WLCSP晶圆级芯片封装技术

关键字：晶圆级芯片封装技术、扇入、扇出

1.   概述

WLCSP（Wafer Level Chip Scale Packaging）即晶圆级芯片封装方式，是一种以BGA技术为基础，又经过改进的CSP先进电子封装技术。其主要特点是封装与测试均直接在晶圆切割前完成。根据引线方式不同，又将其分为扇入式（Fan-In WLP/WLCSP）、扇出式（Fan-Out WLP/FOWLP）。与传统封装技术相比，晶圆级封装的成本更低、散热性更好、体积更小。除此之外，晶圆级封装的另一个优点是作业过程采用批次性处理方式，晶圆尺寸越大时，芯片封装的效率就越高，封装成本也就越低。

封装流程对比（图片来源：屹立芯创）

2.   WLCSP技术的两种类型

WLCSP有两种类型：“扇入式”（Fan-In）和“扇出式”（Fan-Out）。传统扇入WLCSP在晶圆未切割时就已经形成。在裸片上，最终的封装器件的二维平面尺寸与芯片本身尺寸相同。器件完成封装后可以实现器件的单一化分离。因此，扇入式WLCSP是一种独特的封装形式，并具有真正裸片尺寸的显著特点。具有扇入设计的WLCSP通常用于低输入/输出（I/O）数量（一般小于400）和较小裸片尺寸的工艺当中。

随着封装技术的发展，逐渐出现了扇出式WLCSP。扇出WLCSP初始用于将独立的裸片重新组装或重新配置到晶圆工艺中，并以此为基础，通过批量处理、构建和金属化结构，如传统的扇入式WLCSP后端处理，以形成最终封装。由于Fan-Out的Bump可以长到Die外面，封装后IC也较die的面积大（1.2倍最大）。

扇出式WLCSP可根据工艺过程分为芯片先上（Die First）和芯片后上（Die Last）。芯片先上工艺，简单地说就是把芯片放上，再做布线（RDL）；芯片后上就是先做布线，测试合格的单元再把芯片放上去，芯片后上工艺的优点是可以提高合格芯片的利用率已提高良品率，但工艺相对复杂。

（图片来源：今日半导体）

3.   WLCSP技术的优点

      高传输速度。与传统金属引线产品相比，WLCSP一般有较短的连接线路，在高效能如高频下，会有较好的表现。

      高密度连接。WLCSP可运用数组式连接，芯片和电路板之间的连接不限制于芯片四周，提高单位面积的连接密度。

      生产周期短。WLCSP在芯片制造、封装、成品的整个过程中，中间环节大大减少，生产效率很高，周期缩短很多。

      工艺成本低。WLCSP是在硅片层面上完成封装测试的，以批量化的生成方式达到成本最小化的目标。WLCSP的成本取决于每个硅片上合格芯片的数量，芯片设计尺寸减小和硅片尺寸增大的发展趋势使得单个器件封装的成本相应地减少。而且WLCSP可充分利用晶圆制造设备，生产设施费用低。

4.    WLCSP技术的发展趋势

随着电子产品不断升级换代，智能手机、5G、AI等新兴市场对封装技术提出了更高要求，使得封装技术朝着高维度、超细节距互连等方向发展。晶圆级封装技术可以减小芯片尺寸、布线长度、焊球间距等，因此可以提高集成电路的集成度、处理器的速度等，降低功耗，提高可靠性，顺应了电子产品日益轻薄短小、低成本的发展需求。

晶圆级封装技术要不断降低成本，提高可靠性水平，扩大在大型IC方面的应用：

      通过减少WLCSP的层数降低工艺成本，缩短工艺时间，主要是针对I/O少、芯片尺寸小的产品。

      通过新材料应用提高WLCSP的性能和可靠度。主要针对I/O多、芯片尺寸大的产品。

参考资料：

1.今日半导体：晶圆级封装(WLCSP) & 倒片封装(Flip-Chip)

2.屹立芯创：WLCSP晶圆级芯片封装技术特点与工艺流程分析 | 屹立芯创

3.失效分析工程师赵工：WLCSP晶圆级芯片封装技术

4.晶圆级封装之五大技术要素：晶圆级封装之五大技术要素