劃片機：晶圓加工第八篇—半導(dǎo)體芯片封裝完結(jié)篇

封裝

經(jīng)過之前幾個工藝處理的晶圓上會形成大小相等的方形芯片（又稱“單個晶片”）。下面要做的就是通過切割獲得單獨的芯片。剛切割下來的芯片很脆弱且不能交換電信號，需要單獨進行處理。這一處理過程就是封裝，包括在半導(dǎo)體芯片外部形成保護殼和讓它們能夠與外部交換電信號。整個封裝制程分為五步，即晶圓鋸切、單個晶片附著、互連、成型和封裝測試。

1、晶圓鋸切

要想從晶圓上切出無數(shù)致密排列的芯片，我們首先要仔細“研磨”晶圓的背面直至其厚度能夠滿足封裝工藝的需要。研磨后，我們就可以沿著晶圓上的劃片線進行切割，直至將半導(dǎo)體芯片分離出來。

晶圓鋸切技術(shù)有三種：刀片切割、激光切割和等離子切割。

刀片切割是指用金剛石刀片切割晶圓，這種方法容易產(chǎn)生摩擦熱和碎屑并因此損壞晶圓。

激光切割的精度更高，能輕松處理厚度較薄或劃片線間距很小的晶圓。

等離子切割采用等離子刻蝕的原理，因此即使劃片線間距非常小，這種技術(shù)同樣能適用。

2、單個晶片附著

所有芯片都從晶圓上分離后，我們需要將單獨的芯片（單個晶片）附著到基底（引線框架）上?；椎淖饔檬潜Ｗo半導(dǎo)體芯片并讓它們能與外部電路進行電信號交換。附著芯片時可以使用液體或固體帶狀粘合劑。

3、互連

在將芯片附著到基底上之后，我們還需要連接二者的接觸點才能實現(xiàn)電信號交換。這一步可以使用的連接方法有兩種：使用細金屬線的引線鍵合和使用球形金塊或錫塊的倒裝芯片鍵合。引線鍵合屬于傳統(tǒng)方法，倒裝芯片鍵合技術(shù)可以加快半導(dǎo)體制造的速度。

4、成型

完成半導(dǎo)體芯片的連接后，需要利用成型工藝給芯片外部加一個包裝，以保護半導(dǎo)體集成電路不受溫度和濕度等外部條件影響。根據(jù)需要制成封裝模具后，我們要將半導(dǎo)體芯片和環(huán)氧模塑料 (EMC) 都放入模具中并進行密封。密封之后的芯片就是最終形態(tài)了。

5、封裝測試

已經(jīng)具有最終形態(tài)的芯片還要通過最后的缺陷測試。進入最終測試的全部是成品的半導(dǎo)體芯片。它們將被放入測試設(shè)備，設(shè)定不同的條件例如電壓、溫度和濕度等進行電氣、功能和速度測試。這些測試的結(jié)果可以用來發(fā)現(xiàn)缺陷、提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

隨著芯片體積的減少和性能要求的提升，封裝在過去數(shù)年間已經(jīng)歷了多次技術(shù)革新。面向未來的一些封裝技術(shù)和方案包括將沉積用于傳統(tǒng)后道工藝，例如晶圓級封裝(WLP)、凸塊工藝和重布線層 (RDL) 技術(shù)，以及用于前道晶圓制造的的刻蝕和清潔技術(shù)。

1）晶圓級封裝

傳統(tǒng)封裝需要將每個芯片都從晶圓中切割出來并放入模具中。晶圓級封裝(WLP)則是先進封裝技術(shù)的一種, 是指直接封裝仍在晶圓上的芯片。WLP的流程是先封裝測試，然后一次性將所有已成型的芯片從晶圓上分離出來。與傳統(tǒng)封裝相比，WLP的優(yōu)勢在于更低的生產(chǎn)成本。

2）先進封裝

先進封裝可劃分為2D封裝、2.5D封裝和3D封裝。

更小的2D封裝

如前所述，封裝工藝的主要用途包括將半導(dǎo)體芯片的信號發(fā)送到外部，而在晶圓上形成的凸塊就是發(fā)送輸入/輸出信號的接觸點。這些凸塊分為扇入型(fan-in) 和扇出型 (fan-out) 兩種，前者的扇形在芯片內(nèi)部，后者的扇形則要超出芯片范圍。我們將輸入/輸出信號稱為I/O（輸入/輸出），輸入/輸出數(shù)量稱為I/O計數(shù)。I/O計數(shù)是確定封裝方法的重要依據(jù)。如果I/O計數(shù)低就采用扇入封裝工藝。由于封裝后芯片尺寸變化不大，因此這種過程又被稱為芯片級封裝 (CSP) 或晶圓級芯片尺寸封裝 (WLCSP)。如果I/O計數(shù)較高，則通常要采用扇出型封裝工藝，且除凸塊外還需要重布線層 (RDL) 才能實現(xiàn)信號發(fā)送。這就是“扇出型晶圓級封裝 (FOWLP)”。

2.5D 封裝

2.5D封裝技術(shù)可以將兩種或更多類型的芯片放入單個封裝，同時讓信號橫向傳送，這樣可以提升封裝的尺寸和性能。最廣泛使用的2.5D封裝方法是通過硅中介層將內(nèi)存和邏輯芯片放入單個封裝。2.5D封裝需要硅通孔 (TSV)、微型凸塊和小間距RDL等核心技術(shù)。

3D 封裝

3D封裝技術(shù)可以將兩種或更多類型的芯片放入單個封裝，同時讓信號縱向傳送。這種技術(shù)適用于更小和I/O計數(shù)更高的半導(dǎo)體芯片。TSV可用于I/O計數(shù)高的芯片，引線鍵合可用于I/O計數(shù)低的芯片，并最終形成芯片垂直排列的信號系統(tǒng)。3D封裝需要的核心技術(shù)包括TSV和微型凸塊技術(shù)。