝕刻Ti/Cu種子層，此時(shí)第一層的RDL制作完成。重復(fù)上述步驟便可形成更多層的RDL線路。此工藝在扇出型封裝工藝中應(yīng)用較為廣泛。（見(jiàn)圖6）

圖6?第一種RDL工藝流程示意圖

（2）PECVD+Cu-damascene+CMP。

該工藝使用SiO2或Si3N4作為絕緣層，并使用電鍍工藝在整個(gè)晶圓上沉積一層銅，然后使用CMP去除凹槽外多余的銅和種子層以制備RDL的銅導(dǎo)電層。

首先，使用等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition, PECVD）在晶圓表面形成一層薄的SiO2（或Si3N4）層，然后在SiO2表面涂覆一層光刻膠，隨后使用***對(duì)感光絕緣層進(jìn)行曝光顯影，并使用反應(yīng)式離子蝕刻法（Reactive Ion Etching, RIE）除去SiO2，接下來(lái)剝離剩余的光刻膠。再重新涂覆光刻膠后，進(jìn)行曝光顯影形成圖案，然后再用RIE除去開(kāi)口處一定厚度的SiO2。接著在表面濺鍍Ti/Cu種子層，并在整個(gè)晶圓上使用電鍍工藝鍍上一層銅，接下來(lái)采用CMP去除多余的電鍍銅和Ti/Cu種子層，最后得到第一層的RDL線路，此方法稱為雙重Cu-damascene法。重復(fù)以上步驟以獲得更多的RDL。（見(jiàn)圖7）

圖7 第二種RDL工藝流程示意圖

扇出型封裝面臨的挑戰(zhàn)

雖然FOWLP可滿足更多I/O數(shù)量、具有良好的散熱性能和低延時(shí)的需求，但該技術(shù)的大量應(yīng)用首先必須解決以下問(wèn)題：

（1）焊接點(diǎn)的熱膨脹問(wèn)題。因FOWLP的結(jié)構(gòu)與BGA相似，F(xiàn)OWLP焊接點(diǎn)的熱膨脹情況與BGA非常相近，F(xiàn)OWLP中錫球的關(guān)鍵位置在芯片的下方，同樣在芯片和PCB之間也會(huì)發(fā)生熱膨脹系數(shù)不匹配的問(wèn)題。

（2）芯片位置的精確度。在重新建構(gòu)排布時(shí)，必須要維持芯片從抓取到放置（Pick and Place）于載具上的位置不發(fā)生偏移，甚至在鑄模作業(yè)時(shí)，也不可發(fā)生偏移。

（3）晶圓的翹曲問(wèn)題。芯片放置于臨時(shí)載板的過(guò)程中，晶圓經(jīng)過(guò)切割后，芯片在載板上重新排布時(shí)產(chǎn)生的翹曲（Warpage）問(wèn)題，也是一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)，因?yàn)橹匦陆?gòu)晶圓含有塑膠、硅及金屬材料，硅與膠體的比例在X、Y、Z三方向不同，鑄模在加熱及冷卻時(shí)的熱脹冷縮會(huì)影響晶圓的翹曲行為。

（4）模具移位。模具移位是另一個(gè)工藝難題，它是指放置在載體晶圓上和包覆成型過(guò)程中模具輕微移動(dòng)。然而，對(duì)于基于晶圓的技術(shù)來(lái)說(shuō)，模具移位是一個(gè)挑戰(zhàn)，隨著對(duì)面板級(jí)封裝的尺寸變大，模具移位變得更加關(guān)鍵。

來(lái)源：半導(dǎo)體材料與工藝

審核編輯：湯梓紅