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1、解决晶圆级封装难题的新方案如今，人们对先进封装所面临的挑战已充分了解。然而，在薄化的器 件芯片被封装之前，就在晶圆级克服这些挑战可以进一步增加价值和 性能，同时降低拥有本钱。本文由三个局部组成，将介绍具体的挑战、新的封装方法，以及用于 器件制造的新型耐高温的材料和解决方案的例如。这些新材料已展示 出超越其他现有解决方案的更出色性能。我们将结合例如，探讨受益 于使用经新技术制造的芯片的应用。概述更好的系统性能和功能、更低的功耗以及更小的外形尺寸是驱动当今 封装技术需要的主要因素。广泛用于大规模生产的晶圆级封装（WLP） 技术目前主要用于制造消费类产品，如智能手机、平板电脑和其他手 持设备等。许多
2、封装平台正在部署，以便能够实现更高性能的封装、 更低的本钱、更小的外形尺寸，以及更高级别的集成。晶圆级芯片尺寸封装（WLCSP）因其本钱性能比和无衬底封装而具吸引 力，但却受到芯片尺寸的限制。另一种替代方案，扇出型晶圆级封装 （FOWLP）技术正在研发和应用，因为它允许通过扇出与外部衬垫 互连来增加I/O密度。最终使其具有更小的外形尺寸和更低的功耗。 异构集成的半导体封装技术，如系统级封装（SIP）和堆叠封装（PoP） 基础结构，由于日益复杂的集成而面临着重大挑战。晶圆级封装挑战 对于许多此类技术来说，薄化器件的衬底处理是制造流程中的一个主 要挑战。硅晶片薄化至50微米(小)，或使用一个RDL
3、-first流程 创立的重分布层(RDL)需非常小心且制造本钱很昂贵。处理过程要求 使用通过临时键合和解键合(TBDB)技术处理支撑衬底，以方便构建 复杂的封装基础机构【1】。使用热塑性聚合物制造的临时键合材料通常用于TB/DB工艺。当与载 体衬底一起使用时，它们能够提供热机械稳定性，并使薄型器件衬底 更易于处理。然而，在更高的温度下，这些材料表现得更像液体，随 着熔体粘度的降低，机械稳定性也逐渐消失，材料软化，从而降低了 键合层的稳定性。器件晶圆可能发生变形和分层，导致下游工艺出现 问题2。现在我们已经对先进封装目前所面临的一些挑战进行了高层次的研究, 接下来，我们将更深入地探索其中的一些技
4、术。第II局部将研究 chip-first和chip-last工艺程流之间的区别，以及为什么后者更受关 注和欢迎。Chip-First 或 Chip-Last 流程 两类主要的扇出型晶圆级封装(FOWLP)技术是chip-first和chip- last工艺，又称RDL-firsto chip-first和chip-last工艺流程都需要高 温和高真空工艺来创立重分布层(RDL)。当今的FOWLP工艺所需的 材料需要能够承受高温和恶劣的化学环境，同时保持对器件衬底的机 械支持。对于chip-first工艺来说，在热压过程中，先将单一芯片放置在用临 时键合材料或热释放胶带(TRT)处理过的衬底上
5、，然后再用环氧树脂 成型化合物(EMC)包覆成型并固化。高温电介质处理会产生应力并导 致载体晶圆与EMC之间产生翘曲。在EMC工艺流程中，由于衬底翘 曲和键合材料软化导致的芯片移动和偏离会造成RDL与嵌入芯片的错 位1 O晶圆在晶圆厂加工完毕后，芯片就会被切成小块。然后，通过取放系 统将芯片放置在基于环氧树脂模塑料上的新的200毫米或300毫米圆 晶圆上。封装工艺在这个新的晶圆上进行，切割芯片，以便获得在扇 出型封装中的芯片。尽管chip-first封装在过去10年里一直用于生产，但这一工艺也存在 一些挑战。在工艺流程中，晶圆可能会发生翘曲，嵌入的芯片可能会 发生位移，从而导致良率下降。另一方
6、面，Chip-last/RDL-first还没有得到广泛应用，但是人们对这 种方法的兴趣正在增加，因为它使用了与chip-first非常不同的工艺。 RDL-first对于希望从chip-first FOWLP过渡到尚未准备好应对 2.5D/3D封装的芯片制造商来说，是一种理想的工艺。在RDL-first工艺流程中,玻璃载体晶圆被涂上可去除的激光脱模材料, 而RDL将在此基础上构建。激光脱模材料需要具有良好的热稳定性、 机械稳定性和化学稳定性，才能经受住薄化、反面介质和沉淀这几道 工艺。首先构建RDL ,然后安装芯片。在该流程中，RDL结构既可以 进行电子测试，也可以进行目视检查，以确定良率损
7、失，从而防止将 好的芯片放置在不好的位置。该流程特别适合于良率至关重要的大型 I/O芯片。为了确保FOWLP成功，无论采用chip-first还是RDL-first方法，使 用合适的键合材料来确保重组晶圆的稳定性和均匀性那么至关重要。 Brewer Science已经为此研制了一系列材料。BrewerBONDTHOO 和 BrewerBONDC1300 系列材料代表了新 一代键合系统，能够提供更高的产量和热稳定性。这些材料在较高的 工艺温度下提供了更好的机械稳定性、良好的化学耐受性，不管是晶 圆级或面板级工艺，都能在室温下进行键合和解键合。较低的总厚度 变化(TTV)加上该系统机械强度的增加，
8、可使超薄反面晶圆进行薄化, 实现研磨后晶圆厚度小于50|imoBrewerBUILD材料是单层高吸收材料，可用于RDL的构建和组装, 并专为激光烧蚀工艺而设计。这些材料增加了 308 nm至355 nm波 长的吸光度，并在激光烧蚀工艺中为器件晶圆提供保护。除了在激光 烧蚀工艺中提高性能之外，新一代材料还具有较强的耐溶剂性，对多 种材料的附着力高，并且烧蚀后具很好的溶剂清洗效果【2】。用于FOWLP工艺的材料本局部，我们将进一步探讨在上文中介绍的用于扇出型晶圆级封装 (FOWLP)的 BrewerScience 的 BrewerBOND T1100 和 BrewerBOND C1300 系列材料
9、。该系统由一种应用于玻璃载体晶圆的低Tg热固性材料组成，然后键 合至器件晶圆上，而器件晶圆上已经涂有相应的高Tg键合材料。在 室温下键合之后，键合对既可以暴露在紫外线(UV)下,也可以在热板 上烘烤以固化热固性材料(图1)。图1 :典型工艺流程当在350温度下处理时，BrewerBONDTHOO系列材料仍然可 溶于溶剂，且在300以下几乎没有熔体流动。涂层后，这种材料可 以高度适形，甚至可以薄涂一层来覆盖严重不平的外表。图2是使用 扫描电子显微镜(SEM),在80-|im焊料隆起焊盘上加工的 BrewerBONDTHOO系列材料的2.15-pm薄膜的横截面。图2 : BrewerBOND T1
10、100材料的保形涂敷BrewerBOND C1300系列材料拥有较高的熔态流动性（低Tg ）, 在固化前为液体的形态。这样能够无需施压就能在室温下与BrewerBONDTHOO系列材料键合。键合后，这种材料需要一个固化过程来形成键合层。这一特性使得该系统即使在高温下也具有较高的机械强度（表1）。PropertyCurable MaterialBonding MaterialsBrewerBOND* C1301BrewerBOND* T1107BrewerBOND* T1105BrewerBOND* T1101Solution viscosity4262 at 100F4960 cP at 24
11、.5228 at 100*F350 at 24.585 at 100*F140 at 24.570 cps at 100 *FTarget thickness20-60 pm2 pm2 pm2 pmYoungs modulus3.3 MPa2900 MPa2900 MPa2550 MPaCTE390 umfC (above T?)28 pLm/ (below Tg)28 nm/*C (below Tg)43 pm/*C (below Tg)|Td420 465 465 375 &-50 328 -C328 225 表1 :材料属性 电介质处理、金属沉淀和金属退火是需要使用高温的工艺。这些新一
12、代BrewerBOND材料能够维持键合层的完整性,不会分解、释气 或回流。这些材料在350下加热三个小时后，在氮气中进行的等温 热重分析(TGA)显示,其重量损失不到6%。在FOWLP技术中，材 料对有机和无机衬底以及金属层的附着也是必要的。如图3所示，新 型键合材料对铜板和环氧树脂成型化合物(EMC)均展示出良好的附着 性。AB图3 :键合材料上的铜沉淀：(A)材料附着性差，显示有缺陷；(B)材 料附着性好，无缺陷。在键合过程中,BrewerBONDTHOO 系列材料连同 BrewerBONDC1300系列材料都显示出对常见的下游湿化学工艺的 耐受性。工艺完成后，载体衬底可以通过机械释放或激
13、光烧蚀技术从 薄化的器件上移除。这两种工艺均可在室温下完成，且都是轻力技术, 可与薄化衬底一起使用。当使用激光烧蚀工艺时，BrewerBONDTHOO系列材料吸收激光烧 蚀过程中用于在308 nm和355 nm解键合时的能量，从而防止激光 直接损伤器件晶圆。解键合完成后，可以使用溶剂或氧等离子体蚀刻工艺从器件衬底上去 除BrewerBONDTHOO系列材料。可以使用Dynaloy出售的 Dynasolve 220清洁剂材料，从载体衬底上去除BrewerBOND C1300系列材料。总结Brewer Science公司正在研发新型临时键合材料和工艺，为FOWLP 技术的开展铺平道路。当作为一个系统使用时，这些材料能够改善在 高真空和高温下加工的薄化、键合晶圆的机械稳定性。耐化学性与室 温键合和解键合技术相结合，在降低拥有本钱的同时，提供了附加价 值并提高了性能。对于RDL-first工艺，Brewer Science最近推出了 用于构建和装配的BrewerBUILD材料，它可以成为热释放胶带的优 选替代品。这些新材料促进了低能量激光解键合工艺，为拥有低碳残 留的器件晶圆提供了更好的保护。Brewer Science公司将通过提供新 一代材料来支持FOWLP技术，从而继续推进晶圆级封装（WLP）技术 的开展。