受电子产品的小、轻、薄的驱动,封装领域也是不断开发出新的封装type。上一章就有说到CSP封装就是比较革命性的产品,Size是裸芯片的1.2倍甚至同等大小,尤其随着移动电子的兴起,这种裸芯片封装(Wafer Level CSP)封装已经是最小最省钱的封装方式了,虽然前期需要RDL的光罩费用,但是它省去了Leadframe的费用,直接solder bump焊接到主板上即可。

CSP(Chip-Scale or Chipe-Size Package)的concept起源于1990s,follow的是IPC/JEDEC J-STD-012标准,它主要应用于Low pin count的EEPROMs、ASICs 以及microprocessors (MCU)等,尤其当Wafer越大而Die又越小的时候,其成本会更有优势。

CSP封装主要的步骤为: 把die mount到epoxy interposer上,再用wire bond (gold or Al)将PAD和基板连接起来,第三步用MoLDIng Plastic封装保护Die和Wire,最后再将Solder ball贴到Interposer底部。

flip chip属于几级封装(晶圆级封装WLCSP)(1)

当然上面的wire bond会让封装比起die size还要大一点。而且从die到lead frame上的导线还有连接阻抗的,后来发展到用bump代替wire bond,所以就发展到Flip chip代替Wire bond封装,这样就节省了wire bond的空间了,所以就可以做到Die几乎等size的package了。

flip chip属于几级封装(晶圆级封装WLCSP)(2)

那说到倒片封装(FC: Flip-Chip),自然就要讲到这个bump了,不可能把die切割了再去长这个bump吧,所以必须在Wafer还没切割之前就做完这个process,所以就叫做Wafer Level CSP封装了 (WLCSP)。

Flip-Chip封装主要的三个步骤,Die上长bumps,脸朝下把长好球的die贴倒贴到衬底或者基板上,然后填充(underfilling)。

WLCSP现在已经是封装技术的主流,主要有两种,一种是直接BOP (Bump On Pad),还有一种是RDL (Redistribution Layer)。BOP技术还需要根据是否需要Polymer做re-passivation,再分为BON(Bump on SiN)和BOR (Bump on Repassivation)。BOP广泛应用于Analog/Power封装,它由于电流是直接垂直流过,没有横向RDL,所以对于功率器件封装很有优势,Cost也很低,但是它的Pin count比较有限,所以才发展到RDL Bump。BOP是直接把UBM/Bump锚在Top Metal的PAD上,而RDL Bump是用Polymer (Polyimide或PBO) 隔离并布线并且把Bump与device surface隔开。

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再简单讲一下RDL Bump 铜柱的工艺流程吧,和FAB工艺差不多吧,四层光罩即可。RDL之间的dielectric用Polyimide隔离。Metal可以用电镀长上去(Seed用Sputter)。

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成型之后的RDL Bump就是如下图的样子:

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最早的WLCSP是Fan-In的,意思就是bump全部长在die上,而die和Pad的连接主要就是靠RDL的Metal Line来连接的。与之对应的就是Fan-Out的WLCSP封装,这就是把bump长到chip外面去了 (1.2倍),面积大点,bump的压力不会对芯片造成损伤。

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讲solder ball之前,还是总结一下Flip-Chip和WLCSP之间到底区别是什么?Flip-chip一般还是需要衬底的,只是它通过solder ball倒装贴上去的(代替Wire bond)而已,而WLCSP是把长好的球做好之后直接贴到PCB板上去。

好了,不管是Flip-Chip还是WLCSP都需要一个东西叫做Solder Ball (锡球),那接下来该讲解Solder Ball了,这些Bump是怎么长上去的。

先讲讲为啥用锡球?那就要回答一个问题,Solder Ball的技术要求是什么?

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