扇出型晶圓/面板級封裝技術(shù)概述

逍遙設(shè)計自動化

引言
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。
. {9 a  ?/ _  b+ ~6 J6 m# B
/ t; S$ ]! Z! i; v! Z( h- Q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，從而實現(xiàn)更高的I/O數(shù)量。

" ^) |5 H; M' b! s" @7 v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
[/ol]

$ T1 S. I2 }+ y: Z
8 f; v' J8 {9 K+ p圖1
, i: ]7 `. @2 o2 ]4 N
扇出型封裝的主要優(yōu)勢包括：

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
$ D5 z. o* ^5 I0 j
' S; i4 d" F. U. F1 Q扇出型晶圓級封裝工藝流程
( N+ X# z# |& Q2 r" @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

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：


圖2

FOWLP加工中的關(guān)鍵考慮因素包括：
: r' X5 v+ x5 H

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

" D0 v. a) `: [% O/ }6 }  O扇出型面板級封裝
4 w3 X2 F; m+ W' S. W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）。
& b6 G9 J+ s2 i  w" m( n
$ q, L3 x+ r- q( {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：
' a: }; N& m6 L$ C' M& Z3 H8 @
0 _) [* `7 [# p: l
圖3

FOPLP的主要優(yōu)勢包括：

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
7 O1 O8 B* G4 }6 F9 k( Z8 W3 h2 r" a+ F
- [: Q6 e: t/ |" g; p, ^" B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。

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
; [$ D7 i" y; h$ d+ ]- y[/ol]
' w: s6 D2 x" ^. C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：
& {, B* W/ k  d9 f5 i( ?- x+ D

2 n8 Z: S9 \. J圖4
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。
7 n4 K  {4 V9 }0 H" M
' [; ~1 i6 T' q" O6 s芯片后置與芯片優(yōu)先方法
. Y; p. X7 X# [! c+ n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
, @8 |$ g# H( p$ }1 N1 G
2 {; G" D! F+ }/ M: C2.芯片后置：
. j9 R+ q! q& Q: o

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
, U  P7 ^' a" }0 f5 i; ?2 d
圖5展示了RDL優(yōu)先FOWLP方法的工藝流程：


圖5

- f: G% k+ `8 L- M( \% P  i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
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：
$ G) b4 J5 H* T' O8 ~

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：


: `4 r3 \; R6 i2 E# A* O! m' p* u圖6
. E, C  r6 ]1 A. f* \! I
在異質(zhì)扇出型設(shè)計中，必須仔細(xì)考慮芯片放置、RDL布線和熱管理。
$ b  U6 A% A: x: c3 G1 u% n- g( s
- m, d* a4 ]0 U+ e) }可靠性考慮
扇出型封裝的主要可靠性問題包括：
1 H: z1 Y" A! K3 ~4 y* |8 L9 E

模塑過程中的芯片位移

翹曲

RDL裂紋/剝離

焊點疲勞

濕敏度
5 B7 `% G+ d& b8 ?- Y: p+ t& r# e
可靠性測試通常包括：
/ _8 r( b6 _! y" |/ n4 ?

溫度循環(huán)

跌落/沖擊測試

濕敏等級（MSL）測試
2 z2 P' G' c' l
圖7展示了溫度循環(huán)后扇出型封裝中的焊點裂紋示例：


圖7
! g. |8 W. M$ x
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：
# b- r& O/ X# C4 f
. H- r: Y' S7 _/ O  j. T
圖8

新興應(yīng)用：Mini-LED顯示器
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。

" m8 R" z; d3 v1 |; `- ~8 @, j圖9展示了使用扇出型技術(shù)封裝的mini-LED陣列示例：


圖9

mini-LED封裝的主要優(yōu)勢包括：

超細(xì)間距能力（

改善的熱性能

更低的封裝厚度
0 ^. m4 x5 T7 V6 n/ A0 G
& @* g( S9 F: w3 W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：


" U" z7 ?, f+ n! G7 O# H圖10

5 @( E+ O8 V$ J6 K( P總結(jié)
  o0 c: g, n, t8 l* ^( Q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：

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

, k4 \5 e, v( I2 X# v4 T: B' Q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。
; l: h' Y0 ]7 h
參考文獻(xiàn)
+ W$ {; E2 n& T+ E. K[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.

# _1 W6 C! L* ?. P/ h7 Q& r- END -

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