wlcsp封装技术的优缺点与未来

2011-11-03 17:11:12来源: 互联网
WLCSP即晶圆级芯片封装方式,英文全称是Wafer-Level Chip Scale Packaging Technology,不同于传统的芯片封装方式(先切割再封测,而封装后至少增加原芯片20%的体积),此种最新技术是先在整片晶圆上进行封装和测试,然后才切割成一个个的IC颗粒,因此封装后的体积即等同IC裸晶的原尺寸。它号称是封装技术的未来主流,已投入研发的厂商包括FCT、Aptos、卡西欧、EPIC、富士通、三菱电子等。

  它在结束前端晶圆制作流程的晶圆上直接完成所有的操作。在封装过程中再将芯片从晶圆上分离,从而使WLCSP可以实现与芯片尺寸相同的最小的封装体积,这几乎是最终的封装缩微技术。

  晶圆级芯片规模封装技术,融合薄膜无源器件技术及大面积规格制造技术能力,不仅提供节省成本的解决办法,而且提供与现存表面贴装组装过程相符合的形状因素。芯片规模封装技术既提供性能改进路线图,又降低了集成无源器件的尺寸。

  自1998年可行性的WLCSP技术宣布以来,近年市场上已经出现了各种不同类型的WLCSP。这种技术已经使用在移动电子设备中,比如用于移动电话的电源供给芯片,并且延伸到逻辑产品的应用中。

  WLCSP是倒装芯片互连技术的一个变种。借助WLCSP技术,裸片的有源面被倒置,并使用焊球连接到PCB。这些焊球的尺寸通常足够大(在0.5mm间距、预回流焊时有300μm),可省去倒装芯片互连所需的底部填充工艺。如图1所示,

  图1:WLCSP封装。

  封装结构

  WLCSP可以被分成两种结构类型:直接凸块和重分布层(RDL)

  直接凸块

  直接凸块WLCSP包含一个可选的有机层(聚酰亚胺),这个层用作有源裸片表面上的应力缓冲器。聚酰亚胺覆盖了除连接焊盘四周开窗区域之外的整个裸片面积。在这个开窗区域之上溅射或电镀凸块下金属层(UBM)。UBM是不同金属层的堆叠,包括扩散层、势垒层、润湿层和抗氧化层。焊球落在UBM之上(因此叫落球),然后通过回流焊形成焊料凸块。直接凸块WLCSP的结构如图2所示。

  图2:直接凸块WLCSP。

  重分布层(RDL)

  图3是一种重分布层(RDL)WLCSP。这种技术可以将为邦定线(邦定焊盘安排在四周)而设计的裸片转换成WLCSP。与直接凸块不同的是,这种WLCSP使用两层聚酰亚胺层。第一层聚酰亚胺层沉积在裸片上,并保持邦定焊盘处于开窗状态。RDL层通过溅射或电镀将外围阵列转换为区域阵列。随后的结构类似直接凸块——包括第二个聚酰亚胺层、UBM和落球。

  

图3:重分布层(RDL)WLCSP

  WLCSP的优点:

  WLCSP的封装方式,不仅明显地缩小内存模块尺寸,而符合行动装置对于机体空间的高密度需求;另一方面在效能的表现上,更提升了数据传输的速度与稳定性。无需底部填充工艺,可以使用标准的SMT组装设备。

  1原芯片尺寸最小封装方式:

  WLCSP晶圆级芯片封装方式的最大特点便是有效地缩减封装体积,封装外形更加轻薄。故可搭配于行动装置上而符合可携式产品轻薄短小的特性需求。

  采用WLCSP封装时,由于电路布线的线路短且厚(标示A至B的黄线),故可有效增加数据传输的频寛减少电流耗损,也提升数据传输的稳定性。由于轻质裸片在焊接过程中具有自我校准特性,因此组装良率较高。

  3散热特性佳

  由于WLCSP少了传统密封的塑料或陶瓷包装,故IC芯片运算时的热能便能有效地发散,而不致增加主机体的温度,而此特点对于行动装置的散热问题助益极大。能减小电感、提高电气性能。

  WLCSP不仅是实现高密度、高性能封装和SiP的重要技术,同时也将在器件嵌入PCB技术中起关键作用。尽管引线键合技术非常灵活和成熟,但是WLCSP技术的多层电路、精细线路图形、以及能与引线键合结合的特点,表明它将具有更广泛的应用和新的机遇。

  WLCSP的缺点:WLCSP成本来源于晶圆片或封装加工过程。而需要大面积生产的话就需要增加劳动量。就会相应的增加生产的成本。

  WLCSP技术的未来

  WLCSP在2000年应用在电子手表中之后,已经应用在手机、存储卡、汽车导航仪、数码设备中。未来几年中,在手机这样的高性能移动市场中,会更多采用WLCSP技术的芯片。

  将WLCSP技术和芯片嵌入PCB工艺结合,可以确保PCB组装质量的稳定,这是因为WLCSP不仅易于进行PCB板贴装,而且具有“已知优良芯片(KGD,Known Good Die)”的特性。

  WLCSP技术为实现生产轻薄和小巧电子设备带来了更多的可能性。WLCSP已经应用在电路板组装上,近来它也成为SiP的重要组成部分,结合WLCSP和常规引线键合技术的MCP也已经进入量产。

  看着WLCSP这几年的发展,我们完全可以相信不久之后WLCSP将不断的发展,扩展到更多的领域。

关键字:wlcsp  封装技术

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2011/1103/article_12923.html
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