扇出型晶圓/面板級封裝技術概述

逍遙設計自動化

引言
( B4 t* n$ f/ @扇出型晶圓/面板級封裝（FOW/PLP）是先進的封裝技術，與傳統(tǒng)封裝方法相比，能夠實現(xiàn)更高的I/O密度和更好的電性能。本文概述FOW/PLP技術，包括關鍵工藝步驟、應用和可靠性考慮因素。

扇出型封裝簡介
# a. @$ d. k2 n) I! C& ~5 X/ C. M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數量。
  @1 `% [+ L( C( W- M
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]

  y/ F3 d) s. @. \9 u" E
圖1

; |9 i1 P; {0 ~% i2 b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

異質集成多個芯片的能力

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鍵步驟：

晶圓準備和切割

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

1 Z  d8 H; r# \* s' ]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：

, s9 h( O9 h$ e, J" v3 m# V
; a: Q' o( {$ S圖2

FOWLP加工中的關鍵考慮因素包括：
6 z4 A( q% K4 B9 y: m8 g/ |; u$ i

臨時載體選擇（玻璃、硅、金屬）

模塑料性質

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

3 C, A$ z% \7 O# w: _扇出型面板級封裝
為了進一步提高產量并降低成本，扇出型加工可以擴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）。
/ i& b. |6 U3 h8 i
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：


圖3
$ y6 H; g" q5 a" u7 T" h
* p- H& e, K, S' b1 F) zFOPLP的主要優(yōu)勢包括：

更高的產量

更低的每個封裝成本

利用PCB/顯示器制造基礎設施
+ E" k$ H" H- {, |2 N
) }1 R, ^( c. T6 g7 K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。
! D5 `, o& A# |' l
0 m7 Z. x9 G# k' i% \重布線層制作
扇出型封裝的一個關鍵方面是細間距重布線層（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]
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：


- S; K9 N0 d/ D, X% F$ P圖4
先進的扇出型封裝可能包含多個RDL層，線寬/間距尺寸可達到2/2 μm。

% v7 I+ k$ t8 M2 g芯片后置與芯片優(yōu)先方法
( u  E* z) s  e4 T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
$ V3 p& C( U) x5 V6 p
5 H" p1 n1 E6 }/ h* C" }: F; f圖5展示了RDL優(yōu)先FOWLP方法的工藝流程：

9 |) [7 l- S: t: z7 S
圖5

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。

  N3 h* F4 [7 _# {; U3 w6 j異質集成
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集成成為可能：
2 {! M  K2 W+ y6 d! @

邏輯 + 存儲器

模擬 + 數字

處理器 + 傳感器

圖6展示了一個集成多種芯片尺寸的異質扇出型封裝示例：
, {. o; i" \3 `# q5 j' h0 d6 W4 `
6 x' v( U5 Z6 }" Z3 l1 r1 B8 b
2 X; `5 p, w  X1 V圖6
0 y% _! q1 k4 O$ X6 B! w+ \
3 V9 c: r  M6 D  }, r0 [0 f在異質扇出型設計中，必須仔細考慮芯片放置、RDL布線和熱管理。
- P. ?+ t3 e6 K2 w/ a
: p8 o, v3 P' U! W3 Q6 P( x可靠性考慮
扇出型封裝的主要可靠性問題包括：
* K5 o  j0 z. @3 l- S+ _( p

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 J1 ?0 t/ s  H: H) O1 K可靠性測試通常包括：
" q, {$ G9 t8 V+ K7 N

溫度循環(huán)

跌落/沖擊測試

濕敏等級（MSL）測試

圖7展示了溫度循環(huán)后扇出型封裝中的焊點裂紋示例：

1 P0 W- U/ ?8 t* c( M
, j. ^% [  D" Y# i+ i3 w圖7
7 {4 L# A6 G( B
有限元建模通常用于分析應力和預測可靠性，如圖8所示：

* J" k( ^% n7 g/ u' Q  l+ C. g8 _
4 q3 O+ J& s4 R圖8
4 ?7 }1 V6 y2 ^7 Q" S
新興應用：Mini-LED顯示器
& C1 G' ?" x: t+ Z# d扇出型封裝的一個新興應用是在mini-LED顯示器中。扇出型封裝允許超細間距集成mini-LED陣列。

5 c+ p) n0 A+ R$ h) w$ m圖9展示了使用扇出型技術封裝的mini-LED陣列示例：
9 z# h3 z& o% \) [2 j% O' a
8 ^  @9 ?4 R) E
6 R, z& j9 [6 D. D, N6 g圖9
# J  ]% b: V6 y' y: u/ C" ]4 ~- R
mini-LED封裝的主要優(yōu)勢包括：
! z0 p5 v, C+ n; X* ]$ t! P

超細間距能力（

改善的熱性能

更低的封裝厚度

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：
1 n2 Q9 V7 G* h7 ?/ ?
+ p0 I  e( h1 k& N
圖10
. d, V' A* C- P4 K% B
總結
扇出型晶圓/面板級封裝與傳統(tǒng)封裝相比，能夠實現(xiàn)更高的I/O密度、改善的性能和異質集成。主要方面包括：
0 r& H& U! L, k* @  H

使用臨時載體

RDL制作

芯片優(yōu)先與芯片后置方法

擴展到面板級以提高產量

可靠性考慮

像mini-LED顯示器這樣的新興應用展示了扇出型封裝對下一代電子產品的優(yōu)勢。隨著傳統(tǒng)封裝的縮放達到極限，預計扇出型技術將在先進電子系統(tǒng)中發(fā)揮越來越重要的作用。
# a! T4 e- l# H( X' F* A. W& h
參考文獻
[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.
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