圆片级芯片尺寸封装工艺流程与技术

圆片级芯片尺寸封装（WLCSP）是指在圆片状态下完成再布线，凸点下金属和焊锡球的制备，以及圆片级的探针测试，然后再将圆片进行背面研磨减薄，最终切割形成单颗芯片的一种封装形式。该种封装的最终的封装尺寸与芯片的尺寸相同，通过芯片表面的焊锡球凸点与 PCB 形成连接。

圆片级芯片尺寸封装源自于倒装芯片技术。20世纪60年代，美国 IBM 公司首先研发了可控塌陷芯片连接（C4）技术;20世纪90年代，-些拥有圆片凸块技术的公司研发了圆片级芯片尺寸封装技术。

圆片级芯片尺寸封装的主要优势是轻、薄、短、小，主要用于手机等便携产品中，包括电源管理器件（PMIC)、集成无源组件（ID)、电可擦可编程只读存储器（EEPROM)、射频前端 （RF Front End) 等。

由于需要将 WICSP 直按组装到 PCB 上，受制于 PCB 技术及表面贴装工艺能力，目前 WLCSP 的焊球节距较大，通常为 0. 5mm 或 0.4mom。由于硅芯片与PCB 的热膨胩系数不同，较大的芯片尺寸会因存在较大的热应力而导致焊锡球的热疲劳失效，所以 WICSP 的封装尺寸通常都小于 6mmx6mm。

按照芯片10端子铝垫位置与焊锡球相对位置的差异，WLCSP 可分为 BoP-WICSP ( Bump on Pad- WLCSP)和 RDL-WICSP ( Redistribution Laver- WICSP)两类。如果芯片表面的I/0端子已经按照最终封装焊球的位置进行阵列排布，这样可以直接在铝垫的上方生长 UBM (Under Bump Metalization）并放置焊球；如果芯片上的I/0 端子铝垫不是阵列分布，或者其位置与最终焊球的位置不同，需要通过再布线对I/0端子的位置进行再分布。

市场上也有一种特殊的 WLCSP 结构，其商业名称为 Super CSP。与上述WICSP 不同，其凸点下金属层为厚的铜柱 （Cu Metal Post)，且铜柱被包封材料包覆，如下图所示。

在 BOP-WICSP 和 RDL-WLCSP 中，为了缓解焊球凸点和再布线层对芯片产生的应力，会在芯片表面和再布线层表面涂覆一层高分子薄膜材料，该层高分子薄膜材料层称为再钝化层（Repassivation Layer)。目前，业界主要使用的再钝化层材料有聚酰亚胺（Polymide， FI)、聚苯并咪唑 (Polybenzoxazole, PBO)和苯并环丁烯 (Benzocyclobutene, BCB)。

目前再布线层主要采用两种材料，一种是采用腐蚀方法加工的铝再布线层，另一种是采用电镀方式形成的铜再布线层。通常，铝再布线层的金属厚度为1~4um；采用电镀铜工艺的再布线层厚度可以达到 10um，其对电流的承载能力强于铝再布线层，因此对于需要承载大电流的电源管理类器件，通常会选用电镀铜再布线工艺。

凸点下金属层是连接焊锡凸点与芯片最终金属层（铝垫或再布线层）的中间层，需要在芯片与凸点之间形成良好的电气连接。凸点下金属层需要包含界面扩散阻挡层和与焊锡凸点的反 应润湿层。凸点下金属层通常采用溅射或溅射加电镀的方式来制备，材料组合有 Ti(SP) /Cu(SP)/Cu (PL)、TW (SP)/Cu(SP)/Cu(PL)、Ti(SP)/Cu (SP)/Ni(PL) 、Ti( SP)/NiV ( SP)、CI ( SP )/NiY(SP)等（说明：括号内标示usp，代表溅射，“PL”代表电镀)。在某些产品中，也会采用化学镀镍金作为凸点下金属层。

下图所示为典型的 RDL-WICSP 前道凸点工艺流程。

完成凸点工艺后，还要进行后段封装工艺，主要包合圆片探针测试、圆片减薄、切割和编带等，如下图所示。

审核编辑：刘清