介绍过扇入型封装的基本工艺,该封装提供相对较小的外形尺寸和面积,但不足之处是扇入型封装I/O接点数量较少,布局的区域仅限于裸片尺寸大小,所以当I/O接点数需求较多时,扇入型封装会受到限制。鉴于上述原因,扇出型晶圆级封装技术采取在芯片尺寸以外的区域做I/O接点的布线设计,提高I/O接点数量。采用RDL工艺让芯片可以使用的布线区域增加,充分利用到芯片的有效面积,达到降低成本的目的。
扇出型封装技术完成芯片锡球连接后,不需要使用封装载板便可直接焊接在印刷线路板上,这样可以缩短信号传输距离,提高电学性能。扇出型晶圆级封装技术的优势在于能够利用高密度布线制造工艺,形成功率损耗更低、功能性更强的芯片封装结构,让系统级封装和3D芯片封装更愿意采用扇出型晶圆级封装工艺。第一代FOWLP技术是由德国英飞凌开发的嵌入式晶圆级球栅阵列,随后出现了台积电的整合式扇出型晶圆级封装技术和飞思卡尔的重分布芯片封装技术等。由于其成本相对较低,功能性强大,所以逐步被市场接受,例如苹果公司已经在A12处理器采用扇出型封装进行量产。同时其不仅在无线领域发展迅速,现在也正渗透进汽车和医疗应用,相信未来我们生活中的大部分设备都会采用扇出型晶圆级封装工艺。扇出型封装的工艺传统的封装技术如倒装封装、引线键合等,其信号互连线的形式包括引线、通孔、锡球等复杂的互连结构。
这些复杂的互连结构会影响芯片信号传输的性能。在扇出型封装中,根据重布线的工序顺序,主要分为先芯片和后芯片两种工艺,根据芯片的放置方式,主要分为面朝上和面朝下两种工艺,综合上述四种工艺,封装厂根据操作的便利性,综合出以下三种组合工艺,分别是面朝上的先芯片处理、面朝下的先芯片处理和面朝下的后芯片处理。接下来分别对这三种工艺进行阐述。(1)面朝上的先芯片处理。面朝上是让芯片的线路面朝上,采用RDL工艺的方式构建凸块,让I/O接触点连接,最后切割单元芯片。(2)面朝下的先芯片处理。面朝下是让芯片的线路面朝下的工艺。面朝下与面朝上的区别主要在于芯片带有焊盘一侧的放置方向不同。3)面朝下的后芯片处理。后芯片是先在临时胶带表面进行RDL工艺,然后通过面朝下的方式将芯片与RDL互连,在注塑机中进行塑封、植锡球后完成切割。其与先芯片的主要区别在于RDL的先后顺序。
综上所述,面朝上的先芯片处理工艺由于需要利用CMP将塑封层减薄,所以此工艺成本较高,一般封装厂较少采用。面朝下的先芯片处理工艺在移除载板并添加RDL制程时易造成翘曲,所以工艺操作时需要提前防范,但是此工艺封装厂应用较多,例如苹果的A10处理。面朝下的后芯片处理工艺先采用RDL工艺,这样可以降低芯片封装制程产生的不合格率,目前封装厂应用也较多。在FOWLP工艺中,重布线层作为工艺中必不可少的一个环节,它是在晶圆表面沉积金属层和绝缘层形成相应的金属布线图案,采用高分子薄膜材料和Al/Cu金属化布线对芯片的I/O焊盘重新布局成面阵分布形式,将其延伸到更为宽松的区域来植锡球。在扇出型晶圆级封装中主要有两种RDL工艺,分别是:①感光高分子聚合物+电镀铜+蚀刻;②PECVD+Cu-damascene+CMP。市场上第一种工艺应用更为广泛。接下来分别对这两种RDL工艺进行详细解读。