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打开你的智能手机机身,你是否看到小的黑色矩形卡在电路板上?那些黑色的矩形是封装好的芯片。外部芯片结构保护内部脆弱的集成电路,并散热,保持芯片彼此隔离,重要的是,提供与电路板和其他元件的连接。制造这些保护结构和连接的制造步骤统称为“封装”。
晶圆级封装
在传统的封装中,完成的晶片被切割成单个的芯片,然后这些芯片被结合和封装。晶片级封装(WLP),顾名思义,包括在管芯还在晶片上时封装管芯:保护层可以结合到晶片的顶部和/或底部,然后准备电连接,并将晶片切割成单个芯片。举个烘焙的例子,传统的包装类似于给单个纸杯蛋糕蒙上糖霜,而WLP就像给整个蛋糕蒙上糖霜,然后把它切成小块。因为侧面没有WLP涂层,所以最终封装的芯片尺寸很小(与芯片本身的尺寸大致相同),这是我们的智能手机等足迹敏感型设备的一个重要考虑因素。其他优势包括简化的制造和在切割前测试芯片功能的能力。
凸点和倒装芯片
芯片和电路板之间最简单的电连接之一可以用导电材料的小球制成,称为凸点。然后,可以将凸起的芯片上下翻转并对齐,使凸起与电路板上的匹配焊盘相连。与传统的引线键合相比,倒装芯片键合有几个优点,包括封装尺寸小和器件速度更快。
凸块可以通过扩展传统的晶片制造方法来实现。芯片制造完成后,制造凸块下金属化(UBM)焊盘以连接到芯片电路,然后在焊盘上沉积凸块。焊料是最常用的凸块材料,尽管也可以根据应用使用替代材料,如金、铜或钴。对于高密度互连或细间距应用,可以使用铜柱。当焊料凸块在连接过程中扩散时,铜柱保持其形状,这允许它们更紧密地放置在一起。
再分配层
重新定位或重新分配接触点是另一项可以在晶圆级高效完成的技术。重新分布层(RDL)用于将连接重新路由到所需位置。例如,位于芯片中心的凸块阵列可以重新分布到芯片边缘附近的位置。重新分布点的能力可以实现更高的接触密度,并实现后续的封装步骤。这个“扇入”过程也创造了一个最小的可用包。
重新分配过程在晶片表面上增加了另一组层。淀积一层电介质膜用于电绝缘,然后暴露出原来的焊盘。沉积金属线以将焊盘重新定位到期望的位置,并且构建凸块下金属化层以支撑焊料(或其他金属)凸块。
扇出WLP
重新分配过程也可以用来扩展或“扇出”连接点。这可能是需要的,例如,当芯片尺寸缩小,同时需要相同数量的接触点时。一种解决方案是将触点扇出芯片尺寸之外。这项技术的一个引人注目的应用是改善了电气和热性能,同时降低了整体封装高度。
扇出晶片级封装(FOWLP)通常包括首先将前端处理的晶片切割成单个管芯。这些管芯然后在载体结构上间隔开,并且间隙被填充以形成重构的晶片。一旦人造晶片被制造出来,就可以使用WLP处理将触点重新分布到原始管芯的周边之外。
硅通孔
虽然凸块和RDL效应可能会减少电路板上芯片的使用面积,但当芯片堆叠时,空间使用会更加有效。更好的是,堆叠是一种提高多个芯片电气性能的策略。引线键合是制造堆叠组件的一种方式,硅通孔(TSV)已经成为一种有吸引力的替代方案,可以提供更小的尺寸。TSV是通过芯片的整个厚度的电连接,创建从芯片的一侧到另一侧的最短可能路径。芯片之间较短的互连长度也意味着更低的功耗和更大的带宽。
在一种常见的制造硅通孔的方法中,通孔(孔)从晶片正面蚀刻到一定深度。然后通过沉积导电材料(通常是铜)将其隔离并填充。在芯片制造完成之后,晶片从背面变薄以暴露通孔,并且金属沉积在晶片的背面以完成TSV互连。
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