在半導(dǎo)體領(lǐng)域，晶圓級封裝憑借其在提升芯片性能、縮小封裝尺寸等方面的顯著優(yōu)勢，成為行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵方向。錫膏作為實(shí)現(xiàn)電氣連接與機(jī)械固定的關(guān)鍵材料，在晶圓級封裝的多種工藝中扮演著不可或缺的角色。今天，傲牛科技的工程師從錫膏廠家的視角，深入探討晶圓級封裝的常見工藝，以及錫膏在其中的具體應(yīng)用環(huán)節(jié)、所涉及的工藝與設(shè)備。

一、晶圓級封裝常見工藝

晶圓級封裝主要包括扇入型（Fan-In）、扇出型（Fan- Out）、倒裝芯片（Flip Chip）及硅通孔（TSV）封裝等工藝。

1、扇入型晶圓級芯片封裝（Fan-In WLCSP）

該工藝是在晶圓切割前，將芯片的輸入輸出（I/O）引腳重新分布在芯片有源區(qū)周圍，實(shí)現(xiàn)芯片尺寸與封裝尺寸的接近。其基本流程為：先在晶圓表面通過濺射工藝形成金屬膜，接著涂覆光刻膠并利用光刻工藝?yán)L制電路圖案，隨后進(jìn)行銅電鍍形成金屬引線，去除光刻膠和多余金屬膜后，制備絕緣層（阻焊層），再通過光刻去除錫球放置區(qū)域的絕緣層，最后進(jìn)行植球工藝。

2、扇出型晶圓級芯片封裝（Fan-Out WLCSP）

扇出型工藝則突破了芯片原有的邊界限制，將芯片的 I/O 引腳擴(kuò)展到芯片之外。其操作過程是，先在載片上貼附薄膜，切割晶圓后把優(yōu)質(zhì)芯片按間距貼在薄膜上，對芯片間隔區(qū)域進(jìn)行模塑形成新形狀，移除載片和薄膜，然后在新晶圓上利用設(shè)備創(chuàng)建金屬導(dǎo)線，并附著錫球，最后切割成獨(dú)立封裝體。

3、倒裝芯片封裝（Flip Chip）

倒裝芯片封裝是將芯片有源面朝下，通過凸點(diǎn)與基板直接互連。在晶圓階段，需先制作凸點(diǎn)下金屬層（UBM），再通過光刻、電鍍等工藝形成凸點(diǎn)，凸點(diǎn)材料常為銅柱搭配錫銀合金等焊料，之后進(jìn)行回流焊使凸點(diǎn)成球。

4、硅通孔封裝（TSV）

硅通孔封裝主要應(yīng)用于芯片的3D堆疊，實(shí)現(xiàn)芯片間的垂直互連。在晶圓制造過程中先形成通孔，封裝時(shí)在晶圓正面形成焊接凸點(diǎn)，將晶圓貼附在載片上進(jìn)行背面研磨，在背面也形成凸點(diǎn)，最后切割晶圓并進(jìn)行芯片堆疊。

二、錫膏在不同工藝中的應(yīng)用環(huán)節(jié)

1、扇入型與扇出型工藝中的植球環(huán)節(jié)

在扇入型和扇出型晶圓級封裝的植球工藝中，錫膏都發(fā)揮著關(guān)鍵作用。植球前，通常會(huì)先通過鋼網(wǎng)印刷將錫膏精確地涂覆在晶圓的焊盤上。以扇入型為例，在完成絕緣層制備且去除錫球放置區(qū)域的絕緣層后，需確保錫膏準(zhǔn)確覆蓋焊盤，為后續(xù)錫球的附著提供基礎(chǔ)。在扇出型工藝中，在創(chuàng)建金屬導(dǎo)線后，同樣要借助錫膏將錫球固定在正確位置，以實(shí)現(xiàn)芯片與外部電路的可靠連接。

2、倒裝芯片工藝的凸點(diǎn)制作與互連

倒裝芯片工藝中，凸點(diǎn)制作是核心步驟。一種常見方式是通過鋼網(wǎng)印刷在 UBM 上印刷錫膏，再經(jīng)回流焊形成具有一定高度和形狀的凸點(diǎn)。此外，在芯片與基板互連時(shí)，也會(huì)使用錫膏。將涂有錫膏的芯片倒裝在基板上，經(jīng)過回流焊，錫膏熔化并在芯片凸點(diǎn)與基板焊盤間形成牢固的電氣與機(jī)械連接，確保信號的高效傳輸。

3、硅通孔封裝的連接環(huán)節(jié)

在硅通孔封裝中，當(dāng)完成晶圓正面和背面的凸點(diǎn)制作后，進(jìn)行芯片堆疊時(shí)，錫膏可用于芯片之間以及芯片與基板之間的連接。通過控制錫膏的涂覆量與位置，在回流焊后能形成穩(wěn)定的焊點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)芯片在三維結(jié)構(gòu)中的可靠互連，滿足高性能芯片對數(shù)據(jù)傳輸速度和密度的要求。

三、錫膏應(yīng)用所涉及的工藝與設(shè)備

1、鋼網(wǎng)印刷工藝與設(shè)備

無論是在植球還是凸點(diǎn)制作等環(huán)節(jié)，鋼網(wǎng)印刷都是將錫膏精準(zhǔn)涂覆到晶圓焊盤的關(guān)鍵工藝。印刷時(shí)，先將錫膏放置在具有特定圖案開孔的鋼網(wǎng)上，通過刮刀以一定的壓力、速度和角度推動(dòng)錫膏，使其通過鋼網(wǎng)開孔沉積到晶圓焊盤上。鋼網(wǎng)與晶圓間的距離（印刷間隙）、印刷角度、壓力、速度以及錫膏自身的流變特性，都是影響印刷質(zhì)量的關(guān)鍵參數(shù)。

在設(shè)備方面，高精度的鋼網(wǎng)印刷機(jī)被廣泛應(yīng)用。這類印刷機(jī)能夠精確控制刮刀的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，確保錫膏均勻、準(zhǔn)確地填充鋼網(wǎng)開孔，并在晶圓焊盤上形成穩(wěn)定的錫膏圖形。

同時(shí)，為了適應(yīng)不同的晶圓級封裝需求，業(yè)內(nèi)常選用納米涂層鋼網(wǎng)和電鑄鋼網(wǎng)。納米涂層鋼網(wǎng)是在激光切割鋼網(wǎng)的基礎(chǔ)上，經(jīng)清洗、內(nèi)壁打磨拋光后涂覆納米涂層，可降低鋼網(wǎng)表面能，利于錫膏脫模；電鑄鋼網(wǎng)則是通過光刻技術(shù)制備模板，再直流電鑄而成，其開孔內(nèi)壁光滑，印刷脫模表現(xiàn)穩(wěn)定，尤其適用于超細(xì)間距應(yīng)用，但價(jià)格相對昂貴。

2、回流焊工藝與設(shè)備

回流焊是使錫膏熔化并形成焊點(diǎn)的重要工藝。在完成錫膏印刷或錫球放置后，將晶圓放入回流焊設(shè)備中?；亓骱冈O(shè)備會(huì)按照特定的溫度曲線對晶圓進(jìn)行加熱，使錫膏中的焊料熔化，在表面張力作用下，焊料回流并在焊盤與相關(guān)連接部位之間形成冶金結(jié)合，冷卻后形成牢固的焊點(diǎn)。

常見的回流焊設(shè)備有基于發(fā)熱板的回流焊設(shè)備以及對流熱風(fēng)回流焊設(shè)備等。在晶圓級封裝中，基于發(fā)熱板的回流焊設(shè)備應(yīng)用較為廣泛，它能在不同加工階段對晶圓施加精準(zhǔn)的溫度控制，滿足回流焊操作所需的溫度條件，確保封裝工藝流程順利進(jìn)行，保障焊點(diǎn)的質(zhì)量與可靠性。

晶圓級封裝中的多種工藝對半導(dǎo)體芯片的性能提升與小型化發(fā)展意義重大，而錫膏在各個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)的應(yīng)用，配合先進(jìn)的鋼網(wǎng)印刷和回流焊等工藝及設(shè)備，為實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的芯片封裝提供了有力支撐。隨著行業(yè)的不斷發(fā)展，對錫膏性能、印刷精度以及焊接可靠性等方面的要求也在持續(xù)提高，這也促使相關(guān)工藝與設(shè)備不斷創(chuàng)新與優(yōu)化，以適應(yīng)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)日益增長的技術(shù)需求。