覆晶封装技术
我们都知道鸟笼是用竹棒把上下两块木板撑出一个空间,鸟就生活在这里面。我们将要说到的覆晶封装和鸟笼是有相似之处的。下面我们就来看一下什么是覆晶封装技术。
我们通常把晶片经过一系列工艺后形成了电路结构的一面称作晶片的正面。原先的封装技术是在衬底之上的晶片的正面是一直朝上的,而覆晶技术是将晶片的正面反过来,在晶片(看作上面那块板)和衬底(看作下面那块板)之间及电路的外围使用凸块(看作竹棒)连接,也就是说,由晶片、衬底、凸块形成了一个空间,而电路结构(看作鸟)就在这个空间里面。这样封装出来的芯片具有体积小、性能高、连线短等优点。
随着半导体业的迅速发展,覆晶封装技术势必成为封装业的主流。典型的覆晶封装结构是由凸块下面的冶金层、焊点、金属垫层所构成,因此冶金层在元件作用时的消耗将严重影响到整个结构的可靠度和元件的使用寿命。
凸块制程
我们小时候经常玩橡皮泥,可能还这样子玩过,就是先把橡皮泥捏成一个头状,再在上面加上眼睛、鼻子、耳朵等。而我们长凸块就和刚刚说到的"长"眼睛、鼻子、耳朵差不多了。
晶圆制造完成后,在晶圆上进行长凸块制程。在晶圆上生长凸块后,我们所看到的就像是一个平底锅,锅的边沿就是凸块,而中间部分就是用来形成电路结构的。按凸块的结构分,可以把它分为本体和球下冶金层(ubm)两个部分。
就目前晶圆凸块制程而言,可分为印刷技术和电镀技术,两种技术各擅胜场。就电镀技术而言,其优势是能提供更好的线宽和凸块平面度,可提供较大的芯片面积,同时电镀凸块技术适合高铅制程的特性,可更大幅度地提高芯片的可靠度,增加芯片的强度与运作效能。而印刷技术的制作成本低廉较具有弹性,适用于大量和小量的生产,但是制程控制不易,使得这种方法较少运用于生产凸块间距小于150μm的产品。
晶圆级封装
在一些古董展览会上,我们经常会看到这样的情形,即用一只玻璃罩罩在古董上。为了空气不腐蚀古董,还会采用一些方法使玻璃罩和下面的座垫之间密封。下面我们借用这个例子来理解晶圆级封装。
晶圆级封装(wlp)就是在其上已经有某些电路微结构(好比古董)的晶片(好比座垫)与另一块经腐蚀带有空腔的晶片(好比玻璃罩)用化学键结合在一起。在这些电路微结构体的上面就形成了一个带有密闭空腔的保护体(硅帽),可以避免器件在以后的工艺步骤中遭到损坏,也保证了晶片的清洁和结构体免受污染。这种方法使得微结构体处于真空或惰性气体环境中,因而能够提高器件的品质。
随着ic芯片的功能与高度集成的需求越来越大,目前半导体封装产业正向晶圆级封装方向发展。它是一种常用的提高硅片集成度的方法,具有降低测试和封装成本,降低引线电感,提高电容特性,改良散热通道,降低贴装高度等优点。
晶圆位阶的芯片级封装技术
半导体封装技术在过去二十年间取得了长足的发展,预计在今后二十年里还会出现更加积极的增长和新一轮的技术进步。晶圆位阶的芯片级封装技术是最近出现的有很大积极意义的封装技术。
我们把芯片原来面积与封装后面积之比接近1:1的理想情况的封装就叫做芯片级封装。就像我们吃桔子,总希望它的皮壳薄点。晶圆位阶的芯片级封装技术就是晶圆位阶处理的芯片级封装技术。它可以有效地提高硅的集成度。晶圆位阶处理就是在晶圆制造出来后,直接在晶圆上就进行各种处理,使相同面积的晶圆可以容纳更多的经芯片级封装的芯片,从而提高硅的集成度。同理,假如我们让人站到一间屋子里去,如果在冬天可能只能站十个人,而在夏天衣服穿少了,那就可以站十一或者十二个人。
晶圆位阶的芯片级封装制程将在今后的几年里以很快的速度成长,这将会在手机等手提电子设备上体现出来。我们以后的手机肯定会有更多的功能,比如可以看电视等,但是它们可能比我们现在使用的更小,那就用到了晶圆位阶的芯片级封装技术。