WLP技术的的后端加工.doc

WLP 技术的后端加工摘要：随着市场对产品轻薄短小方向的追求，WLP技术的后端加工同样受到在生产技术上的挑战。本文主要阐述了对影响轻薄产品质量的主要生产工序及其技术改进。关键词：工序调整及技术改进作者：刘飞 安靠封装测试（上海）有限公司目录1. 晶圆级封装的背景2. 晶圆级封装技术的现状3. 传统的后段加工工序调整及技术创新4. 结论 晶圆级封装WLP(wafer level Package)具有在尺寸小、电性能优良、散热好、性价比高等方面的优势,近年来发展迅速。本文概述了WLP封装近几年的发展情况,并介绍了它的发展背景，后端加工工艺流程,及应对市场需求的技术改进。晶圆级封装的背景 晶圆级封装技术源自于倒装芯片。晶圆级封装的开发主要是由集成器件制造厂家（IBM）率先启动。1964年，美国IBM公司在其M360计算器中最先采用了FCOB焊料凸点倒装芯片器件。1969年，美Delco公司在汽车中使用了焊料凸点器件。二十世纪70年代，NEC、日立等日本公司开始在一些计算器和超级计算器中采用FCOB器件。到了二十世纪90年代，世界上成立了诸如Kulicke and Soffas Flip Chip Division、Unitive、Fujitsu Tohoku Electronics、IC Interconnect等众多晶圆凸点的制造公司，这些公司拥有的基础技术是电镀工艺与焊膏工艺。这些公司利用凸点技术和薄膜再分布技术开发了晶圆级封装技术。FCD公司和富士通公司的超级CSP（Ultra CSP与Supper CSP）是首批进入市场的晶圆级封装产品。 1999年，晶圆凸点的制造公司开始给主要的封装配套厂家发放技术许可证。这样，倒装芯片和晶圆级封装也就逐渐在世界各地推广开来。例如，台湾的ASE公司和Siliconware公司以及韩国的Amkor公司就是按照FCD公司的技术授权来制造超级CSP（Ultra CSP）的。晶圆级封装技术的现状 随着IC芯片技术的发展，芯片封装技术也不断达到新的水平，目前已可在单芯片上实现系统的集成。在众多的新型封装技术中，晶圆级封装技术最具创新性、最受世人瞩目，是封装技术取得革命性突破的标志。晶圆级封装技术的构思是在整片晶圆上进行CSP封装技术的制造，也就是在晶圆级基本完成了大部分的封装工作。因此，晶圆级封装结构，则可省略覆晶技术点胶的步骤，目前可采用弹性体或是类弹性体来抵消应力，而这些弹性体的制程，可在整片晶圆上完成，因此省去了对一个个组件分别点胶的复杂制程。方形晶圆封装技术的设计理念，首先为增加组件与底材之间的距离，亦即选用更大的锡铅焊料球实现导电性，现有的晶圆级封装技术，采用重新布局技术来加大锡铅焊料球的间距，以达到加大锡铅焊料球体积的需求，进而降低并承受由基板与组件之间热膨胀差异而产生的应力，提高组件的可靠性。晶圆级封装和晶圆级芯片尺寸封装（WLCSP）是同一概念，它是芯片尺寸封装的一个突破性进展，表示的是一类电路封装完成后仍以晶圆形式存在的封装，其流行的主要原因是它可将封装尺寸减小到和IC芯片一样大小以及其加工的成本低，晶圆级封装目前正以惊人的速度增长，推动这种增长的器件主要是集成电路、无源组件、高性能存储器和较少引脚数的器件。 随着市场对产品越来越轻薄短小的最求，芯片尺寸变得越来越小，晶圆厚度越来越薄，也导致在加工过程中，容易造成产品破裂，从而对晶圆封装的后段加工产生挑战，促进后段加工的制程改进，以适应产品的需求。传统的后段加工工序调整及技术创新 传统后段加工流程图： （图1）从以上流程图可以知道，传统后段工艺流程所需要的各道工序。从目前产线生产来看，工序与工序之间需要人员传送作业，这这对于日益变薄的晶圆来说，很容易造成晶圆破裂。而发生晶圆破裂的工序则是在从晶圆研磨结束到芯片切割之前这一段有较大影响。我们知道，在晶圆加工过程中，研磨之前的晶圆厚度较大，不容易产生破裂，而晶圆切割之前，会增加金属环（Ring）及有粘性的蓝膜(Dicing tape)固定晶圆，到分成单体芯片后，将不会容易产生破裂，因次，我们要克服的是，在晶圆研磨之后到芯片切割之前这一段的破裂风险。那么我们要如何克服这段工序的破裂风险呢？（图2）考虑到金属环跟蓝膜对晶圆可以起到有效的保护，我们会想到，是否在芯片切割之前的工序，都可以有金属环的保护，或者从开始使用金属环到使用金属环之前，尽量减少人员接触的机会。 于是，循着这种思维方向，工厂根据实际生产情况，开始采用晶圆研磨inline module模式，从晶圆研磨开始，把晶圆背面研磨-晶圆正面贴膜-晶圆正面除模-晶圆背面贴膜-背面贴膜烘烤-镭射前固定贴膜，几道工序全部在合并在一道工序中，进行镭射刻印之前的工序加工，也就是说，从晶圆研磨开始，一直到镭射前固定贴膜，要全部在同一台设备中自动完成，从而较少晶圆的人为转移，降低晶圆破裂风险。(图3)工序改变后晶圆破裂数量的追踪：工作周第一周第二周第三周第四周第五周晶圆破裂数量（片）00000 对照前后生产工序定义（图1，图3）， 我不难发现，之前工序“切割前固定贴膜”变成了“镭射前固定贴膜”，并且固定贴膜工序由芯片切割之前移到了镭射刻印之前，并在inline module模式下完成，这也是出于减少人员转移产品次数的考量。同时，这意味着，之前镭射刻印直接作用在芯片表面，将变成芯片透膜镭射刻印。 工厂使用传统工艺参数去做镭射刻印，很快发现了不能被产品接受的问题:1. 蓝膜残留（图4）2. 刻印内容断断续续，不清楚（图4）3. 蓝膜与晶圆之间产生气泡（图5） 图4 图5调查发现，因为蓝膜对激光有反射作用，造成到达芯片表面的激光能量不足，从而导致刻印内容的不清楚，因此考虑增加激光强度，但工序随之发现，过大的激光强度会造成气泡产生，及蓝膜表面残留。因此，降低激光能量强度，但同时要求刻印内容清楚，成了首要问题。 要降低激光强度，避免气泡及蓝膜残留现象，又要刻印内容清楚，表面看来，似乎存在着两个极端的矛盾，但从另一方面考虑，我们可以想办法避免蓝膜反射，从而在不提高设备激光强度的请况下，到达芯片表面的能量也达到产品需求。 因此，我们考滤使用无色透明膜来实现这一要求。同时，由之前的黑色字体刻印改为白色字体刻印(图6)，以降低激光能量需求。经过实验得到最佳能量设定值为0.26W,当然，该值仅供参考，应根据不同的生产条件，设备型号做相应调整。 图6镭射刻印失败数量统计：工作周第一周第二周第三周第四周第五周晶圆破裂数量（颗）00000 而后工序就到了芯片切割，之后工序则跟一般产品相同，目前工程已经该生产工序投入量产使用，得到很好的生产效果。 对于