封裝是半導體制造過程的關鍵階段,可以保護芯片免受機械和化學損傷,同時,還能夠為芯片提供散熱和電氣傳導路徑。
先進封裝中,對“先進” 定義具有相對性:不同地區、不同時期對先進封裝的定義不一樣。一般來說,具備Bump、RDL、Wafer 和 TSV 四項基礎要素中任意一種即可稱為先進封裝。
在先進封裝的四要素中,RDL起著XY平面電氣延伸的作用,TSV起著Z軸電氣延伸的作用,Bump起著界面互聯和應力緩沖的作用,Wafer則作為集成電路的載體以及RDL和TSV的介質和載體。
先進封裝-倒裝焊(flip chip)
芯片鍵合是在封裝基板上安裝芯片的工藝方法,芯片連接后,需要能承受封裝后產生的物理壓力,并能散發芯片工作時產生的熱量。倒裝芯片技術是在芯片的有源面形成焊料凸塊,然后將此面翻轉朝下,使凸塊與基板上相對應的電極焊點互聯。用凸塊代替引線鍵合,電路最短,既能縮小封裝尺寸,又能增加引腳數量,實現高密度封裝,同時又具有良好的散熱性和可靠性。在電子產品向輕、薄、短、小等功能多樣方向發展的背景下,有著廣闊的運用前景。
先進封裝-晶圓級封裝(WLP)
與傳統封裝在裸片切割分片后進行不同,晶圓級封裝在晶圓上進行整體封裝,封裝完成后再進行切割分片。通過晶圓級金屬重新布線(RDL)和凸點(Bump)改變原設計的芯片I/O引腳位置,根據重新分布的凸點位置不同,可分為扇入型(Fanin)和扇出型(Fan-out)兩種,扇入型是指RDL Bump位于芯片本體之上,扇出型則是指RDL Bump位于芯片外的Molding之上。扇入型WLP 封裝的封裝尺寸與芯片尺寸相同,而扇出型WLP 則具有比芯片更大的封裝尺寸。由于整個晶圓能夠實現一次全部封裝,晶圓級封裝能夠有效提升封裝效率,并降低工藝成本。
先進封裝-臺積電 InFO 技術
InFO 技術是臺積電于 2016 年推出的一種扇出型封裝技術。InFO 技術是將芯片直接放置在基板上,通過RDL實現芯片和基板的互連,無需使用引線鍵合,RDL 在晶圓表面形成,可以允許更多的 I/O 連接,實現更緊湊和高效的設計。
先進封裝- SoIC
集成片上系統(System-on-Integrated-Chips)也稱為TSMC-SoIC,是臺積電最新的先進封裝技術,包含CoW(Chipon-wafer)和WoW(Wafer-on-wafer)兩種。SoIC將同質和異質芯粒集成到單個類似SoC的芯片中,該技術最鮮明的特點是沒有凸點(no-Bump)的鍵合結構,因此具有更高的集成密度和更佳的性能,并且支持異構集成,因此具有更高的靈活性。
先進封裝處于晶圓制造與封測制程中的交叉區域
目前,帶有倒裝芯片(FC)結構的封裝、晶圓級封裝(WLP)、系統級封裝(SiP)、2.5D 封裝、3D 封裝等均被認為屬于先進封裝范疇,需要大量使用 RDL、Bumping、TSV 等工藝技術。