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WLCSP晶圆级芯片封装技能特色与工艺流程剖析 耸峙芯创

来源:安博体育电竞    发布时间:2023-06-08 02:52:39

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  是一种以BGA技能为根底,又经过改善的CSP先进电子封装技能。其首要特色是封装与测验均直接在晶圆切开前完结。依据引线办法不同,又将其分为扇入式(Fan-In WLP/WLCSP)、扇出式(Fan-Out WLP/FOWLP)。与传统封装技能比较,晶圆级封装的本钱更低、散热性更好、体积更小。除此之外,晶圆级封装的另一个长处是作业进程选用批次性处理办法,晶圆尺度越大时,芯片封装的功率就越高,封装本钱也就越低。

  扇入式封装(Fan-In WLP/WLCSP):彻底遵从晶圆级封装的根底工艺流程,封装作业完结时,芯片与封装体面积尺度份额为1:1,适用于低I/O数量以及芯片尺度自身较小的工艺。

  扇出式封装(Fan-Out WLP/FOWLP):因为该类封装需经过RDL的办法将部分Bump引脚拓宽至芯片外围,故需求先对晶圆进行划片切开,将独立裸Die从头布局至新的晶圆内(重构晶圆),由Molding工艺构成新的封装体,再经过从头布线及Bumping工艺,完结引脚外延以到达包容更多I/O的意图。

  下文将以1P1M/Solder bump结构为例,简略阐明晶圆级封装的工艺流程。在此之前,先对相关专业术语进行如下阐明:

  依据已知的1P1M/Solder bump工艺要求,由内向外顺次逐层依照工艺流程进行作业:

  意图:1. 将掩膜版图形转移至晶圆外表,取得溅射种子层(UBM)所需的CD开口。

  工艺原理:经过在Wafer外表涂覆PSPI后,进行紫外线曝光,在特定光线经往后,胶体特性发生改动,再经过显影-固化工艺,取得所需求的CD开口方位。

  特别注意的是,这儿运用的PSPI为一般所说的光刻正胶(Positive Photoresist),其特性是经过曝光后,在遭到光照的方位特性发生改动,其他方位不受影响,显影操作后,溶解光照方位,在其他方位构成所需图形,然后到达工艺意图。

  与之相反,光刻负胶(Negative Photoresist)则是保存光照方位,显影后溶解其他方位,到达工艺意图。

  ●经过光阻喷嘴将光刻胶悄悄涂布在晶圆中心方位后,真空吸盘带动晶圆缓慢滚动;

  ●施胶到达标定胶重后,由转轴带动吸盘逐步加快,运用离心效果将光刻胶旋涂均匀,直到布满整片晶圆;

  ●因为离心力的效果,晶圆上剩余光刻胶会集合在晶圆的边际部分,构成带有必定高度的污染,导致后续工艺难度添加,故需求运用有机溶剂进行晶圆洗边及背洗操作;

  ●涂布作业完结后,运用真空加热块进行前烘烤以预热光刻胶,去除光刻胶中的水分,并添加与晶圆之间的附着力。

  1. 影响光刻胶厚度的首要要素是转速和光刻胶的黏度,黏度越高,转速越低,光刻胶的厚度就越厚。

  2. 文中所列涂覆办法为湿膜光刻胶的作业流程,而实践生产中,除湿膜光刻胶外,干膜光刻胶也具有广泛的运用场景。干膜光刻胶一般运用办法可选用压膜机一次成型,并且显影流程不需求运用显影液,可大起伏削减处理时刻和本钱。关于部分规划中含有孔洞的产品来说,干膜光刻胶不会侵入孔洞内部,具有便于整理的优点。但反过来考虑,湿膜光刻机又具有分辨率高,价格本钱低价,显影与刻蚀速度更快等优势。

  ●特定波长紫外光穿过掩膜版及缩图透镜后,照射在晶圆相应方位,依据掩膜版的图形改动晶圆外表部分光刻胶的特性。

  ●PSPI工艺中,显影后需运用多段式时温曲线进行烘烤固化操作去除水汽,并使保存光刻胶与晶圆更好的结合在一起。

  意图:经过溅射工艺,在晶圆外表构成一层具有不同高度、不同类型,且契合制程要求的金属薄膜,即为后续电镀工艺衬托的种子层(UBM)。

  工艺原理:依据物理气相堆积原理,经过将高纯度的金属资料置于真空室中,然后运用离子束、电子束或许高能粒子来碰击金属资料外表,使其发生溅射,发生很多细小的金属颗粒,这些颗粒会堆积在晶圆外表上并逐步构成金属薄膜。

  特别注意的是,在履行溅射工艺操作之前,需求先对晶圆进行清洗作业,以去除晶圆外表来料时或许带着的沾污,并消除潜在环境静电危险。清洗后仍需求在氮气环境下进行烘烤,以去除水汽对溅射作业时的影响要素。

  意图:PR光刻与第一层PI光刻效果相似,在UBM层上方电镀铜层的首要意图是使其作为焊盘的资料,用于衔接芯片和外部电路板。该层铜资料一般具有杰出的导电性和牢靠的焊接特性,可以有效地进步芯片的衔接牢靠性和耐久性。一起,铜资料还可以进步芯片的散热才能,然后有效地下降芯片的温度和功率耗费。

  ●PR光刻:与第一层PI光刻相似,但因为后续工艺为铜层电镀,所以工艺中将正胶替换为负胶,在曝光显影后无需进行固化,而是在电镀后进行去胶操作;

  ●电镀:在UBM层上方涂覆一层导电漆,一般被称为钎料,用于芯片与外部电路板之间的衔接。然后,将晶圆浸入含有铜离子的电解液中,并将钎料作为阴极,使铜离子在钎料外表复原,构成一层均匀的铜层。

  ●完结电镀作业后,显影所预留的用于结构成型的光刻胶依然处在晶圆外表,故需求运用药液喷淋的办法进行除胶,以去除剩余的光刻胶,药液除胶完结后仍需清洗晶圆外表,以彻底清除剩余胶丝、沾污等外表杂质,下图为除胶完结后外表状况。

  ●针对电镀后或许会呈现的剩余UBM,一般需求运用腐蚀工艺去除。去除办法一般是运用化学溶液,将剩余的UBM资料溶解掉,以确保焊盘的形状和尺度契合要求,到达工艺意图,下图为腐蚀完结后外表状况:

  意图:在焊盘处焊接solder Bump或铜柱Bump,用来做后续Flip Chip工艺衔接基板电路的焊点。

  工艺原理:在焊盘方位涂覆助焊剂,在其对应方位放置锡球,运用Reflow将锡球焊接至焊盘方位。

  意图:依照详细产品的工艺要求,将晶圆磨划至需求厚度,然后将处理完结的晶圆经过切开,别离成独自的制品芯片。

  2. 反面磨片,依据工序需求,运用对应参数的磨轮进行反面研磨及抛光(部分产品无需抛光);

  5. 切开划片,将晶圆沿切开道进行切开,使晶圆别离成为独自的一颗颗芯片。

  耸峙芯创作为除泡品类开创者,深耕半导体先进封装技能20余年,专心处理半导体先进封装中的气泡问题,供给多种制程工艺中的气泡全体处理方案。对Mini/Micro LED、芯片贴合Die Attached、灌注灌封IGBT Potting、底部填胶underfill、点胶封胶Dispensing、OCA lamination等工艺具有老练运用经历。

  耸峙芯创以中心的暖流和气压两大技能,继续自主研制与制作除泡品类系统,专心提高良率助力工业开展,专业供给供给半导体工业先进封装范畴气泡处理方案,现已成功赋能半导体、轿车、新能源、5G/IoT等细分范畴。


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