先进封装的“四要素”

文章来源于SiP与先进封装技术

引 言 

说起传统封装，大家都会想到日月光ASE，安靠Amkor，长电JCET，华天HT，通富微电TF等这些封装大厂OSAT；说起先进封装，当今业界风头最盛的却是台积电TSMC，英特尔Intel，三星SAMSUNG等这些顶尖的半导体晶圆厂IC Foundry，这是为何呢？

如果你认为这些半导体晶圆大佬们似乎显得有些"不务正业"？

那你就大错特错了！传统封装的功能主要在于芯片保护、尺度放大、电气连接三项功能，先进封装和SiP在此基础上增加了“提升功能密度、缩短互联长度、进行系统重构”三项新功能。

正是由于这些新特点，使得先进封装和SiP的业务从OSAT拓展到了包括Foundry、OSAT和System系统厂商。

Foundry由于其先天具有的工艺优势，在先进封装领域可以独领风骚，系统厂商则是为了在封装内实现系统的功能开始重点关注SiP和先进封装。

那么，先进封装和传统封装的分界点到底在哪里？如何界定先进封装呢？这就是我们这篇文章要重点讨论的问题：先进封装的“四要素”。

先进封装的四要素 

先进封装的四要素是指：RDL，TSV，Bump，Wafer，任何一款封装，如果具备了四要素中的任意一个，都可以称之为先进封装。在先进封装的四要素中，RDL起着XY平面电气延伸的作用，TSV起着Z轴电气延伸的作用，Bump起着界面互联和应力缓冲的作用，Wafer则作为集成电路的载体以及RDL和TSV的介质和载体，如下图所示，为先进封装四要素的功能示意图。

首先，我们要明确，在特定的历史时期，先进封装只是一个相对的概念，现在的先进封装在未来可能就是传统封装。下图是作者根据四要素内在的先进性做了简单排序，大致如下：Bump → RDL → Wafer → TSV。

一般来说，出现的越早的技术其先进性就相对越低，出现越晚的技术其先进性就相对越高。下面，我们就逐一阐述先进封装的四要素。

1、Bump 

Bump是一种金属凸点，从倒装焊FlipChip出现就开始普遍应用了，Bump的形状也有多种，最常见的为球状和柱状，也有块状等其他形状，下图所示为各种类型的Bump。

Bump起着界面之间的电气互联和应力缓冲的作用，从Bondwire工艺发展到FlipChip工艺的过程中，Bump起到了至关重要的作用。
  随着工艺技术的发展，Bump的尺寸也变得越来越小，下图显示的是Bump尺寸的变化趋势。

可以看出， Bump尺寸从最初 Standard FlipChip的100um发展到现在最小的5um。

那么，会不会有一天，Bump小到不再需要了呢？

确实有这种可能，TSMC发布的SoIC技术中，最鲜明的特点是没有凸点（no-Bump）的键合结构，因此，该技术具有有更高的集成密度和更佳的运行性能。

2、RDL 

RDL（ReDistribution Layer）重布线层，起着XY平面电气延伸和互联的作用。
在芯片设计和制造时，IO Pad一般分布在芯片的边沿或者四周，这对于Bond Wire工艺来说自然很方便，但对于Flip Chip来说就有些勉为其难了。因此，RDL就派上用场了，在晶元表面沉积金属层和相应的介质层，并形成金属布线，对IO 端口进行重新布局，将其布局到新的，占位更为宽松的区域，并形成面阵列排布，如下图所示。

在先进封装的FIWLP (Fan-In Wafer Level Package) ，FOWLP (Fan-Out Wafer Level Package) 中，RDL是最为关键的技术，通过RDL将IO Pad进行扇入Fan-In或者扇出Fan-Out，形成不同类型的晶圆级封装。在2.5D IC集成中，除了硅基板上的TSV，RDL同样不可或缺，通过RDL将网络互联并分布到不同的位置，从而将硅基板上方芯片的Bump和基板下方的Bump连接。
  在3D IC集成中，对于上下堆叠是同一种芯片，通常TSV就可以直接完成电气互联功能了，而堆叠上下如果是不同类型芯片，则需要通过RDL重布线层将上下层芯片的IO进行对准，从而完成电气互联。随着工艺技术的发展，通过RDL形成的金属布线的线宽和线间距也会越来越小，从而提供更高的互联密度。

3、Wafer 

Wafer晶圆在当今半导体行业具有广泛的用途，既可以作为芯片制造的基底，也可以在Wafer上制作硅基板实现2.5D集成，同时可用于WLP晶圆级封装，作为WLP的承载晶圆。

Wafer最初仅用在芯片制造上，作为集成电路生产的载体，在Wafer上进行光刻、刻蚀、气相沉积、离子注入、研磨等工序，反复操作，精密控制，最终制造出集成电路芯片。随着先进封装技术的快速发展，Wafer的用途也变得越来越广泛。

传统封装是先进行裸芯片的切割分片，然后进行封装，而晶圆级封装WLP是在Wafer基础上先封装，然后切割分片。这就提高了封装效率，节省了成本，从而得到了广泛的应用。详细内容可参考新书《基于SiP技术的微系统》前面，我们讨论了，随着技术的发展，Bump和RDL会变得越来越细小，Bump甚至最终会消失，而Wafer则会变得越来越大，从早先的6英寸到8英寸到现在普遍应用的12英寸以及将来要广泛应用的18英寸，都体现了这样的特点，如下图所示。 

晶圆尺寸越大，同一圆片上可生产的IC就越多，可降低成本，提高效率，但对材料技术和生产技术的要求也会更高。从FIWLP、FOWLP到2.5D集成、3D集成，基本都是在Wafer基础上进行的。

4、TSV 

TSV（Through Silicon Via ）硅通孔，其主要功能是Z轴电气延伸和互联的作用。TSV按照集成类型的不同分为2.5D TSV和3D TSV，2.5D TSV是指的位于硅转接板Inteposer上的TSV，3D TSV 是指贯穿芯片体之中，连接上下层芯片的TSV，如下图所示。

下图所示为贯穿芯片体的3D TSV 的立体示意图。

TSV的制作可以集成到生产工艺的不同阶段，通常放在晶元制造阶段的叫 Via-first，放在封装阶段的叫Via-last。将TSV在晶圆制造过程中完成，此类硅通孔被称作Via-first。Via-first TSV又可分为两种阶段，一种是在Foundry厂前端金属互连之前进行，实现core-to-core的连接。该方案目前在微处理器等高性能器件领域研究较多，主要作为SoC的替代方案。另外一种是在CMOS完成之后再进行TSV的制作，然后完成器件制造和后端的封装。将TSV放在封装生产阶段，通常被称作Via-last，该方案可以不改变现有集成电路流程和设计。目前，业界已开始在高端的Flash和DRAM领域采用Via-last技术,即在芯片的周边进行硅通孔TSV制作，然后进行芯片或晶圆的层叠。

TSV的尺寸范围比较大，大的TSV直径可以超过100um，小的TSV直径小于1um。

随着工艺水平的提升，TSV可以做的越来越小，密度也越来越大，目前最先进的TSV工艺，可以在芝麻粒大小的1平方毫米硅片上制作高达10万~100万个TSV。

和 Bump以及RDL类似，TSV的尺寸也会随着工艺的提高变得越来越小，从而支撑更高密度的互联。

总 结 

RDL，TSV，Bump，Wafer是先进封装的四要素，任何一款封装，如果具备了四要素中的任意一个，都可以称之为先进封装。在先进封装四要素中，Wafer是载体和基底，RDL负责XY平面的延伸，TSV负责Z轴的延伸，Bump负责Wafer界面间的连接和应力缓冲。

这四要素中，一大三小，一大是指Wafer，三小是指Bump、RDL、TSV。随着技术和工艺的发展，大要素会越来越大，而小要素则会越来越小。

免责申明：本文内容来源于SiP与先进封装技术。文字、素材、图片版权等内容属于原作者，本站转载内容仅供大家分享学习。如果侵害了原著作人的合法权益，请及时与我们联系，我们会安排删除相关内容。

关键词：先艺电子、XianYi、先艺、金锡焊片、Au80Sn20焊片、低温共晶焊料、Solder Preform、芯片封装焊片供应商、芯片封装焊片生产厂家、低温钎焊片、太阳能电池片封装焊片、金锡合金焊片选型指南、预成形焊片尺寸选择、银基焊料、光伏焊带、金属外壳气密封装、共晶烧结、金锡烧结、金锡共晶烧结、共晶键合、合金焊料、预成形锡片、锡带、SMT锡片、低温锡带、激光巴条焊接、激光巴条封装、载带式预成形焊片、覆膜预成形焊片、热沉、heat sink、光电子封装、MEMS封装、IGBT焊料片、锡片、中高温焊片、IGBT焊料片、锡片、纳米焊膏、纳米银膏、微组装、微纳连接、金锡bump、激光巴条共晶、Gold Tin Alloy、Gold Tin Solder、晶振封盖、电镀金锡、锡箔、锡环、锡框、flux coating、TO-CAN共晶、共晶贴片、低温锡膏、锡膏喷印、锡铋合金、纳米银焊膏、纳米银胶、纳米银浆、烧结银浆、烧结银膏、烧结银胶、导热银膏、导热银胶、导热银浆、银烧结膏、银纳米膏、Ag sinter paste、submount、薄膜电路、无助焊剂焊片、圆环预成形焊片、方框预成形焊片、金属化光纤连接焊片、金基焊料 、金锗焊料、金硅焊料、器件封装焊料、预涂焊料盖板、预涂助焊剂、预置焊片、金锡封装、箔状焊片、预制焊锡片、预镀金锡、预涂金锡、Fluxless Solder、气密封装钎焊、陶瓷绝缘子封装、气密性封焊金锡热沉、金锡衬底、金锡焊料封装、芯片到玻璃基板贴片 (COG)、铟焊料封装、金锡薄膜、金锡合金薄膜、合金焊料、金锡焊料、Au50Cu50焊片、Au80Cu20焊片、Au焊片、Au88Ge12焊片、Au99Sb1焊片、Sn焊片、激光巴条金锡共晶焊、背金锡、预置金锡盖板、贴膜包装焊片、金锡薄膜热沉、SMT用预成形焊片、载带式预成形焊片、IGBT大功率器件封装、锡银焊料片、锡锑焊料片、中高温焊片、异形焊料片、金锡焊膏、金锡凸点、Au80Sn20、铟铅焊片、铟铅合金、锡铋焊片

先艺电子、xianyi、www.xianyichina.com

广州先艺电子科技有限公司是先进半导体封装连接材料制造商，我们可根据客户的要求定制专业配比的金、银、铜、锡、铟等焊料合金，加工成预成型焊片，更多资讯请看www.xianyichina.com，或关注微信公众号“先艺电子”。