扇出型晶圆级封装芯片偏移问题的研究
先进封装案例
先进封装案例随着科技的快速发展，集成电路（IC）的集成度和性能要求越来越高，传统的封装技术已经无法满足这些需求。
因此，先进封装技术应运而生，并成为当前集成电路领域的研究热点。
本文将介绍一些先进的封装案例，包括芯片堆叠技术、2.5D/3D集成、扇出型封装、晶圆级封装、集成无源器件、异构集成、高频电子、先进热管理、可靠性验证和先进材料应用。
一、芯片堆叠技术芯片堆叠技术是一种将多个芯片垂直堆叠在一起，实现三维集成的技术。
这种技术可以提高集成度、减小体积、降低成本，同时还可以提高信号传输速度和降低功耗。
例如，苹果公司的iPhone X采用了芯片堆叠技术，将多个芯片垂直堆叠在一起，实现了高性能的摄像头和处理器。
二、2.5D/3D集成2.5D/3D集成是一种将多个芯片通过硅中介层或直接在晶圆上集成在一起的技术。
这种技术可以实现更高密度的集成，提高芯片间的互连速度和降低功耗。
例如，AMD的Ryzen处理器采用了2.5D集成技术，将多个芯片集成在一起，实现了高性能的处理器。
三、扇出型封装扇出型封装是一种将芯片从传统的封装形式中解放出来的技术。
这种技术可以实现更高的集成度和更小的体积，同时还可以提高散热性能和降低成本。
例如，台积电的7纳米工艺采用了扇出型封装技术，实现了高性能的处理器和存储器。
四、晶圆级封装晶圆级封装是一种将多个芯片直接在晶圆上集成在一起的技术。
这种技术可以实现更高的集成度和更小的体积，同时还可以提高生产效率和降低成本。
例如，华为的Mate 20采用了晶圆级封装技术，实现了高性能的摄像头和处理器。
五、集成无源器件集成无源器件是指在芯片上集成的无源元件，如电阻、电容和电感等。
这种技术可以减小电路板的体积和重量，提高电路的性能和可靠性。
例如，德州仪器的MAX10系列微控制器采用了集成无源器件技术，实现了高性能的数字信号处理和控制器。
六、异构集成异构集成是指将不同类型的芯片或组件集成在一起的技术。
这种技术可以实现更高的性能和更小的体积，同时还可以提高生产效率和降低成本。
晶圆级封装: 热机械失效模式和挑战及整改建议
晶圆级封装: 热机械失效模式和挑战及整改建议2022/4/23WLCSP(Wafer Level Chip Scale Packaging，晶圆级封装)的设计意图是降低芯片制造成本，实现引脚数量少且性能出色的芯片。
晶圆级封装方案是直接将裸片直接焊接在主板上。
本文旨在于介绍这种新封装技术的特异性，探讨最常见的热机械失效问题，并提出相应的控制方案和改进方法。
晶圆级封装技术虽然有优势，但是存在特殊的热机械失效问题。
很多实验研究发现，钝化层或底层破裂、湿气渗透和/或裸片边缘离层是晶圆级封装常见的热机械失效模式。
此外，裸片边缘是一个特别敏感的区域，我们必须给予更多的关注。
事实上，扇入型封装裸片是暴露于空气中的（裸片周围没有模压复合物覆盖），容易被化学物质污染或发生破裂现象。
所涉及的原因很多，例如晶圆切割工序未经优化，密封环结构缺陷(密封环是指裸片四周的金属花纹，起到机械和化学防护作用)。
此外，由于焊球非常靠近钝化层，焊球工序与线路后端栈可能会相互影响。
本文采用FEM(Finite Element Method，有限元法)方法分析应力，重点放在扇入型封装上。
我们给出了典型的应力区域。
为降低机械失效的风险，我们还简要介绍了晶圆级封装的特异性。
在描述完机械失效后，我们还对裸片和钝化边缘进行了全面的分析。
分析结果显示，钝化边缘产生最大应力，这对沉积策略(直接或锥体沉积方法)和边缘位置提出了要求。
此外，研究结果还显示，必须降低残余应力，并提高BEoL(线路后端)的钝化层厚度。
1. 前言和背景晶圆级封装的设计意图是降低芯片制造成本，实现引脚数量少且性能出色的芯片。
晶圆级封装方案是直接将裸片直接焊接在主板上。
双层电介质、RDL(ReDistribution Layer, 重新布线层)、UBM (可焊接薄层，用于焊球底部金属化)和焊球都位于标准BEoL栈之上。
因此，这些层级扩展了传统晶片制程(多层沉积薄膜配合光刻工艺)范围。
晶圆级扇出型封装工艺详解
扇出型晶圆级封装技术采取在芯片尺寸以外的区域做I/O接点的布线设计，提高I/O接点数量。
采用RDL工艺让芯片可以使用的布线区域增加，充分利用到芯片的有效面积，达到降低成本的目的。
扇出型封装技术完成芯片锡球连接后，不需要使用封装载板便可直接焊接在印刷线路板上，这样可以缩短信号传输距离，提高电学性能。
扇出型晶圆级封装技术的优势在于能够利用高密度布线制造工艺，形成功率损耗更低、功能性更强的芯片封装结构，让系统级封装（System in a Package, SiP）和3D芯片封装更愿意采用扇出型晶圆级封装工艺。
第一代FOWLP技术是由德国英飞凌（Infineon）开发的嵌入式晶圆级球栅阵列（Embedded Wafer Level Ball Grid Array, eWLB）技术（见图1），随后出现了台积电（TSMC）的整合式扇出型晶圆级封装（Integrated Fan-Out Package, InFO）技术和飞思卡尔（Freescale）的重分布芯片封装（Redistributed Chip Package, RCP）技术等。
由于其成本相对较低，功能性强大，所以逐步被市场接受，例如苹果公司（Apple）已经在A12处理器采用扇出型封装进行量产。
同时其不仅在无线领域发展迅速，现在也正渗透进汽车和医疗应用，相信未来我们生活中的大部分设备都会采用扇出型晶圆级封装工艺。
图1 英飞凌eWLB工艺技术示例图传统的封装技术如倒装封装、引线键合等，其信号互连线的形式包括引线、通孔、锡球等复杂的互连结构。
这些复杂的互连结构会影响芯片信号传输的性能。
在扇出型封装中（见图2），根据重布线的工序顺序，主要分为先芯片（Chip first）和后芯片（Chip last）两种工艺，根据芯片的放置方式，主要分为面朝上（Face up）和面朝下（Face down）两种工艺，综合上述四种工艺，封装厂根据操作的便利性，综合出以下三种组合工艺，分别是面朝上的先芯片处理（Chip first-face up）、面朝下的先芯片处理（Chip first-face down）和面朝下的后芯片处理（Chip last-face down）。
扇出型晶圆级封装技术国内外对比
扇出型晶圆级封装技术国内外对比
扇出型晶圆级封装技术（Fan-Out Wafer Level Packaging，FOWLP）是一种先进的封装技术，它将多个芯片集成在一个封装体内，以提高系统的性能和可靠性。
这种技术特别适用于便携式消费电子领域，如智能手机、平板电脑等。
在国内外对比方面，扇出型晶圆级封装技术的发展都呈现出蓬勃的态势。
国内方面，随着半导体产业的快速发展，一些企业如中芯长电、盛合晶微等已经开始投入研发和生产扇出型晶圆级封装技术。
其中，盛合晶微在2022年8月份正式投产了RDL重布线扇出型晶圆级封装产线，这标志着在国内率先成功实现以晶圆级扇出封装代替传统的基板封装。
与此同时，国外在扇出型晶圆级封装技术方面也取得了显著的进展。
例如，Amkor和日月光（ASE）等封测代工厂已经能够提供封装尺寸为1×1mm～12×12mm的扇出封装技术，并正在研发更大尺寸的封装技术。
此外，一些国际知名的半导体企业如英飞凌（Infineon）、高通等也在积极投入研发和生产扇出型晶圆级封装技术。
在技术方面，国内外都面临着一些挑战。
例如，封装厚度的减薄、异质材料间热膨胀系数（CTE）失配导致的晶圆翘曲（Warpage）、加热冷却、晶圆模塑化合物膨胀收缩导致芯片偏移（Die shift）以及多道制程累积的残余应力导致材料间界面分层甚至破裂等问题都需要解决。
此外，焊点实现芯片和PCB板互连是整个封装结构中最关键、薄弱的地方，也是技术研发的重点之一。
总体来说，国内外在扇出型晶圆级封装技术方面都取得了显著的进展，但仍需要不断研发和创新来克服技术挑战和提高封装性能。
扇出型封装发展面临的难题
扇出型封装发展面临的难题据麦姆斯咨询报道，先进封装技术已进入大量移动应用市场，但亟需更高端的设备和更低成本的工艺制程。
更高密度的扇出型封装正朝着具有更精细布线层的复杂结构发展，所有这些都需要更强大的光刻设备和其它制造设备。
最新的高密度扇出型封装技术正在突破1µm线宽/间距（line/space）限制，这被认为是行业中的里程碑。
拥有这些关键尺寸（critical dimension，CD），扇出型技术将提供更好的性能，但是要达到并突破1µm的壁垒，还面临着制造和成本的挑战。
此外，目前还只有少数客户需要这样先进的封装技术。
尽管如此，扇出型封装在众多市场上正变得越来越受欢迎。
“移动设备仍然是低密度和高密度扇出型封装的主要增长驱动力。
”日月光（ASE）高级工程总监John Hunt表示，“随着我们一级和二级的扇出技术获得认证，汽车行业将开始加速发展。
高端市场的服务器应用也在增长。
”重布线层（Redistribution Layer，RDL）是扇出型封装的关键部分。
RDL是在晶圆表面沉积金属层和介质层并形成相应的金属布线图形，来对芯片的I/O端口进行重新布局，将其布置到新的、节距占位可更为宽松的区域。
RDL采用线宽（line）和间距（space）来度量，线宽和间距分别是指金属布线的宽度和它们之间的距离。
图1：重布线层扇出型技术可分成两类：低密度和高密度。
低密度扇出型封装由大于8μm的line/space （8-8μm）的RDL组成。
高密度扇出型封装有多层RDL，CD在8-8μm及以下，主要应用于服务器和智能手机。
一般来说，5-5μm是主流的高密度技术，1-1μm及以下目前还在研发中。
“就设计规则的激进程度而言，目前仍然有各种各样的扇出型技术。
很多产品都受到外形尺寸、性能以及成本等因素的影响。
”Veeco全球光刻应用副总裁Warren Flack说道，“具。
扇出型晶圆级封装
从扇出型晶圆级封装谈未来芯片发展趋势
扇出型晶圆级封装（wafer-level fan-out packaging，简称WLP）是一种颇具应用前景的新型封装技术，相比传统封装技术，它具有更
高的集成度、更小的封装尺寸和更多的IO接口。
这使得WLP技术在5G、人工智能、物联网等领域发挥出越来越重要的作用。
未来，随着芯片制造工艺的逐渐提高，芯片封装技术也将不断迭
代升级。
扇出型晶圆级封装有望成为下一代芯片封装技术的主流，而
且在过渡期间依然会被广泛应用。
未来的芯片封装市场将呈现出多元化、集成化、模块化和智能化的特点。
未来芯片封装技术的发展方向，包括以下几个方面：首先是基于
扇出型晶圆级封装的超高密度封装技术，能够在小尺寸封装中实现更
高的集成度和更多的IO接口；其次是通过3D封装技术实现芯片排列
方式的变化，从而实现更高的性能和更低的功耗；最后是智能化模块
化封装技术，实现与外部连接器相比更小的占用面积和更低的功耗。
总的来说，未来芯片封装技术将会发展成为更加领先和卓越的技术，更好地满足现代科技应用的需求，扇出型晶圆级封装是其中不容
忽视的重要一环。
封装扇出型晶圆级封装
封装扇出型晶圆级封装
封装扇出型晶圆级封装是一种新型的封装技术，它是将多个芯片封装在同一晶圆上，通过扇出线连接到外部引脚，从而实现高密度、高性能的集成电路封装。
这种封装技术在现代电子产品中得到了广泛应用，特别是在移动设备、计算机、通信设备等领域。
封装扇出型晶圆级封装的优点在于其高度集成、高性能、低功耗、小尺寸等特点。
它可以将多个芯片封装在同一晶圆上，从而实现高度集成，减少了电路板的数量和尺寸，提高了系统的可靠性和稳定性。
同时，扇出型晶圆级封装还可以通过优化电路设计和布局，实现低功耗和高性能的要求，从而满足现代电子产品对高性能和低功耗的需求。
封装扇出型晶圆级封装的制造过程也非常复杂，需要先进行芯片的制造和测试，然后将芯片粘贴在晶圆上，并通过微影技术进行线路的制造和连接。
最后，通过切割和封装等工艺，将晶圆切割成单个芯片，并封装成最终的产品。
这种制造过程需要高度的技术和设备支持，因此，封装扇出型晶圆级封装的成本也比较高。
封装扇出型晶圆级封装是一种非常先进的封装技术，它可以实现高度集成、高性能、低功耗、小尺寸等特点，满足现代电子产品对高性能和低功耗的需求。
虽然其制造成本较高，但随着技术的不断进步和成本的降低，封装扇出型晶圆级封装将会得到更广泛的应用。
扇出型晶圆级封装专利技术综述
扇出型晶圆级封装专利技术综述作者：贾枫来源：《科学与财富》2019年第28期一、扇出型晶圆级封装技术概述扇出型（Fan-out）封装和扇入型封装是一组相对的概念。
传统的晶圆级尺寸封装是一种扇入型结构，封装尺寸和芯片尺寸一致，虽然能大幅降低封装后的芯片尺寸，但是在单颗芯片上的植球数量受限，因此，该晶圆封装形式难以应用于高I/O端口数的通讯芯片上。
而扇出型晶圆级封装技术则大大改进了扇入型封装方式的弊端。
所谓的扇出，是指焊球的布局并不局限于芯片表面积，这表示在焊球间距不变时，通过增加可用于设置球焊点的面积，扇出型封装可以提供更多I/O数量。
此外，扇出结构还具有另外两个特点，一是在塑封材料中埋设芯片，而不是在层状基板中，二是重布线层不是设置在基板上的。
除了可以显著提高I/O数量外，扇出结构还可以得到更小的封装尺寸、更好的电学热学性能和更高的封装密度。
二、扇出型晶圆级封装技术的发展演进图1展示了扇出型晶圆级封装的发展脉络。
本文将本领域专利文献主要分文三类，第一类主要涉及新的器件结构，第二类主要涉及工艺步骤的优化，第三类则主要涉及解决本领域的重要技术问题。
本文将结合专利文献对其中的技术问题分支进行重点分析。
塑封材料具有较其他半导体载体材料更大的膨胀系数。
在扇出型封装结构中，使用塑封材料替代载体载体后，封装结构中的热膨胀差异变得尤为突出。
伴随塑封材料的固化，晶片发生翘曲。
翘曲将会在后续步骤中造成对准难，沉积均匀性差，再布线层与晶片接触不良等诸多问题。
因此，翘曲成为该领域最需要解决的技术问题，图3示出了几种典型的解决方案。
1）通过设置应力消除层新科金朋在其专利US2014/0246779中公开了一项通过设置应力消除层缓解翘曲问题的专利。
其中设置有一绝缘层136，绝缘层136覆盖在绝缘层134上。
该绝缘材料层的厚度为2-30微米，在室温下具有大于100MPa的抗张强度和20%-150%的延伸率。
在后续的重布线工艺中，绝缘层136可保护管芯124的有源面130以及导电层132，减小破裂、翘曲及其他伤害。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
扇出型晶圆级封装芯片偏移问题的研究
扇出型晶圆级封装(fan-out wafer level package,FOWLP),具有芯片单元稳定,集成度高,可靠性强,机械保护好,封装面积更大,性价比更高,已经成为当前IC芯片封装的主流技术。
尽管基于FOWLP技术制作的产品,诸如处理器,传感器,通信模块等在IC市场中占据了重要地位,但该技术依旧面临的许多挑战,比如线路图案和通孔的精度问题、连接方式的选择、3D封装的实现以及不同封装工艺的选择等。
本文首先回顾了扇出型封装的发展现状。
通过对市售电子封装产品进行解剖,分析了当前四种主要封装工艺及其封装产品的不足之处。
以解决芯片偏移问题为目标,针对与其密切相关的芯片重布、塑封和再布线等技术开展研究。
采用ANSYS有限元分析软件,对芯片偏移和翘曲问题进行建模实体建模、网格划分以及施加载荷的方式完成产品的总体模型,并对热膨胀产生的偏移量以及单个网格的翘曲度进行了计算,最后通过仿真的方式得出产生芯片偏移的主要原因。
在此基础上,结合现有工艺条件,提出了对芯片边缘阻挡的双面胶膜形状进行改进的方案。
在此基础上进一步通过实验验证了该方案的可行性。
最后对封装产品进行测试,从外观检测,焊球强度检测,以及整体的电性能和热性能多个角度进行检测。
结果表明,改进后的封装工艺方案是稳定可靠的,总体可以实现芯片的偏移量低于5um,总体翘曲度低于3%,外观检测指标,焊球的质量以及电性能均符合要求,产品总良率高于80%,与现有技术和工艺流程比较,该方案能够较好地解决芯片偏移问题,验证了改进后以及工艺可行性。