wlcsp封裝技術的優(yōu)缺點與未來

時間：2011-08-25 17:29:21

關鍵字：封裝技術晶圓聚酰亞胺數(shù)據(jù)傳輸

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[導讀]WLCSP即晶圓級芯片封裝方式，英文全稱是Wafer-Level Chip Scale Packaging Technology，不同于傳統(tǒng)的芯片封裝方式(先切割再封測，而封裝后至少增加原芯片20%的體積)，此種最新技術是先在整片晶圓上進行封裝和測試，然

WLCSP即晶圓級芯片封裝方式，英文全稱是Wafer-Level Chip Scale Packaging Technology，不同于傳統(tǒng)的芯片封裝方式(先切割再封測，而封裝后至少增加原芯片20%的體積)，此種最新技術是先在整片晶圓上進行封裝和測試，然后才切割成一個個的IC顆粒，因此封裝后的體積即等同IC裸晶的原尺寸。它號稱是封裝技術的未來主流，已投入研發(fā)的廠商包括FCT、Aptos、卡西歐、EPIC、富士通、三菱電子等。

　　它在結(jié)束前端晶圓制作流程的晶圓上直接完成所有的操作。在封裝過程中再將芯片從晶圓上分離，從而使WLCSP可以實現(xiàn)與芯片尺寸相同的最小的封裝體積，這幾乎是最終的封裝縮微技術。

　　晶圓級芯片規(guī)模封裝技術，融合薄膜無源器件技術及大面積規(guī)格制造技術能力，不僅提供節(jié)省成本的解決辦法，而且提供與現(xiàn)存表面貼裝組裝過程相符合的形狀因素。芯片規(guī)模封裝技術既提供性能改進路線圖，又降低了集成無源器件的尺寸。

　　自1998年可行性的WLCSP技術宣布以來，近年市場上已經(jīng)出現(xiàn)了各種不同類型的WLCSP。這種技術已經(jīng)使用在移動電子設備中，比如用于移動電話的電源供給芯片，并且延伸到邏輯產(chǎn)品的應用中。

　　WLCSP是倒裝芯片互連技術的一個變種。借助WLCSP技術，裸片的有源面被倒置，并使用焊球連接到PCB。這些焊球的尺寸通常足夠大(在0.5mm間距、預回流焊時有300μm)，可省去倒裝芯片互連所需的底部填充工藝。如圖1所示，

　　圖1：WLCSP封裝。

　　封裝結(jié)構(gòu)

　　WLCSP可以被分成兩種結(jié)構(gòu)類型：直接凸塊和重分布層(RDL)

　　直接凸塊

　　直接凸塊WLCSP包含一個可選的有機層(聚酰亞胺)，這個層用作有源裸片表面上的應力緩沖器。聚酰亞胺覆蓋了除連接焊盤四周開窗區(qū)域之外的整個裸片面積。在這個開窗區(qū)域之上濺射或電鍍凸塊下金屬層(UBM)。UBM是不同金屬層的堆疊，包括擴散層、勢壘層、潤濕層和抗氧化層。焊球落在UBM之上(因此叫落球)，然后通過回流焊形成焊料凸塊。直接凸塊WLCSP的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

　　圖2：直接凸塊WLCSP。

　　重分布層(RDL)

　　圖3是一種重分布層(RDL)WLCSP。這種技術可以將為邦定線(邦定焊盤安排在四周)而設計的裸片轉(zhuǎn)換成WLCSP。與直接凸塊不同的是，這種WLCSP使用兩層聚酰亞胺層。第一層聚酰亞胺層沉積在裸片上，并保持邦定焊盤處于開窗狀態(tài)。RDL層通過濺射或電鍍將外圍陣列轉(zhuǎn)換為區(qū)域陣列。隨后的結(jié)構(gòu)類似直接凸塊——包括第二個聚酰亞胺層、UBM和落球。

圖3：重分布層(RDL)WLCSP

　　WLCSP的優(yōu)點：

　　WLCSP的封裝方式，不僅明顯地縮小內(nèi)存模塊尺寸，而符合行動裝置對于機體空間的高密度需求;另一方面在效能的表現(xiàn)上，更提升了數(shù)據(jù)傳輸的速度與穩(wěn)定性。無需底部填充工藝，可以使用標準的SMT組裝設備。

　　1原芯片尺寸最小封裝方式：

　　WLCSP晶圓級芯片封裝方式的最大特點便是有效地縮減封裝體積，封裝外形更加輕薄。故可搭配于行動裝置上而符合可攜式產(chǎn)品輕薄短小的特性需求。2數(shù)據(jù)傳輸路徑短、穩(wěn)定性高：

　　采用WLCSP封裝時，由于電路布線的線路短且厚(標示A至B的黃線)，故可有效增加數(shù)據(jù)傳輸?shù)念l寛減少電流耗損，也提升數(shù)據(jù)傳輸的穩(wěn)定性。由于輕質(zhì)裸片在焊接過程中具有自我校準特性，因此組裝良率較高。

　　3散熱特性佳

　　由于WLCSP少了傳統(tǒng)密封的塑料或陶瓷包裝，故IC芯片運算時的熱能便能有效地發(fā)散，而不致增加主機體的溫度，而此特點對于行動裝置的散熱問題助益極大。能減小電感、提高電氣性能。

　　WLCSP不僅是實現(xiàn)高密度、高性能封裝和SiP的重要技術，同時也將在器件嵌入PCB技術中起關鍵作用。盡管引線鍵合技術非常靈活和成熟，但是WLCSP技術的多層電路、精細線路圖形、以及能與引線鍵合結(jié)合的特點，表明它將具有更廣泛的應用和新的機遇。

　　WLCSP的缺點：WLCSP成本來源于晶圓片或封裝加工過程。而需要大面積生產(chǎn)的話就需要增加勞動量。就會相應的增加生產(chǎn)的成本。

　　WLCSP技術的未來

　　WLCSP在2000年應用在電子手表中之后，已經(jīng)應用在手機、存儲卡、汽車導航儀、數(shù)碼設備中。未來幾年中，在手機這樣的高性能移動市場中，會更多采用WLCSP技術的芯片。