一文看懂芯片的封装工艺（先进封装篇2：晶圆级封装）

今天继续讲先进封装。

█ 晶圆级封装

我们看下一个先进封装的关键概念——晶圆级封装（Wafer Level Package，WLP）。

传统封装，是先切割晶圆，再封装。

而晶圆级封装的核心逻辑，是在晶圆上直接进行封装，然后再切割，变成芯片。

举个例子：传统封装，是先把大面团切成一块块，然后分别烘烤成蛋糕，分给大家吃。而晶圆级封装，是先烤一个大蛋糕，然后切成一块块，分给大家吃。

从更广泛的意义上讲，任何在晶圆这一层级进行全部或部分加工的封装，都可以被认为是晶圆级封装。

晶圆级封装出现于2000年左右，是半导体产业追求更高效率、更低成本的产物。

在晶圆上进行封装过程，能够带来以下好处：

1、由于侧面未涂覆封装材料，因此封装后的芯片尺寸较小。晶圆上，晶粒的密度更高，平均成本更低。

2、方便批量生产制造芯片，缩短工期，总体成本也比较低。

3、芯片设计和封装设计可以统一考虑，提升设计效率，降低设计成本。

晶圆级封装，可以分为：扇入型晶圆级封装（Fan-In WLP）和扇出型晶圆级封装（Fan-Out WLP）。

这里的“扇（Fan）”，指的是芯片的尺寸。

我们分别来介绍。

· 扇入型WLP（FIWLP）

早期的WLP，多采用扇入型。扇入型的封装布线、绝缘层以及锡球，都位于晶圆的顶部。封装后的尺寸，和芯片尺寸是相同的。

上期小枣君说过，芯片面积与封装面积之比超过1:1.14的封装，是CSP（芯片级封装）。扇入型WLP都1:1了，显然也属于CSP。所以，由扇入型晶圆级封装技术制成的封装，也称为晶圆级芯片级封装（WLCSP）。

扇入型WLP，通常可以分为BOP（Bump On Pad，垫上凸点）和RDL（ReDistribution Layer，重布线层）两种方式。

BOP封装的结构非常简单，Bump（凸点）直接构建在Al pad（铝衬板）的上面。如果Bump的位置远离Al pad，那么，就需要通过借助RDL技术，将Bump与Al pad进行连接。

大名鼎鼎的RDL，终于出现了。

我们需要单开一节，专门介绍一下它。

· RDL

RDL的全称，是ReDistribution Layer（重布线层）。

RDL是晶圆级封装（WLP）的核心技术，也是后面2.5D/3D立体封装的核心技术。在先进封装里，它占有重要地位。

它是在晶粒下面的中介层上进行重新布线，实现I/O端口的重新布局。

简单来说，它就像我们平时看到的PCB电路板。只不过，真正的PCB板是在芯片的外面，把各个成品芯片和元器件连起来。

而RDL，是封装内部的“PCB板”，方便了XY平面（横向平面）的电气延伸和互联。它提升了封装内部电气连接的灵活性，能够让芯片内部布局更合理、更紧凑。

基于RDL，晶圆芯片上的“细间距”外围阵列，可以变成“更大间距”阵列。

基于之前晶圆制造的文章，大家会发现，RDL很像晶粒内部的金属连线（立交桥）。

晶粒内的金属沉积

是的，RDL的工艺，和晶圆制作流程中的“盖楼”流程差不多（可以参考晶圆制作的那期），主要就是光刻、涂胶显影、刻蚀、溅射沉积、电镀铜等工艺。

RDL也属于将晶圆制造（前道）工艺降维到封装（后道）中使用。和凸点一样，也是中道工序。

目前，主流的RDL工艺有两种：

第一种，是基于感光高分子聚合物，并结合电镀铜与刻蚀工艺实现。

1、在晶圆表面涂覆一层聚合物薄膜，可选的聚合物材料包括光敏聚酰亚胺（PI）、苯并环丁烯（BCB）以及聚苯并恶唑（PBO）。这是为了增强芯片的钝化层并起到应力缓冲的作用。

2、加热固化后，使用光刻工艺在所需位置进行开孔，之后进行刻蚀。

3、通过物理气相沉积工艺（PVD），溅射Ti（钛）与Cu（铜），分别作为阻挡层与种子层。

4、再来一波光刻、刻蚀工艺，把RDL层的空间给挖出来。

5、通过电镀Cu工艺，在暴露出的Ti/Cu层上制造第一层RDL。（注意，电镀是将电解质溶液中的金属离子还原为金属并沉积在晶圆表面。）

6、去除掉光刻胶，并刻蚀掉多余的Ti/Cu。

7、涂覆第二层聚合物薄膜，使圆片表面平坦化并保护RDL层。

8、重复上述步骤，制作多层RDL结构。

另一种工艺，是采用Cu大马士革工艺结合PECVD与CMP工艺实现。

图我实在是不想画了，网上找了一个，供参考：

大致流程：

1、先采用PECVD工艺，沉积SiO2或Si3N4，作为绝缘层。

2、利用光刻与反应离子刻蚀，在绝缘层上形成窗口。

3、分别溅射Ti/Cu的阻挡/种子层以及导体铜，和刚才工艺一样。

4、采用CMP（化学机械研磨，之前介绍过的）工艺，将导体层减薄至所需厚度，形成了一层RDL或通孔层。

5、重复上述步骤，制作多层RDL结构。

基于大马士革工艺制作的多层RDL内部构架

第二种工艺需要采用CMP，制造成本比第一种高。在行业里，第一种用得比较多。

制作完RDL之后，是制作UBM（凸点下金属层），工艺和RDL相似。

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