先進封裝介紹

2020-07-30

      

先進封裝包括倒裝晶片(FC)、矽通孔(TSV)、嵌入式封裝(ED)、扇入 (Fan-In)/扇出(Fan-Out)型晶圓級封裝、系統級封裝(SiP)等先進技術演進形式,相較于傳統封裝技術,先進封裝技術尺寸更小、封裝密度更高,性能更加,功耗更低。

      

1、晶圓級封裝(WLP)

晶圓級封裝(WLP)就是在封裝過程中大部分工藝過程都是對晶圓(大圓片) 進行操作,對晶圓級封裝(WLP)的需求不僅受到更小封裝尺寸和高度的要求, 還必須滿足簡化供應鏈和降低總體成本,並提高整體性能的要求。晶圓級封 裝提供了倒裝晶片技術,倒裝晶片中晶片面抄下對著印刷電路板,可以實現 最短的電路徑,保證了更高的速度和更少的寄生效應。另一方面,降低成本是晶圓級封裝的另一個推動力量。

    

WLP 技術有兩種類型:扇入式(Fan-in)和扇出式(Fan-out)晶圓級封裝。 傳統扇入 WLP 在晶圓未切割時就已經形成在裸片上,最終的封裝器件的二維 平面尺寸與晶片本身尺寸相同。器件完全封裝後可以實現器件的單一化分離, 通常用於低輸入/輸出(I/O)數量(一般小於 400)和較小裸片尺寸的工藝當 中。扇出 WLP 初始用於將獨立的裸片重新組裝或重新配置到晶圓工藝中,並 以此為基礎,通過批量處理、構建和金屬化結構,如傳統的扇入式 WLP 後端 處理,以形成最終封裝。

   

扇出式 WLP 可根據工藝過程分為晶片先上(Die First)和晶片後上(Die Last),晶片先上工藝,簡單地說就是先把晶片放上, 再做佈線(RDL),芯 片後上就是先做佈線,測試合格的單元再把晶片放上去, 晶片後上工藝的優點就是可以提高合格晶片的利用率以提高成品率,但工藝相對複雜,eWLB 就是典型的晶片先上的 Fan-out 工藝。

  

2、MCM封裝

MCM,Multi-Chip Module,多晶片組件,是將多個LSI/VLSI/ASIC裸晶片和其它元器件組裝在同一塊多層互連基板上,然後進行封裝,從而形成高密度和高可靠性的微電子組件。根據所用多層佈線基板的類型不同,MCM可分為疊層多晶片組件

(MCM -L)、陶瓷多晶片組件(MCM -C)、澱積多晶片組件(MCM -D)以及混合多晶片組件(MCM –C/D)等。

     

3、2.5D/3D封裝

相對于上述MCM晶片在水準方向排布二維封裝形式,晶片在垂直方向上的堆疊則演化出2.5D/3D封裝。如下圖所示,若晶片在一片Passive Interposer上水準排布,即為2.5D封裝;若至少兩個Active Chip在垂直方向上堆疊則構成3D封裝。3D封裝可以大幅度減少封裝體的尺寸,除此之外,由於晶片之間通信的距離變小,可以降低功耗,提高性能。

    

由於不同的晶片通常來自不同的供應商,常規的晶片堆疊主要是通過引線鍵合來實現,晶片和晶片之間的互連通過基板佈線來實現連接。 另外一種就是通過倒裝TSV互連來實現,這種封裝集成密度最高,但TSV成本很高,通常用於高性能計算等領域,如Hynix的HBM產品,Micron的HMC產品等。晶片最薄可以達到20μm, 即使多層堆疊,整體厚度也不大。由於晶片和晶片之間直接連接,對應I/O需要在晶片端設計好,此類晶片通常都是由同一供應商提供的套片。