扇出型晶圓/面板級封裝技術(shù)概述

逍遙設(shè)計自動化

引言
扇出型晶圓/面板級封裝（FOW/PLP）是先進的封裝技術(shù)，與傳統(tǒng)封裝方法相比，能夠?qū)崿F(xiàn)更高的I/O密度和更好的電性能。本文概述FOW/PLP技術(shù)，包括關(guān)鍵工藝步驟、應(yīng)用和可靠性考慮因素。
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6 ~/ w: Y8 W0 u  v  j扇出型封裝簡介
扇出型封裝與扇入型晶圓級芯片尺寸封裝（WLCSPs）的不同之處在于它需要在加工過程中使用臨時載體。這允許重布線層（RDLs）延伸到原始芯片邊界之外，從而實現(xiàn)更高的I/O數(shù)量。
# _8 r% k6 M" G( T5 c6 `( B
如圖1所示，扇出型封裝的步驟包括：

將已知良好芯片（KGDs）拾取并放置在臨時載體上

用模塑料封裝芯片

在封裝芯片上制作重布線層

貼裝焊球

移除臨時載體并將個別封裝切割分離
3 w+ A/ E& Y2 Q6 y/ E; g[/ol]
' }# B5 I* C' ]
; `2 D; @% O) z; {5 ~
圖1
+ g4 e7 [" O( a* H, |: Y* P
& E" A$ ^( J! R/ c! o0 X5 ?$ i扇出型封裝的主要優(yōu)勢包括：

更高的I/O密度

改善的電性能

更薄的封裝厚度

異質(zhì)集成多個芯片的能力
, [; s; z8 I5 I
2 q. W8 m  z) N& w* ]扇出型晶圓級封裝工藝流程
( t4 Q1 q( r5 s  V典型的扇出型晶圓級封裝（FOWLP）工藝流程包括以下關(guān)鍵步驟：
- D( s0 \" g  t4 L( [

晶圓準(zhǔn)備和切割

芯片貼裝到臨時載體

模塑/封裝

載體移除

重布線層制作

焊球貼裝和切割分離
6 W, a1 M# y- m
( }2 d. r. w9 a) R8 Z圖2提供了芯片優(yōu)先、正面朝下FOWLP方法的這些工藝步驟的視覺概覽：


4 G8 m+ f$ v9 K圖2

1 Y& [. [6 B/ Z3 N/ ?3 u1 f& l! u# uFOWLP加工中的關(guān)鍵考慮因素包括：
$ g" b  N8 y4 E. b7 [

臨時載體選擇（玻璃、硅、金屬）

模塑料性質(zhì)

重布線層制作（線寬/間距、通孔形成）

模塑過程中的芯片位移

翹曲控制
6 c( y. Q0 n) ~6 M5 t3 n
* u$ p& p' A2 ?, d扇出型面板級封裝
8 n$ V7 J' P, C) ~6 w為了進一步提高產(chǎn)量并降低成本，扇出型加工可以擴展到大型矩形面板而不是圓形晶圓。這被稱為扇出型面板級封裝（FOPLP）。

圖3展示了508 x 508 mm面板的例子，其中包含1512個扇出型封裝：

$ P0 g- g% R# p0 d5 H$ p
圖3
$ h% T2 U: F" Q2 y9 q  C1 F% w
FOPLP的主要優(yōu)勢包括：

更高的產(chǎn)量

更低的每個封裝成本

利用PCB/顯示器制造基礎(chǔ)設(shè)施

然而，像翹曲控制和維持大面板上的均勻性等挑戰(zhàn)必須得到解決。

重布線層制作
8 F# V" i' M! p& j; E2 `扇出型封裝的一個關(guān)鍵方面是細(xì)間距重布線層（RDLs）的制作。這通常涉及：

介電層沉積/圖案化

種子層沉積

光刻膠圖案化

銅電鍍

種子層去除
[/ol]
圖4顯示了扇出型封裝中10 μm線寬/間距RDLs的掃描電鏡圖像：
, O" J: {/ z, a3 R# [8 Q
$ s) J) a  Y9 |2 Q0 D
& B2 ^) P1 K- p圖4
先進的扇出型封裝可能包含多個RDL層，線寬/間距尺寸可達到2/2 μm。

  X1 ^% {. }) x" A芯片后置與芯片優(yōu)先方法
扇出型封裝可以使用芯片優(yōu)先或芯片后置（RDL優(yōu)先）方法實現(xiàn)：
1.芯片優(yōu)先：
  f; J4 K0 U/ k

在RDL制作之前將芯片貼裝到載體上

成本更低，產(chǎn)量更高

更容易發(fā)生芯片位移

2.芯片后置：

在芯片貼裝之前在載體上制作RDLs

更好的尺寸控制

成本更高，工藝步驟更多
4 t2 I/ }: f% f
; V( @* |, y3 `& @圖5展示了RDL優(yōu)先FOWLP方法的工藝流程：

/ q9 i# j/ ]8 a+ i
  O! n! V4 X/ {) ]. s圖5
" N. l" J+ V! u, U$ L
芯片優(yōu)先和芯片后置之間的選擇取決于成本、尺寸控制要求和芯片尺寸/間距等因素。

( O& G: E* {* J異質(zhì)集成
) j' M% b* }7 I2 {2 G* d( d扇出型封裝的一個主要優(yōu)勢是能夠在單個封裝中集成多種類型的芯片。這使得以下組件的異質(zhì)集成成為可能：

邏輯 + 存儲器

模擬 + 數(shù)字

處理器 + 傳感器

+ v3 {  N6 A0 l/ |圖6展示了一個集成多種芯片尺寸的異質(zhì)扇出型封裝示例：

, l  P4 p+ ?  B, b
2 ]" n2 M/ ~5 F6 S; S7 o圖6

( y2 D( b$ f4 K6 l在異質(zhì)扇出型設(shè)計中，必須仔細(xì)考慮芯片放置、RDL布線和熱管理。

可靠性考慮
8 K2 m3 }! I0 y5 g( v5 G6 u0 S扇出型封裝的主要可靠性問題包括：
$ t" T4 @% v0 m9 o9 e0 |" J" V

模塑過程中的芯片位移

翹曲

RDL裂紋/剝離

焊點疲勞

濕敏度

可靠性測試通常包括：
5 T. J1 C4 ~# I/ l' m

溫度循環(huán)

跌落/沖擊測試

濕敏等級（MSL）測試
# D9 d1 a9 L+ x9 I- ^- Q! D
2 L: O9 p6 d: d( o, {- z2 F8 k6 D# F圖7展示了溫度循環(huán)后扇出型封裝中的焊點裂紋示例：
) _' |; a8 v* N7 V
$ z: o5 T) C$ v& {8 e; x" x
圖7
1 Q% m" f- K3 A. @# U- E
$ z6 J8 X# C( H8 c9 z有限元建模通常用于分析應(yīng)力和預(yù)測可靠性，如圖8所示：
7 S: x. p: e/ [/ N1 g% F5 C

圖8

新興應(yīng)用：Mini-LED顯示器
. K/ D5 [: k2 q5 }! D7 X) A7 m$ m扇出型封裝的一個新興應(yīng)用是在mini-LED顯示器中。扇出型封裝允許超細(xì)間距集成mini-LED陣列。

圖9展示了使用扇出型技術(shù)封裝的mini-LED陣列示例：


) ^7 A  \; A1 W$ E2 `! i& M: d" w8 ^' i圖9
# }6 N9 ^( B) Z# e# l
mini-LED封裝的主要優(yōu)勢包括：
2 X5 o. j; `6 v6 i% t" O5 s' @+ l1 z

超細(xì)間距能力（

改善的熱性能

更低的封裝厚度

圖10展示了集成在扇出型封裝中并安裝在PCB上的mini-LEDs的橫截面：
, i; |9 Y+ z# X

) |# b$ O0 i2 d$ h. k$ Q1 ]圖10
5 A) {) P% K: @) G
+ p) u1 a' A2 P8 e8 |總結(jié)
9 e7 _; v; q1 ?7 U! X* T# U扇出型晶圓/面板級封裝與傳統(tǒng)封裝相比，能夠?qū)崿F(xiàn)更高的I/O密度、改善的性能和異質(zhì)集成。主要方面包括：

使用臨時載體

RDL制作

芯片優(yōu)先與芯片后置方法

擴展到面板級以提高產(chǎn)量

可靠性考慮
( q, \( v, i! @' q& y' H
) s2 @3 n- X) ?& q; E像mini-LED顯示器這樣的新興應(yīng)用展示了扇出型封裝對下一代電子產(chǎn)品的優(yōu)勢。隨著傳統(tǒng)封裝的縮放達到極限，預(yù)計扇出型技術(shù)將在先進電子系統(tǒng)中發(fā)揮越來越重要的作用。

! w  R1 P7 u, V0 y! v' X. j參考文獻
[1] J. H. Lau, "Fan-Out Wafer/Panel-Level Packaging," in Semiconductor Advanced Packaging. Singapore: Springer Nature Singapore Pte Ltd., 2021, ch. 4, pp. 147-228.

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