扇出型晶圓/面板級封裝技術(shù)概述

逍遙設(shè)計(jì)自動化

引言
# b9 p4 u+ ~7 T. T0 Z" l0 L扇出型晶圓/面板級封裝（FOW/PLP）是先進(jìn)的封裝技術(shù)，與傳統(tǒng)封裝方法相比，能夠?qū)崿F(xiàn)更高的I/O密度和更好的電性能。本文概述FOW/PLP技術(shù)，包括關(guān)鍵工藝步驟、應(yīng)用和可靠性考慮因素。
0 H/ p+ K) _2 X$ f
扇出型封裝簡介
扇出型封裝與扇入型晶圓級芯片尺寸封裝（WLCSPs）的不同之處在于它需要在加工過程中使用臨時載體。這允許重布線層（RDLs）延伸到原始芯片邊界之外，從而實(shí)現(xiàn)更高的I/O數(shù)量。

如圖1所示，扇出型封裝的步驟包括：

將已知良好芯片（KGDs）拾取并放置在臨時載體上

用模塑料封裝芯片

在封裝芯片上制作重布線層

貼裝焊球

移除臨時載體并將個別封裝切割分離
8 o. k4 [1 K8 H) |; E[/ol]

" E( Y% M, |: d8 S! z! A1 D
圖1

扇出型封裝的主要優(yōu)勢包括：
2 I0 g7 S' [1 @5 p; H- i" o: I

更高的I/O密度

改善的電性能

更薄的封裝厚度

異質(zhì)集成多個芯片的能力
# E% R: x: L+ ^: _6 i. B
扇出型晶圓級封裝工藝流程
典型的扇出型晶圓級封裝（FOWLP）工藝流程包括以下關(guān)鍵步驟：

晶圓準(zhǔn)備和切割

芯片貼裝到臨時載體

模塑/封裝

載體移除

重布線層制作

焊球貼裝和切割分離

' Z/ U# K" ~2 U& v$ r圖2提供了芯片優(yōu)先、正面朝下FOWLP方法的這些工藝步驟的視覺概覽：
  A% b! _% F2 [9 ~. z
& Y: \% }  ^# J! ~5 v2 ^
圖2

FOWLP加工中的關(guān)鍵考慮因素包括：
* S' x- @, @: ^/ {; @# M

臨時載體選擇（玻璃、硅、金屬）

模塑料性質(zhì)

重布線層制作（線寬/間距、通孔形成）

模塑過程中的芯片位移

翹曲控制

, j9 Q0 q, K/ q% k, ^1 \扇出型面板級封裝
# R$ @/ ]$ @$ w1 J為了進(jìn)一步提高產(chǎn)量并降低成本，扇出型加工可以擴(kuò)展到大型矩形面板而不是圓形晶圓。這被稱為扇出型面板級封裝（FOPLP）。
8 T$ y1 L3 c% [. k5 A& T8 n- C
9 s8 n$ l* ^: m6 p- \圖3展示了508 x 508 mm面板的例子，其中包含1512個扇出型封裝：


4 e) w  {2 c  M  I* _圖3

, P! S) s1 W" r6 z6 C/ t' }8 `5 ZFOPLP的主要優(yōu)勢包括：
! G/ L, Z6 x7 Q! G0 b

更高的產(chǎn)量

更低的每個封裝成本

利用PCB/顯示器制造基礎(chǔ)設(shè)施

然而，像翹曲控制和維持大面板上的均勻性等挑戰(zhàn)必須得到解決。

1 ^5 D3 i$ ~! p( y重布線層制作
扇出型封裝的一個關(guān)鍵方面是細(xì)間距重布線層（RDLs）的制作。這通常涉及：

介電層沉積/圖案化

種子層沉積

光刻膠圖案化

銅電鍍

種子層去除
[/ol]
; W% d% p+ o" b% M圖4顯示了扇出型封裝中10 μm線寬/間距RDLs的掃描電鏡圖像：

6 E, V7 j. p8 G3 W1 G2 d& o
; R' v( H& R1 `5 K. N" e圖4
) Z/ z% L) k2 F& w7 \; q2 K* n1 m先進(jìn)的扇出型封裝可能包含多個RDL層，線寬/間距尺寸可達(dá)到2/2 μm。
5 t! D! n- w# @  ^" X1 P( Y
芯片后置與芯片優(yōu)先方法
3 W$ B' a2 J8 m" W$ V扇出型封裝可以使用芯片優(yōu)先或芯片后置（RDL優(yōu)先）方法實(shí)現(xiàn)：
1.芯片優(yōu)先：

在RDL制作之前將芯片貼裝到載體上

成本更低，產(chǎn)量更高

更容易發(fā)生芯片位移

2.芯片后置：

在芯片貼裝之前在載體上制作RDLs

更好的尺寸控制

成本更高，工藝步驟更多

圖5展示了RDL優(yōu)先FOWLP方法的工藝流程：
. c8 I# D; P$ g4 |' }3 K& |

9 z0 C6 X. y$ I' {) Z" E圖5
* ~5 U" G- V6 u8 r+ Z' p  O
& n: K0 }* }9 Z; n; D6 x5 W7 y0 k芯片優(yōu)先和芯片后置之間的選擇取決于成本、尺寸控制要求和芯片尺寸/間距等因素。

異質(zhì)集成
7 `1 u" V& n' b! ]扇出型封裝的一個主要優(yōu)勢是能夠在單個封裝中集成多種類型的芯片。這使得以下組件的異質(zhì)集成成為可能：
' w7 n3 U7 O8 B) E' t5 P, V  \

邏輯 + 存儲器

模擬 + 數(shù)字

處理器 + 傳感器

圖6展示了一個集成多種芯片尺寸的異質(zhì)扇出型封裝示例：

( m: o; R) f% I& w; v
8 f& i6 e8 x+ M' A5 W圖6

  x8 W0 A2 ~) `3 u8 O在異質(zhì)扇出型設(shè)計(jì)中，必須仔細(xì)考慮芯片放置、RDL布線和熱管理。
2 z6 S& e" I" n* U$ s) ~9 L* B
可靠性考慮
* m8 v. s! k  _6 L" a扇出型封裝的主要可靠性問題包括：

模塑過程中的芯片位移

翹曲

RDL裂紋/剝離

焊點(diǎn)疲勞

濕敏度

9 i: H3 [# Z1 a' `可靠性測試通常包括：

溫度循環(huán)

跌落/沖擊測試

濕敏等級（MSL）測試

, P! m5 \$ i5 Y1 {  o3 `圖7展示了溫度循環(huán)后扇出型封裝中的焊點(diǎn)裂紋示例：
. t" k6 M3 M6 W& @0 F. K* ?3 Y

圖7
' o, B0 m# X- z3 H. @) E
1 ]5 Z! n0 O7 L% A有限元建模通常用于分析應(yīng)力和預(yù)測可靠性，如圖8所示：


  q0 e6 p! a; k) N# a  t4 L' k圖8
0 x8 q1 }% {& I$ ?# ~" n6 m( Y
8 h8 u# O5 G) m% W; d/ x# e% S新興應(yīng)用：Mini-LED顯示器
6 H5 X" L$ W  N3 ]2 `扇出型封裝的一個新興應(yīng)用是在mini-LED顯示器中。扇出型封裝允許超細(xì)間距集成mini-LED陣列。

圖9展示了使用扇出型技術(shù)封裝的mini-LED陣列示例：
; F8 `5 L( n; H, R9 X( ]5 ~( V/ T

6 N0 _/ f8 p( M) l圖9
& f2 l/ J5 \0 X3 ]* D9 N9 H
, s) a! i3 }$ S3 r- g2 @mini-LED封裝的主要優(yōu)勢包括：
# [7 j0 W: ?& ^& _

超細(xì)間距能力（

改善的熱性能

更低的封裝厚度

) c& K+ A- n. _圖10展示了集成在扇出型封裝中并安裝在PCB上的mini-LEDs的橫截面：

# g" |( J: c5 I# t* Z% F, J
. L6 W( b; X1 P: A- P圖10
0 A* K: p6 X; e6 l% C2 u
總結(jié)
扇出型晶圓/面板級封裝與傳統(tǒng)封裝相比，能夠?qū)崿F(xiàn)更高的I/O密度、改善的性能和異質(zhì)集成。主要方面包括：
1 O  Y6 K( |0 j- U! h

使用臨時載體

RDL制作

芯片優(yōu)先與芯片后置方法

擴(kuò)展到面板級以提高產(chǎn)量

可靠性考慮

3 R+ u$ i8 {7 Z0 G像mini-LED顯示器這樣的新興應(yīng)用展示了扇出型封裝對下一代電子產(chǎn)品的優(yōu)勢。隨著傳統(tǒng)封裝的縮放達(dá)到極限，預(yù)計(jì)扇出型技術(shù)將在先進(jìn)電子系統(tǒng)中發(fā)揮越來越重要的作用。

參考文獻(xiàn)
[1] J. H. Lau, "Fan-Out Wafer/Panel-Level Packaging," in Semiconductor Advanced Packaging. Singapore: Springer Nature Singapore Pte Ltd., 2021, ch. 4, pp. 147-228.

* g9 g+ C- F' K- END -

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