wlcsp封裝技術(shù)分析

WLCSP即晶圓級(jí)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(cè)，而封裝后至少增加原芯片20%的體積)，此種最新技術(shù)是先在整片晶圓上進(jìn)行封裝和測(cè)試，然后才切割成一個(gè)個(gè)的IC顆粒，因此封裝后的體積即等同IC裸晶的原尺寸。它號(hào)稱是封裝技術(shù)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(shí)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(shù)。

晶圓級(jí)芯片規(guī)模封裝技術(shù)，融合薄膜無源器件技術(shù)及大面積規(guī)格制造技術(shù)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(shù)既提供性能改進(jìn)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(shù)宣布以來，近年市場(chǎng)上已經(jīng)出現(xiàn)了各種不同類型的WLCSP。這種技術(shù)已經(jīng)使用在移動(dòng)電子設(shè)備中，比如用于移動(dòng)電話的電源供給芯片，并且延伸到邏輯產(chǎn)品的應(yīng)用中。

WLCSP是倒裝芯片互連技術(shù)的一個(gè)變種。借助WLCSP技術(shù)，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(yù)回流焊時(shí)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(gè)可選的有機(jī)層(聚酰亞胺)，這個(gè)層用作有源裸片表面上的應(yīng)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(gè)裸片面積。在這個(gè)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(kuò)散層、勢(shì)壘層、潤(rùn)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(shù)可以將為邦定線(邦定焊盤安排在四周)而設(shè)計(jì)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(gè)聚酰亞胺層、UBM和落球。

圖3：重分布層(RDL)WLCSP

WLCSP的優(yōu)點(diǎn)：

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(dòng)裝置對(duì)于機(jī)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?shù)乃俣扰c穩(wěn)定性。無需底部填充工藝，可以使用標(biāo)準(zhǔn)的SMT組裝設(shè)備。

1原芯片尺寸最小封裝方式：

WLCSP晶圓級(jí)芯片封裝方式的最大特點(diǎn)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(dòng)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(shí)，由于電路布線的線路短且厚(標(biāo)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?shù)姆€(wěn)定性。由于輕質(zhì)裸片在焊接過程中具有自我校準(zhǔn)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(yùn)算時(shí)的熱能便能有效地發(fā)散，而不致增加主機(jī)體的溫度，而此特點(diǎn)對(duì)于行動(dòng)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(shí)現(xiàn)高密度、高性能封裝和SiP的重要技術(shù)，同時(shí)也將在器件嵌入PCB技術(shù)中起關(guān)鍵作用。盡管引線鍵合技術(shù)非常靈活和成熟，但是WLCSP技術(shù)的多層電路、精細(xì)線路圖形、以及能與引線鍵合結(jié)合的特點(diǎn)，表明它將具有更廣泛的應(yīng)用和新的機(jī)遇。

WLCSP的缺點(diǎn)：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(dòng)量。就會(huì)相應(yīng)的增加生產(chǎn)的成本。

WLCSP技術(shù)的未來

WLCSP在2000年應(yīng)用在電子手表中之后，已經(jīng)應(yīng)用在手機(jī)、存儲(chǔ)卡、汽車導(dǎo)航儀、數(shù)碼設(shè)備中。未來幾年中，在手機(jī)這樣的高性能移動(dòng)市場(chǎng)中，會(huì)更多采用WLCSP技術(shù)的芯片。

將WLCSP技術(shù)和芯片嵌入PCB工藝結(jié)合，可以確保PCB組裝質(zhì)量的穩(wěn)定，這是因?yàn)閃LCSP不僅易于進(jìn)行PCB板貼裝，而且具有“已知優(yōu)良芯片(KGD，Known Good Die)”的特性。

WLCSP技術(shù)為實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)輕薄和小巧電子設(shè)備帶來了更多的可能性。WLCSP已經(jīng)應(yīng)用在電路板組裝上，近來它也成為SiP的重要組成部分，結(jié)合WLCSP和常規(guī)引線鍵合技術(shù)的MCP也已經(jīng)進(jìn)入量產(chǎn)。

看著WLCSP這幾年的發(fā)展，我們完全可以相信不久之后WLCSP將不斷的發(fā)展，擴(kuò)展到更多的領(lǐng)域。