扇出型晶圓/面板級封裝技術概述

逍遙設計自動化

引言
0 R( g  i& j4 H$ G3 b  `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。

5 Q; p9 C: S" A& L7 A) W% |8 T6 I5 x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。
. V+ F* ~9 v5 L4 b. {1 F# }
; J3 D' |" N  K; z$ p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
7 J$ e1 T, k/ U+ Q( |1 N) U[/ol]


圖1

扇出型封裝的主要優(yōu)勢包括：
: d. {9 U% @5 ]

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
/ d3 L+ a4 C4 Q$ b* w+ A: Z
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
# l7 t4 H. T* @6 |
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：
+ x* `8 s" L* m" y% ~+ o

$ N8 K/ P2 I+ z0 }圖2
, x: I2 V' v$ B! F
- j  ~9 |( Z8 X5 p5 x+ S0 U5 o+ hFOWLP加工中的關鍵考慮因素包括：
7 @$ H" c9 y  c; l& w7 C% |

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 ^* p7 y% k1 ~, [0 ]扇出型面板級封裝
為了進一步提高產(chǎn)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）。

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：
9 q. ]4 T5 B" i* r' |7 [, Z) m

- I  P: K. l* f! ~! x2 F& E圖3

: z( k5 b: F  U4 D& P* y, d' jFOPLP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/顯示器制造基礎設施

, C; E" \9 w9 [5 y4 q- {8 H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。
# t' p$ M$ S  F7 C6 I
& C( m6 P! I' }/ s7 k5 S8 W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
. ^7 `) D4 Q- u8 p! v[/ol]
4 p+ D6 q- `/ d& b# a; z' i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：
9 O' E: {6 X0 X, e
2 o9 q3 A- S6 ~2 t0 k1 u
3 E: S1 b1 h/ @/ {0 A+ p0 u  M5 A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。
) A0 o. {+ M- F4 t
芯片后置與芯片優(yōu)先方法
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)：
. {- f3 l- }8 o- R/ e* `; Q% r- H1.芯片優(yōu)先：
+ }4 G- U- _! U& M0 S* \

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
  Z$ T( h1 V, X0 q- z" h( r9 R
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
! o6 ~" g  k3 o3 z  O& t9 ^
圖5展示了RDL優(yōu)先FOWLP方法的工藝流程：

/ E; C# ?  {. @3 ]$ w" T( x( _1 s
圖5

$ \0 l/ e( c0 {2 [1 N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。

8 _0 j, h( p9 E- B. D: t$ K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：
, y% ^) P2 ~, F- x

邏輯 + 存儲器

模擬 + 數(shù)字

處理器 + 傳感器
* U. h! c9 q8 Z- ]& {& Z
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：


3 ?* A0 A8 M8 A圖6

5 o* @$ x* G9 I3 R: i  O2 T6 \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。

. _4 Y. o1 z1 f/ m可靠性考慮
. T! U) S7 k* {9 I扇出型封裝的主要可靠性問題包括：
2 P; U4 _7 D- R) C+ D9 q0 {4 \

模塑過程中的芯片位移

翹曲

RDL裂紋/剝離

焊點疲勞

濕敏度

可靠性測試通常包括：
" u# b- e! p0 y1 A$ _4 D

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：


圖7

有限元建模通常用于分析應力和預測可靠性，如圖8所示：

) l  j# R9 P; l( x2 h
圖8
7 R0 M. @& f* h+ @
' b: J3 Q0 c" i& g7 A新興應用：Mini-LED顯示器
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。

圖9展示了使用扇出型技術封裝的mini-LED陣列示例：

: |1 f+ S4 |" V7 {& \3 i
# m0 V9 v: g+ r8 F& C圖9

mini-LED封裝的主要優(yōu)勢包括：
6 |- N% W! y& g+ U# U* X+ O% B

超細間距能力（

改善的熱性能

更低的封裝厚度

& w( B2 c( l: A( L- X) ^. {, E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：


圖10
* u+ n) ]8 X, h( w7 |5 c
總結
  g5 |0 N- ]5 b& m1 n; e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：
7 I9 H* O+ `- Z. E

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(chǎn)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(chǎn)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。
$ D# S; {2 z. s  [+ V
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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