先进高性能计算芯片中的扇出式封装

Chip First工艺

自从Fan-Out封装问世以来，经过多年的技术发展，扇出式封装已经形成了多种封装流程、封装结构以适应不同产品需要，根据工艺流程，可以分为先贴芯片后加工RDL的Chip First工艺和先制作RDL后贴装芯片的Chip Last工艺两大类，其中， 结构相对简单的是采用Chip First工艺的eWLB ，该结构如图1所示：

图1 eWLB结构

其工艺流程如下：

1

将切割好的芯片Pad面向下粘贴在带临时键合胶的载片上；

2

从芯片背面对载片进行灌胶塑封；

3

移除临时载片形成塑封后的二次晶圆（扇出式晶圆）；

4

去除Pad上的残留胶并在Pad面形成RDL层；

5

在RDL层上植球并切割成单个成品。

此技术的优势是 制程相对简单，成本优势明显 。但由于移除载片后，扇出晶圆的翘曲难以控制，对RDL线路的生长技术提出了挑战，难以制作高密度的RDL，因此该技术主要应用于布线密度较低的中低端的产品。

真正让Chip First扇出式封装成为行业热点的原因无疑是因为台积电（TSMC）在2016年在I-phone7中使用了InFO^TM^结构，该结构如图2所示。

图2 台积电InFO产品结构

其工艺流程如下：

1

在晶圆Pad上制作一层预制铜柱；

2

将切割好的芯片Pad面向上粘贴在带临时键合胶的载片上；

3

对载片进行灌胶塑封；

4

对塑封好的扇出晶圆进行研磨，露出预制铜柱的顶部；

5

在预制铜柱的顶部进一步制作RDL及植球移除载片；

6

将完成植球的扇出式晶圆切割成单个成品。

该技术由于布线工艺在载片上完成，没有翘曲等因素的影响，因而能够实现高密度布线，同时整体封装厚度也能控制的很低，多应用在高端手机处理器等高价值芯片上。缺点是工艺控制要求高，而且RDL良率直接会影响到芯片成品率，因此最终成品价格较高。

以上方式都是先贴芯片后制作RDL的工艺，所以称为Chip-First工艺，如果先制作RDL，然后在RDL上贴装芯片，便称为Chip-Last工艺。此工艺需要在RDL上倒装植球后的芯片，通常适用于空间要求略高的FcBGA产品，但由于只在检验合格的RDL上贴装芯片，可避免RDL工程良率给芯片带来的损失，因此对于价格昂贵的高端芯片而言，有较明显的价格优势。

长电科技Chip Last工艺

长电科技2021年7月正式推出了一款使用Chip-Last封装工艺的高密度扇出式封装 — XDFOI ^TM^ -FcBGA-H，该产品的结构如下：

图3 JCET XDFOI ^TM^ -FcBGA-H封装结构

其工艺流程如下：

1

在带临时键合胶的载片上制作RDL线路层；

2

倒装焊接上已植球切割好的芯片；

3

芯片底部焊接区域进行底部填充，再对整张贴好芯片的基板进行整体塑封；

4

移除载片并在圆片底部形成Bump；

5

对此整个扇出式原片进行研磨与切割后形成XDFOI^TM^ Fan-Out Unit颗粒；

6

将Fan-Out Unit倒装封装在基板上并进行底部填充；

7

贴装散热盖及植球，最终形成XDFOI ^TM^ -FcBGA-H封装。

此技术的优点在于：避免了RDL良率造成的芯片损失，具有更高的成本竞争力，且直接在载片上布线RDL，简化了工艺。另外RDL的布线间距也可以达到2um水准，大大提高布线密度，能满足高性能产品封装需求。

Fan-Out封装发展趋势

随着Chip-Let技术会越来越得到半导体业界的重视，封装技术的发展已经成为了半导体行业发展的重要支点，而先进高密度Fan-Out封装也必然是发展中的热点。

根据目前的发展趋势看，Fan-Out封装主要有以下几个发展趋势：

01｜高密度布线

根据行业发展预测，下一代Fan-Out技术RDL的布线间距将达到1um以下，这将对RDL布线技术的发展提出进一步挑战。

02｜产品大型化

由于突破了单个硅芯片限制， 多Die合封的封装单元尺寸很容易突破原有单颗硅芯片常规上限（通常为830mm ^2^ ）的限制，各大OSAT的合封单元目标都在1500mm^2^以上，有的面积甚至将达到2500mm ^2^ ，这对封装工艺以及封装材料开发提出了巨大的挑战。

03｜封装结构复杂化

在Chip-Let技术发展路线图中，芯片互联种类越来越复杂，不仅有RDL互联，还有硅基板Interposer互联，桥接芯片互联等封装方式都在快速发展中。封装模式的多元化对制程能力开发也提出了更高的要求。

台积电、Intel、Samsung等国际顶尖半导体公司都已成功进军先进封装市场。各大先进半导体公司都确立发展高密度扇出式封装为技术战略方向。值此变革之时，长电科技紧跟时代潮流，在先进封装上积极投入，率先在国内开发出了自己的先进高密度Fan-Out封装。长电科技不但要在国内企业中保持技术领先优势，还要进一步开拓进取，继续在先进封装上加大研发力度，力争在后摩尔时代的半导体技术开发的国际竞争中占得先机。