晶圓級封裝是一項公認(rèn)成熟的工藝，元器件供應(yīng)商正尋求在更多應(yīng)用中使用WLP，而支持WLP的技術(shù)也正快速走向成熟。隨著元件供應(yīng)商正積極轉(zhuǎn)向WLP應(yīng)用，其使用范圍也在不斷擴大。

　　目前有5種成熟的工藝技術(shù)可用于晶圓凸起，每種技術(shù)有各自的優(yōu)缺點。其中金線柱焊接凸點和電解或化學(xué)鍍金焊接凸點主要用于引腳數(shù)較少的封裝應(yīng)用領(lǐng)域包括玻璃覆晶封裝、軟膜覆晶封裝和RF模塊。由于這類技術(shù)材料成本高、工序時間長，因此不適合I/O引腳多的封裝件。另一種技術(shù)是先置放焊球，再對預(yù)成形的焊球進(jìn)行回流焊處理，這種技術(shù)適用于引腳數(shù)多達(dá)300的封裝件。目前用得最多的兩種晶圓凸起工藝是電解或化學(xué)電鍍焊料，以及使用高精度壓印平臺的印刷焊膏。

　　印刷焊膏的優(yōu)點之一是設(shè)備投資少，這使很多晶圓凸起加工制造商都能進(jìn)入該市場，為半導(dǎo)體廠商服務(wù)。隨著WLP逐漸為商業(yè)市場所接受，全新晶圓凸起專業(yè)加工服務(wù)需求持續(xù)迅速增長。

　　實用工藝開發(fā)

　　很多新興應(yīng)用所需焊凸數(shù)量較少，這類應(yīng)用的關(guān)鍵要求是焊凸必須具有較大的橫截面，以降低無裸片封裝的電阻，因為器件的導(dǎo)通電阻RON主要來自這種DFPR，它最終會影響終端產(chǎn)品的效率和電池壽命。

　　最近，歐洲發(fā)起了一項開發(fā)焊球粘植技術(shù)的計劃，能使WLP應(yīng)用于直立式功率MOSFET，較之于標(biāo)準(zhǔn)的TO封裝能減小30%的封裝占位面積和90%的DFPR。該計劃由歐盟提供資助，目標(biāo)是開發(fā)出局域網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中無線便攜式設(shè)備應(yīng)用的下一代WLP封裝器件，包括實現(xiàn)高度小型化短程無線聯(lián)網(wǎng)基帶設(shè)備所需的SoC和功率放大器。

　　WLP技術(shù)已成功用于橫置式器件，但直立式結(jié)構(gòu)占位較小，較適合于移動應(yīng)用。實現(xiàn)直立式WLP功率器件的困難在于，生成焊凸前，需要將背面的連接觸點重新走線，引到晶圓的正面才能完成WLP封裝。重新走線需通過經(jīng)電鍍和填充微小導(dǎo)通孔來實現(xiàn)，這就要求很薄的晶圓，以達(dá)致合適的縱橫比。如果導(dǎo)通孔直徑為300μm，就得采用厚度150μm的晶圓以維持2：1的縱橫比。

　　為了完成MOSFET功率放大器所需WLP封裝工藝的開發(fā)，藍(lán)鯨計劃聯(lián)盟的成員DEK和柏林工業(yè)大學(xué)開發(fā)出一種焊球粘植工藝，可在直徑為6英寸的晶圓上以500μm的間距粘植直徑為300μm±10μm的焊球。

　　首先采用680μm厚的晶圓對工藝進(jìn)行初步驗證，之后才在更薄的150μm晶圓上成功實現(xiàn)焊球粘植。

　　焊球粘植工藝需要兩臺排成直線的印刷機。第一臺在晶圓焊盤上涂敷助焊劑；第二臺負(fù)責(zé)置放焊球并完成回流焊處理前的所有工序。

　　第一臺機器裝載晶圓，利用視像識別系統(tǒng)校準(zhǔn)位置，然后將助焊劑壓印在焊凸下金屬焊盤處。晶圓之后輸送到第二臺機器，把壓印了助焊劑的晶圓裝載到機器上，并對準(zhǔn)位置使其緊貼鋼板。焊球置放頭然后移到鋼板上面，同時分離焊球使其形成單層，再稍加正向力量將焊球推入開孔。

　　焊球置放可進(jìn)行多次，以確保所有開孔都被填充。藍(lán)鯨計劃已確定在每秒10mm的移動速度下進(jìn)行兩次置放操作達(dá)致99.9%以上的焊球置放良率。經(jīng)過植球后的晶圓將在機器的控制下按預(yù)設(shè)的速度往后移，脫離鋼板，并傳送到回流爐中。

　　在藍(lán)鯨計劃中，助焊劑采用絲網(wǎng)來涂敷，因此涂敷層可以很薄，每次工藝周期之間還使用了絲網(wǎng)助焊劑清洗技術(shù)。在焊球置放階段需要采用由兩層組成的“混合型”鋼板，以形成間隔，防止開孔被前一次印刷留下的助焊劑污染。

　　專為藍(lán)鯨計劃而開發(fā)的工藝采用了50μm厚、穿孔直徑為200μm的絲網(wǎng)進(jìn)行助焊劑印刷，外加總厚度為300μm的混合型鋼板用于焊球置放。

　　除了能夠涂敷大體積焊錫外，焊球粘植工藝的另一個優(yōu)點是所涂敷焊球的體積不會在回流處理后縮減，這樣可重復(fù)性便會更高，使到最終完成封裝件的焊凸高度更加均勻。

　　工藝邊界漸趨模糊

　　藍(lán)鯨計劃證明了焊球粘植是實用性強、良率高的WLP焊凸工藝技術(shù)。隨著這類封裝盛行，焊球粘植工藝將會獲越來越多的廠家所采納。對于已經(jīng)配備焊膏印刷功能的晶圓焊凸加工廠來說，采用這種技術(shù)尤其受益，因為大多數(shù)用于晶圓焊凸的印刷機都很容易轉(zhuǎn)向焊球粘植加工，并可轉(zhuǎn)換回來。

　　DEK的焊膏印刷和焊球粘植技術(shù)可實現(xiàn)這種功能互換。DEK印刷機兩種轉(zhuǎn)印頭設(shè)計都基于相同的技術(shù)，即ProFlowDirEKt壓印，因此均采用相同的印刷機接口。一臺合適的高精度批量壓印機能在10分鐘內(nèi)從一種生產(chǎn)工藝轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N。但在進(jìn)行焊球粘植前當(dāng)然需要插入助焊劑涂敷工序，如藍(lán)鯨計劃所述。

　　隨著越來越多晶圓焊凸專業(yè)廠家將焊膏印刷工藝用于WLP封裝，批量壓印技術(shù)開始在半導(dǎo)體封裝領(lǐng)域中廣泛普及。然而，大型EMS企業(yè)也走進(jìn)了WLP領(lǐng)域。封裝和板卡之間的邊界，以及封裝與組裝工藝之間的邊界日漸模糊，迫使企業(yè)必須具備晶圓級和芯片級工藝技術(shù)來為客戶服務(wù)。