传统封装流程

  1. 晶圆制造完成;
  2. 切割成单个芯片(Die);
  3. 把合格芯片贴装到封装基板上;
  4. 连线(打线或倒装);
  5. 注塑成型,形成封装体。

特点:每个芯片单独封装。

晶圆级封装(WLP)

思路反过来:在整片晶圆上完成封装的部分或全部工序,然后再切割。

优势:

  • 批量处理,效率高;
  • 封装后的尺寸接近芯片本身(芯片尺寸封装,CSP)——因为不需要额外的基板和引脚框;
  • 电学性能好(互连路径短)。

两种主要形式

扇入型(Fan-In WLP)

重新布线层(RDL)和焊球都分布在芯片面积内。

特点:封装尺寸 = 芯片尺寸。最小巧。

限制:I/O 数量受芯片面积限制(焊球间距有下限)。

应用:手机中的小芯片(如电源管理、射频前端、传感器)。

扇出型(Fan-Out WLP)

  1. 先把芯片从晶圆上切下来;
  2. 把这些芯片重新放置到一块载板上(间距更大);
  3. 用模塑料把芯片包覆,形成一块"重构晶圆";
  4. 在这块重构晶圆上做重新布线层(RDL),把 I/O 引出到芯片面积之外;
  5. 植球,最后切割。

优势:

  • I/O 数量不受芯片面积限制(可以"扇出"到更大的区域);
  • 可以把多个芯片封装在一起(这就是扇出型封装用于系统集成的基础);
  • 厚度薄、电性能好。

代表技术:台积电的 InFO(Integrated Fan-Out),被用于部分移动处理器;以及用于 2.5D 集成的 CoWoS。

重新布线层(RDL)

这是 WLP 的核心技术。

RDL用半导体工艺(光刻 + 电镀)在晶圆表面制作精细的金属布线,把芯片的焊盘重新分配到需要的位置。

由于用的是半导体工艺,RDL 的线宽/线距可以做到微米级——远精细于传统封装基板。

这使得高密度的芯片间互连成为可能,是 2.5D/3D 集成的技术基础。

硅通孔(TSV)

对于 3D 堆叠,需要在硅片内部制作垂直的导电通道。

TSV 工艺:刻蚀深孔 → 沉积绝缘层 → 填充金属(通常是铜)→ 减薄晶圆露出通孔。

TSV 使上下层芯片可以直接垂直互连,路径极短。

应用:HBM(前文提到)、3D NAND、堆叠式图像传感器。

一个产业意义

先进封装正在成为提升系统性能的重要手段。

当制程微缩的性价比下降时,通过封装层面的集成(Chiplet、2.5D、3D)来提升系统性能和集成度,成为一条重要路径。

这也是"超越摩尔(More than Moore)"的核心思路之一。

说明:本文为半导体封装的知识整理。