晶圓級封裝(WLCSP) & 倒片封裝(Flip-Chip) - IT閱讀

Non-Flip Chip Packages with a "G " Pb-free code are RoHS 6 of 6 ... 講solder ball之前，還是總結一下Flip-Chip和WLCSP之間到底區別是什麼？ 晶圓級封裝(WLCSP)&倒片封裝(Flip-Chip) 首頁 最新 HTML CSS JavaScript jQuery Python3 Python2 Java C C++ Go SQL 首頁 最新 Search 晶圓級封裝(WLCSP)&倒片封裝(Flip-Chip) 2019-01-26254 FPGA封裝比如CSG，G（green）表示無鉛； https://china.xilinx.com/support/answers/15023.html Howdo"G"and"V"packagedesignatorsdifferwithrespecttoRoHS? Description IsthereanydesignationinthemarkingsthatshowsapackageisRoHScompliant/leadfree?  Whatdothe"V"and"G"representinthepackagename?   HowarethesepackagingdifferencesspecifiedintheXilinxDesignTools? 解決方案 TodesignateapackageasRoHSorleadfreeXilinxhasaPb-freecodeinthepackagename.  APb-freecodeof"G"or"V"wouldrepresentapackagethatisRoHScompliant.  Thereareafewkeydifferencesbetween"G"and"V"typepackages: Non-FlipChipPackageswitha"G"Pb-freecodeareRoHS6of6compliant.Forflip-chippackagesonly(FF,FB,SB,FL,SF,andBF),a"G"indicatesthatapackageisRoHS6of6compliant,withExemption15[Leadinsolderstocompleteaviableelectricalconnectionbetweenthesemiconductordieandcarrierwithintheintegrated circuit].A"V"Pb-freecodeforFlip-ChippackagesindicatesthatapackageisRoHS6of6compliantwithouttheuseofExemption15. TheXilinxsoftwaretoolscurrentlyonlyshoweitheraPbpackagecodesuchasFF(Virtex-6andSpartan-6familiesandearlier),oraPb-freepackagecodesuchasFFGorFFV,(7seriesandlater).  Vivado2015.1andlaterhavebothFFGandFFVoptionsforselected7seriesandZynq-7000devicesthatwillbeavailableinbothpackagetypes.  ContactyoursalespersonforinformationonavailabilityoftheFFVpackagetype. DesignstargetingadifferentPb-freepackagecodecanusetheoneavailableinthetools,astherearenoimplementationdifferencesbetweendesignsforFF,FFG,orFFVpackages. IfonlytheFFcodeisavailableinthetools,useittoimplementadesignforanFFGpackage. Refertothedocumentationforspecificsolderingandthermalcharacteristicsandguidelinesforagivenpackage. 上一篇文章《封裝/package》把封裝的分類和大概的框架基本上講完了，這裡在專門講一下現在比較流行的CSP封裝和Flip-Chip封裝吧。

受電子產品的小、輕、薄的驅動，封裝領域也是不斷開發出新的封裝type。

上一章就有說到CSP封裝就是比較革命性的產品，Size是裸晶片的1.2倍甚至同等大小，尤其隨著移動電子的興起，這種裸晶片封裝(WaferLevelCSP)封裝已經是最小最省錢的封裝方式了，雖然前期需要RDL的光罩費用，但是它省去了Leadframe的費用，直接solderbump焊接到主機板上即可。

CSP(Chip-ScaleorChipe-SizePackage)的concept起源於1990s，follow的是IPC/JEDECJ-STD-012標準，它主要應用於Lowpincount的EEPROMs、ASICs以及microprocessors(MCU)等，尤其當Wafer越大而Die又越小的時候，其成本會更有優勢。

CSP封裝主要的步驟為：把diemount到epoxyinterposer上，再用wirebond(goldorAl)將PAD和基板連線起來，第三步用MoldingPlastic封裝保護Die和Wire，最後再將Solderball貼到Interposer底部。

當然上面的wirebond會讓封裝比起diesize還要大一點。

而且從die到leadframe上的導線還有連線阻抗的，後來發展到用bump代替wirebond，所以就發展到Flipchip代替Wirebond封裝，這樣就節省了wirebond的空間了，所以就可以做到Die幾乎等size的package了。

那說到倒片封裝(FC:Flip-Chip)，自然就要講到這個bump了，不可能把die切割了再去長這個bump吧，所以必須在Wafer還沒切割之前就做完這個process，所以就叫做WaferLevelCSP封裝了(WLCSP)。

Flip-Chip封裝主要的三個步驟，Die上長bumps，臉朝下把長好球的die貼倒貼到襯底或者基板上，然後填充(underfilling)。

WLCSP現在已經是封裝技術的主流，主要有兩種，一種是直接BOP(BumpOnPad)，還有一種是RDL(RedistributionLayer)。

BOP技術還需要根據是否需要Polymer做re-passivation，再分為BON(BumponSiN)和BOR(BumponRepassivation)。

BOP廣泛應用於Analog/Power封裝，它由於電流是直接垂直流過，沒有橫向RDL，所以對於功率器件封裝很有優勢，Cost也很低，但是它的Pin count比較有限，所以才發展到RDL+Bump。

BOP是直接把UBM/Bump錨在TopMetal的PAD上，而RDL+Bump是用Polymer(Polyimide或PBO)隔離並佈線並且把Bump與devicesurface隔開。

再簡單講一下RDL+Bump+銅柱的工藝流程吧，和FAB工藝差不多吧，四層光罩即可。

RDL之間的dielectric用Polyimide隔離。

Metal可以用電鍍長上去(Seed用Sputter)。

成型之後的RDL+Bump就是如下圖的樣子： 最早的WLCSP是Fan-In的，意思就是bump全部長在die上，而die和Pad的連線主要就是靠RDL的MetalLine來連線的。

與之對應的就是Fan-Out的WLCSP封裝，這就是把bump長到chip外面去了(1.2倍)，面積大點，bump的壓力不會對晶片造成損傷。

講solderball之前，還是總結一下Flip-Chip和WLCSP之間到底區別是什麼？Flip-chip一般還是需要襯底的，只是它通過solderball倒裝貼上去的(代替Wirebond)而已，而WLCSP是把長好的球做好之後直接貼到PCB板上去。

好了，不管是Flip-Chip還是WLCSP都需要一個東西叫做SolderBall(錫球)，那接下來該講解SolderBall了，這些Bump是怎麼長上去的。

先講講為啥用錫球？那就要回答一個問題，SolderBall的技術要求是什麼？ 1)FullyFreflowable：類似焊錫熔融才能連線，那焊錫的要求就是加熱不能隨意流動，必須往中間聚攏(Self-Center)，而且易坍塌(Collapse)，這就是焊錫的特點。

2)可控的Alloy成分:一般用10~15%的錫鉛合金(63Sn/Pb)能提高液態溫度到200~215C。

3)能相容各種Alloy要求：比如共晶Sn/Pb(Eutectic)，HighPb，以及SonyGreen提出的Pb-Free等各種Alloy來適應市場要求。

4)能控制Bump高度確保良率，厚度deviation<2.5um。

錫球的大小一般是150um,Pitch約0.5mm。

也有uBump尺寸在75~130um，也有用300~500um的。

一般SolderBallBump成分是錫鉛共晶(Sn63Pb37)，但是現在環境汙染的要求(RoHS)推出無鉛錫球等，但不管怎麼變技術上重點是組裝回流焊的溫度曲線必須滿足特定溫度上保持一段時間(thermalbudget)穩定。

錫球工藝一般採取的工藝有:蒸發(Evaporation)、電鍍(Electroplating)、印刷(Screenprinting)、或針孔沉積(Needledepositing)等，但是Solderball不是直接與PadMetal連線的，類似FAB的Metal一樣，必須要有Adhesion和BarrierLayer，而這層過渡的Metal就是UBM(UnderBumpMetallization)，作用當然就是Adhesion和Barrier了，而且要求必須接觸電阻低。

而這個UBM通常採用Sputter或電鍍的方式都可以實現。

最後用常用的電鍍法講述錫球形成的過程(最後一步Bump Shaping是通過第六步的形狀迴流後包裹成型的)。

好了，至此就講完了WLCSP和Flip-chip了(技術細節請參閱《Wafer-LevelChip-ScalePackaging》--ShichunQu,YongLiu,SpringerScience)，這也是現在中低端消費類市場的主流封裝模式了，高階市場當然就是SiP的3D封裝了，再開一篇吧。

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