來源：半導(dǎo)體國際
晶圓級(jí)封裝(WLP)是一項(xiàng)公認(rèn)成熟的工藝，元器件供應(yīng)商正尋求在更多應(yīng)用中使用WLP，而支持WLP的技術(shù)也正快速走向成熟。WLP中一個(gè)關(guān)鍵工藝是晶圓凸起，其技術(shù)發(fā)展已進(jìn)入實(shí)用階段，日趨成熟穩(wěn)定。隨著元件供應(yīng)商(包括功率和光電子器件)正積極轉(zhuǎn)向WLP應(yīng)用，其使用范圍也在不斷擴(kuò)大。
目前有5種成熟的工藝技術(shù)可用于晶圓凸起，每種技術(shù)有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。其中金線柱焊接凸點(diǎn)和電解或化學(xué)鍍金焊接凸點(diǎn)主要用于引腳數(shù)較少的封裝(一般少于40)，應(yīng)用領(lǐng)域包括玻璃覆晶封裝(COG)、軟膜覆晶封裝(COF)和RF模塊。由于這類技術(shù)材料成本高、工序時(shí)間長，因此不適合I/O引腳多的封裝件。另一種技術(shù)是先置放焊球，再對(duì)預(yù)成形的焊球進(jìn)行回流焊處理，這種技術(shù)適用于引腳數(shù)多達(dá)300的封裝件。目前用得最多的兩種晶圓凸起工藝是電解或化學(xué)電鍍焊料，以及使用高精度壓印平臺(tái)的印刷焊膏。
印刷焊膏的優(yōu)點(diǎn)之一是設(shè)備投資少，這使很多晶圓凸起加工制造商都能進(jìn)入該市場，為半導(dǎo)體廠商服務(wù)。隨著
WLP逐漸為商業(yè)市場所接受，全新晶圓凸起專業(yè)加工服務(wù)需求持續(xù)迅速增長。的確，大多數(shù)晶圓凸起加工廠都以印刷功能為首要條件，并提供一項(xiàng)或多項(xiàng)其它技術(shù)。業(yè)界許多人士都認(rèn)為焊膏印刷技術(shù)將主導(dǎo)多數(shù)晶圓凸起應(yīng)用。
實(shí)用工藝開發(fā)
很多新興應(yīng)用(如用于手機(jī)和便攜式設(shè)備的直立式功率MOSFET器件WLP封裝)所需焊凸數(shù)量較少，這類應(yīng)用的關(guān)鍵要求是焊凸必須具有較大的橫截面，以降低無裸片封裝的電阻(DFPR)，因?yàn)槠骷膶?dǎo)通電阻R(DS)on主要來自這種DFPR，它最終會(huì)影響終端產(chǎn)品(如手機(jī)、PDA、媒體播放器或消費(fèi)電子產(chǎn)品及工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療儀器)的效率和電池壽命。采用焊球最大直徑為0.5mm的焊球粘植工藝，可以在焊凸間距允許的前提下，涂敷大體積焊錫以形成最大限度的連接橫截面。
最近，歐洲發(fā)起了一項(xiàng)開發(fā)焊球粘植技術(shù)的計(jì)劃，能使WLP應(yīng)用于直立式功率MOSFET，較之于標(biāo)準(zhǔn)的TO封裝能減小30%的封裝占位面積和90%的DFPR。該計(jì)劃由歐盟提供資助，目標(biāo)是開發(fā)出局域網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中無線便攜式設(shè)備應(yīng)用(即藍(lán)鯨計(jì)劃)的下一代WLP封裝器件，包括實(shí)現(xiàn)高度小型化短程無線聯(lián)網(wǎng)基帶設(shè)備所需的SoC(系統(tǒng)級(jí)芯片)和功率放大器。
WLP技術(shù)已成功用于橫置式器件，但直立式結(jié)構(gòu)占位較小，較適合于移動(dòng)應(yīng)用。實(shí)現(xiàn)直立式WLP功率器件的困難在于，生成焊凸前，需要將背面的連接觸點(diǎn)重新走線，引到晶圓的正面才能完成WLP封裝。重新走線需通過經(jīng)電鍍和填充微小導(dǎo)通孔來實(shí)現(xiàn)，這就要求很薄的晶圓，以達(dá)致合適的縱橫比。如果導(dǎo)通孔直徑為300μm，就得采用厚度150μm的晶圓以維持2：1的縱橫比。
因此，藍(lán)鯨計(jì)劃向焊球粘植工藝提出了兩個(gè)挑戰(zhàn)。其一是必須在采用無鉛焊球和焊凸間距為500μm的情況下達(dá)到高工藝可重復(fù)性和良率；其二是確保能在很薄(厚度為150μm)的晶圓上附著焊球，并且在隨后的回流處理中不會(huì)因晶圓的撓曲而損壞晶圓或破壞焊球的對(duì)位。
為了完成MOSFET功率放大器所需WLP封裝工藝的開發(fā)，藍(lán)鯨計(jì)劃聯(lián)盟的成員DEK和柏林工業(yè)大學(xué)(TUB)開發(fā)出一種焊球粘植工藝，可在直徑為6英寸的晶圓上以500μm的間距粘植直徑為300μm±10μm的焊球。
首先采用680μm厚的晶圓對(duì)工藝進(jìn)行初步驗(yàn)證，之后才在更薄的150μm晶圓上成功實(shí)現(xiàn)焊球粘植。
焊球粘植工藝需要兩臺(tái)排成直線的印刷機(jī)。第一臺(tái)在晶圓焊盤上涂敷助焊劑；第二臺(tái)負(fù)責(zé)置放焊球并完成回流焊處理前的所有工序。
第一臺(tái)機(jī)器裝載晶圓，利用視像識(shí)別系統(tǒng)校準(zhǔn)位置，然后將助焊劑壓印在焊凸下金屬焊盤處。晶圓之后輸送到第二臺(tái)機(jī)器，把壓印了助焊劑的晶圓裝載到機(jī)器上，并對(duì)準(zhǔn)位置使其緊貼鋼板。焊球置放頭然后移到鋼板上面，同時(shí)分離焊球使其形成單層，再稍加正向力量將焊球推入開孔。這個(gè)動(dòng)作能保證焊球與助焊劑緊密接觸，有利于減少焊球在后續(xù)處理中的移動(dòng)。
焊球置放可進(jìn)行多次，以確保所有開孔都被填充。藍(lán)鯨計(jì)劃已確定在每秒10mm的移動(dòng)速度下進(jìn)行兩次置放操作達(dá)致99.9%以上的焊球置放良率。經(jīng)過植球后的晶圓將在機(jī)器的控制下按預(yù)設(shè)的速度往后移，脫離鋼板，并傳送到回流爐中。
在藍(lán)鯨計(jì)劃中，助焊劑采用絲網(wǎng)來涂敷，因此涂敷層可以很薄，每次工藝周期之間還使用了絲網(wǎng)助焊劑清洗技術(shù)。在焊球置放階段需要采用由兩層組成的“混合型”鋼板，以形成間隔，防止開孔被前一次印刷留下的助焊劑污染。鋼板的主體層上含有粘植焊球的通孔，另一層(即隔離層)則接合于鋼板底側(cè)。
專為藍(lán)鯨計(jì)劃而開發(fā)的工藝采用了50μm厚、穿孔直徑為200μm的絲網(wǎng)進(jìn)行助焊劑印刷，外加總厚度為300μm的混合型鋼板用于焊球置放。
除了能夠涂敷大體積焊錫外，焊球粘植工藝的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是所涂敷焊球的體積不會(huì)在回流處理后縮減，這樣可重復(fù)性便會(huì)更高，使到最終完成封裝件的焊凸高度更加均勻。