晶圓級凸點(diǎn)技術(shù)的定義和原理

晶圓級凸點(diǎn)技術(shù)，通常稱為Wafer Bumping，是一種先進(jìn)的半導(dǎo)體封裝技術(shù)，它允許在晶圓切割成單個(gè)芯片之前，在晶圓的預(yù)設(shè)位置上形成或安裝焊球（也稱為凸塊）。這種技術(shù)是實(shí)現(xiàn)芯片與PCB（印刷電路板）或基板互連的關(guān)鍵，對于縮小芯片尺寸、提高電氣性能和降低成本具有重要意義。晶圓凸塊技術(shù)包括多種不同的凸點(diǎn)形成方法，如印刷型凸點(diǎn)、共晶電鍍型落球、無鉛合金及銅支柱合金凸點(diǎn)技術(shù)等。

晶圓級凸點(diǎn)技術(shù)的原理涉及到在晶圓表面制作一系列凸點(diǎn)，這些凸點(diǎn)將作為芯片與外部電路連接的接口。凸點(diǎn)的選材、構(gòu)造和尺寸設(shè)計(jì)受到封裝大小、成本以及電氣、機(jī)械、散熱等性能要求的影響。例如，印刷型凸點(diǎn)技術(shù)通過模板印刷的方式在晶圓表面形成凸點(diǎn)，而共晶電鍍型落球技術(shù)則通過在晶圓表面滴落熔融焊料并進(jìn)行共晶反應(yīng)來形成凸點(diǎn)。無鉛合金和銅支柱合金凸點(diǎn)技術(shù)則分別使用無鉛材料和銅材料來制作凸點(diǎn)，以滿足不同的應(yīng)用需求。

晶圓級凸點(diǎn)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域

晶圓級凸點(diǎn)技術(shù)廣泛應(yīng)用于各種半導(dǎo)體封裝領(lǐng)域，包括但不限于移動(dòng)電話、便攜式電子產(chǎn)品、高速計(jì)算設(shè)備等。隨著集成電路的復(fù)雜性不斷增加，每個(gè)芯片的輸入/輸出連接數(shù)也在增長，傳統(tǒng)的引線鍵合技術(shù)已經(jīng)無法滿足需求。晶圓級凸點(diǎn)技術(shù)通過提供更多的I/O連接點(diǎn)和更小的封裝尺寸，使得芯片能夠?qū)崿F(xiàn)更高的性能和更低的功耗。此外，該技術(shù)還有助于提高生產(chǎn)效率，因?yàn)榫A級封裝可以在切割成單個(gè)芯片之前進(jìn)行，從而減少了后續(xù)的封裝步驟。

在消費(fèi)性IC的封裝應(yīng)用中，晶圓級封裝技術(shù)因其較小的封裝尺寸和較佳的電性表現(xiàn)而受到青睞。例如，WLP（Wafer Level Package）技術(shù)就是一種經(jīng)過改進(jìn)和提高的CSP（Chip Scale Package），它以BGA（Ball Grid Array）技術(shù)為基礎(chǔ)，將百微米級的焊錫球放置到刻好電路的晶圓上。這種技術(shù)在輕薄短小的消費(fèi)性IC封裝中具有顯著優(yōu)勢，并且隨著多層堆疊技術(shù)（MCM）的發(fā)展，晶圓級植球技術(shù)能夠滿足晶圓與晶圓間高精度多引腳的100um級互聯(lián)需求。

晶圓級凸點(diǎn)技術(shù)的工藝流程

晶圓級凸點(diǎn)技術(shù)的工藝流程包括多個(gè)關(guān)鍵步驟，首先是材料準(zhǔn)備，然后是焊膏印刷、IC貼裝、回流焊接等。在材料準(zhǔn)備階段，需要準(zhǔn)備好底部基板、球柵陣列（BGA）、波士頓背面圖案（WLCSP）等材料。接著，在底部基板上涂刷適量的焊膏，并通過印刷機(jī)器實(shí)現(xiàn)均勻分布，這步操作對最終焊接質(zhì)量至關(guān)重要。IC貼裝階段，使用自動(dòng)貼裝機(jī)器將裸露的芯片精確地放置在指定位置上?；亓骱附与A段，通過回流爐對已貼裝的芯片進(jìn)行焊接，使得芯片與基板上的焊膏相互粘結(jié)，形成穩(wěn)定的連接。最后，根據(jù)需求，可能還需進(jìn)行陶瓷球刻印、測試等處理步驟。

在晶圓級封裝（WLP）工藝中，晶圓上凸點(diǎn)（Bump）的制作是關(guān)鍵的基礎(chǔ)技術(shù)。晶圓級封裝采用凸點(diǎn)技術(shù)作為其I/O電極，形成凸點(diǎn)的三種方式包括電鍍方式、印刷錫膏方式和植球方式。具體到植球方式，其工藝流程如下：

1. 上料機(jī)械手對晶圓盒中的晶圓進(jìn)行檢測（Mapping）。

2. 將晶圓取出放置到晶圓預(yù)對位裝置上進(jìn)行對位。

3. 機(jī)械手將晶圓放置于X-Y-Z-θ植球平臺(tái)上。

4. 利用超精密金屬模板印刷技術(shù)將助焊劑涂敷在晶圓的焊盤上。

5. 利用金屬模板植球技術(shù)手動(dòng)或自動(dòng)將焊錫球放置于晶圓上。

6. 將植球后的晶圓收回晶圓盒中。 此外，實(shí)驗(yàn)過程中，根據(jù)刮刀長度在金屬模板印刷初始位置涂抹適量助焊劑，調(diào)整刮刀氣缸壓強(qiáng)，設(shè)定為0.12MPa。CCD相機(jī)對晶圓和金屬模板光學(xué)定位點(diǎn)進(jìn)行對中，然后執(zhí)行印刷。經(jīng)過多次印刷和植球?qū)嶒?yàn)，對工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，最終設(shè)備的印刷和植球效果達(dá)到誤差在1/2焊錫球球徑范圍內(nèi)。

晶圓級凸點(diǎn)技術(shù)的優(yōu)勢和局限性

晶圓級凸點(diǎn)技術(shù)具有多項(xiàng)優(yōu)勢，包括小型化、高可靠性、生產(chǎn)周期短和適應(yīng)性強(qiáng)。小型化是由于封裝技術(shù)使得芯片封裝更加緊湊，節(jié)省了空間。高可靠性是通過精確控制工藝參數(shù)實(shí)現(xiàn)的，提高了封裝連接的可靠性和穩(wěn)定性。生產(chǎn)周期短得益于自動(dòng)化生產(chǎn)線和簡化的工藝流程，提高了生產(chǎn)效率。適應(yīng)性強(qiáng)表現(xiàn)在晶圓級封裝技術(shù)能夠適應(yīng)不同類型的芯片，并靈活應(yīng)對多種工程設(shè)計(jì)要求。

然而，晶圓級凸點(diǎn)技術(shù)也存在一些局限性。例如，在設(shè)計(jì)階段，需要考慮封裝方式、電路設(shè)計(jì)與布局、引腳排布和信號引出等多方面因素，以確保信號傳輸?shù)目煽啃院妥钚」?。在加工階段，芯片固定和連接、封裝材料選擇、清洗和去除污染物、控制溫度和濕度等都是需要注意的關(guān)鍵要點(diǎn)。此外，測試與質(zhì)量管控也是確保最終產(chǎn)品品質(zhì)的關(guān)鍵階段，需要進(jìn)行可靠性測試、尺寸與外觀檢查等。

補(bǔ)充信息 在晶圓級封裝技術(shù)的發(fā)展過程中，一些關(guān)鍵技術(shù)如RDL（重布線層）技術(shù)、Interposer（硅中介層）技術(shù)和TSV（硅通孔）技術(shù)發(fā)揮著重要作用。RDL技術(shù)主要用于2D平面上的芯片電氣延伸與互連，可以支持更多的引腳數(shù)量，使I/O觸點(diǎn)間距更靈活、凸點(diǎn)面積更大，從而提高元件可靠性。Interposer技術(shù)則通過引線凸塊/TSV實(shí)現(xiàn)電氣連接，具有較高的細(xì)間距I/O密度和TSV形成能力，在2.5D和3D IC芯片封裝中扮演關(guān)鍵角色。TSV技術(shù)是一種垂直互連技術(shù)，可以減小互連長度和信號延遲，降低寄生電容和電感，實(shí)現(xiàn)芯片間的低功耗和高速通信，增加寬帶和實(shí)現(xiàn)封裝小型化。

晶圓級凸點(diǎn)技術(shù)的發(fā)展趨勢

隨著電子產(chǎn)品不斷升級換代，對封裝技術(shù)提出了更高要求，晶圓級凸點(diǎn)技術(shù)正朝著高度集成、三維、超細(xì)節(jié)距互連等方向發(fā)展。技術(shù)發(fā)展的趨勢包括減小芯片尺寸、布線長度、焊球間距，以提高集成電路的集成度、處理器的速度，降低功耗，提高可靠性，順應(yīng)電子產(chǎn)品日益輕薄短小、低成本的發(fā)展需求。此外，晶圓級封裝技術(shù)還在不斷降低成本，提高可靠性水平，擴(kuò)大在大型IC方面的應(yīng)用，如通過減少WLP的層數(shù)降低工藝成本，縮短工藝時(shí)間，以及通過新材料應(yīng)用提高WLP的性能和可靠度。

在后摩爾時(shí)代，半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展方向之一是晶圓級封裝技術(shù)，它通過晶圓重構(gòu)工藝在晶圓上完成重布線，并通過晶圓凸點(diǎn)工藝形成與外部互聯(lián)的金屬凸點(diǎn)以進(jìn)行封裝。這種技術(shù)能夠在更小的封裝面積下容納更多的引腳，提升集成度。同時(shí)，隨著技術(shù)的發(fā)展，金屬凸點(diǎn)的尺寸越來越小，最終可能發(fā)展為Hybrid Bonding技術(shù)，該技術(shù)制造的電介質(zhì)表面光滑、沒有凸點(diǎn)，且具有更高的集成密度。此外，臺(tái)積電在其技術(shù)發(fā)展中也致力于突破晶片堆疊技術(shù)極限，預(yù)計(jì)于2027年準(zhǔn)備就緒采用CoWoS技術(shù)的芯片堆疊版本，整合SoIC、HBM及其他零部件，打造一個(gè)強(qiáng)大且運(yùn)算能力媲美數(shù)據(jù)中心服務(wù)器機(jī)架的晶圓級系統(tǒng)。

·         先進(jìn)芯片封裝清洗介紹

·         合明科技研發(fā)的水基清洗劑配合合適的清洗工藝能為芯片封裝前提供潔凈的界面條件。

·         水基清洗的工藝和設(shè)備配置選擇對清洗精密器件尤其重要，一旦選定，就會(huì)作為一個(gè)長期的使用和運(yùn)行方式。水基清洗劑必須滿足清洗、漂洗、干燥的全工藝流程。

·         污染物有多種，可歸納為離子型和非離子型兩大類。離子型污染物接觸到環(huán)境中的濕氣，通電后發(fā)生電化學(xué)遷移，形成樹枝狀結(jié)構(gòu)體，造成低電阻通路，破壞了電路板功能。非離子型污染物可穿透PC B 的絕緣層，在PCB板表層下生長枝晶。除了離子型和非離子型污染物，還有粒狀污染物，例如焊料球、焊料槽內(nèi)的浮點(diǎn)、灰塵、塵埃等，這些污染物會(huì)導(dǎo)致焊點(diǎn)質(zhì)量降低、焊接時(shí)焊點(diǎn)拉尖、產(chǎn)生氣孔、短路等等多種不良現(xiàn)象。

·         這么多污染物，到底哪些才是最備受關(guān)注的呢？助焊劑或錫膏普遍應(yīng)用于回流焊和波峰焊工藝中，它們主要由溶劑、潤濕劑、樹脂、緩蝕劑和活化劑等多種成分，焊后必然存在熱改性生成物，這些物質(zhì)在所有污染物中的占據(jù)主導(dǎo)，從產(chǎn)品失效情況來而言，焊后殘余物是影響產(chǎn)品質(zhì)量最主要的影響因素，離子型殘留物易引起電遷移使絕緣電阻下降，松香樹脂殘留物易吸附灰塵或雜質(zhì)引發(fā)接觸電阻增大，嚴(yán)重者導(dǎo)致開路失效，因此焊后必須進(jìn)行嚴(yán)格的清洗，才能保障電路板的質(zhì)量。

·         合明科技運(yùn)用自身原創(chuàng)的產(chǎn)品技術(shù)，滿足芯片封裝工藝制程清洗的高難度技術(shù)要求，打破國外廠商在行業(yè)中的壟斷地位，為芯片封裝材料全面國產(chǎn)自主提供強(qiáng)有力的支持。