新一代信息技术:HBM的关键工艺——硅通孔.docx
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1、新一代信息技术:HBM的关键工艺一硅通孔技术工艺:晶圆级封装的关键工艺一一硅通孔半导体封装的四个主要作用,包括机械保护、电气连接、机械连接和散热。封装的形状和尺寸各异,保护和连接脆弱集成电路的方法也各不相同。半导体封装的分类半导体封装方法,大致可以分为两种:传统封装和晶圆级(Wafer-Level)封装。传统封装首先将晶圆切割成芯片,然后对芯片进行封装;而晶圆级封装则是先在晶圆上进行部分或全部封装,之后再将其切割成单件。晶圆级封装方法可进一步细分为四种不同类型:1)晶圆级芯片封装(WLCSP),可直接在晶圆顶部形成导线和锡球(SoIderBalls)无需基板;2)重新分配层(RDL),使用晶圆
2、级工艺重新排列芯片上的焊盘位置1,焊盘与外部采取电气连接方式;3)倒片(FliPChip)封装,在晶圆上形成焊接凸点2进而完成封装工艺;4)硅通孔(TSV)封装,通过硅通孔技术,在堆叠芯片内部实现内部连接。晶圆级芯片封装分为扇入型WLCSP和扇出型WLCSPo扇入型WLCSP工艺将导线和锡球固定在晶圆顶部,而扇出型WLCSP则将芯片重新排列为模塑3晶圆。这样做是为了通过晶圆级工艺形成布线层,并将锡球固定在比芯片尺寸更大的封装上。扇入型(Fan-In)WLCSP(WaferLevelChipScalePackage)晶圆级芯片封装的大多数制造过程都是在晶圆上完成的,是晶圆级封装的典型代表。然而,
3、从广义上讲,晶圆级封装还包括在晶圆上完成部分工艺的封装,例如,使用重新分配层、倒片技术和硅通孔技术的封装。在扇入型WLCSP和扇出型WLCSP中,“扇”是指芯片尺寸。扇入型WLCSP的封装布线、绝缘层和锡球直接位于晶圆顶部。与传统封装方法相比,扇入型WLCSP既有优点,也有缺点。在扇入型WLCSP中,封装尺寸与芯片尺寸相同,都可以将尺寸缩至最小。此外,扇入型WLCSP的锡球直接固定在芯片上,无需基板等媒介,电气传输路径相对较短,因而电气特性得到改善。而且,扇入型WLCSP无需基板和导线等封装材料,工艺成本较低。这种封装工艺在晶圆上一次性完成,因而在裸片(NetDie,晶圆上的芯片)数量多且生产
4、效率高的情况下,可进一步节约成本。扇入型WLCSP的缺点在于,因其采用硅(Si)芯片作为封装外壳,物理和化学防护性能较弱。正是由于这个原因,这些封装的热膨胀系数与其待固定的PCB基板的热膨胀系数5存在很大差异。受此影响,连接封装与PCB基板的锡球会承受更大的应力,进而削弱焊点可靠性。存储器半导体采用新技术推出同一容量的芯片时,芯片尺寸会产生变化,扇入型WLCSP的另一个缺点就无法使用现有基础设施进行封装测试。此外,如果封装锡球的陈列尺寸大于芯片尺寸,封装将无法满足锡球的布局要求,也就无法进行封装。而且,如果晶圆上的芯片数量较少且生产良率较低,则扇入型WLCSP的封装成本要高于传统封装。扇出型W
5、LCSP扇出型WLCSP既保留了扇入型WLCSP的优点,又克服了其缺点。扇入型WLCSP的所有封装锡球都位于芯片表面,而扇出型WLCSP的封装锡球可以延伸至芯片以外。在扇入型WLCSP中,晶圆切割要等到封装工序完成后进行。因此,芯片尺寸必须与封装尺寸相同,且锡球必须位于芯片尺寸范围内。在扇出型WLCSP中,芯片先切割再封装,切割好的芯片排列在载体上,重塑成晶圆。在此过程中,芯片与芯片之间的空间将被填充环氧树脂模塑料,以形成晶圆。然后,这些晶圆将从载体中取出,进行晶圆级处理,并被切割成扇出型WLCSP单元。除了具备扇入型WLCSP的良好电气特性外,扇出型WLCSP还克服了扇入型WLCSP的一些缺
6、点。这其中包括:无法使用现有基础设施进行封装测试;封装锡球陈列尺寸大于芯片尺寸导致无法进行封装;以及因封装不良芯片导致加工成本增加等问题。得益于上述优势,扇出型WLCSP在近年来的应用范围越来越广泛。WLCSP封装流程晶圆片级芯片规模封装(WaferLevelChipScalePackaging,简称WLCSP),即晶圆级芯片封装方式,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。WLCSP封装的大致流程:(一般分为BUInPing,CPtest,N
7、LCSP三个阶段)Bumping阶段1. CustomerWafer这是第一道工序,主要是将从晶圆厂收到的Wafer经过PreYlean+SRD预处理,然后使用02PIaSlna等离子清洗并烘干,目的是去除来料Wafer表面的杂质。2. PIcoatingPl是一层聚合物薄膜层,可以加强芯片的PaSSiVation,起到应力缓冲的作用。做法是将预处理后的Wafer置于设备吸盘上,wafer正面朝上,在Wafer正面喷涂高度光敏感性的光刻胶,设备吸盘高速旋转,使光刻胶均匀喷涂在整个Wafer表面。3. PIExposePI曝光是在喷涂光刻胶的Wafer与光源(紫外光)中间放入掩膜版(mask),
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