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先进封装工艺介绍--扇出型晶圆级封装(Fan-out Wafer-Level Packaging)
2026年01月12日 10:40   浏览:151   来源:小萍子
一,Fan-out Wafer-Level Packaging的定义:

     扇出型晶圆级封装(Fan-out Wafer-Level Packaging, FOWLP)是一种先进的半导体封装技术,其核心原理是在芯片尺寸大于原有硅芯片(Die)的范围内重新布局和互连。与传统扇入型封装不同,扇出型封装允许I/O触点(焊球)从芯片表面“扇出”并延伸到芯片外围区域,从而在相同封装尺寸下实现更高密度的互连,或在更小的封装面积内容纳更多引脚。
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  • 传统WLP:I/O触点只能分布在芯片自身的“面部区域”(Fan-in,扇入),当芯片面积小、引脚数少时够用。

    扇出型WLP:通过将芯片嵌入到一种特殊的环氧树脂模塑料(EMC)中,形成一个“重构晶圆”。在这个更大的“假”晶圆上,可以重新布线(RDL),将I/O触点扩展到芯片边界之外,从而在单位面积内实现更多的引脚数量、更优的电气性能和散热

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想象一个比喻:

  • 芯片 = 一间核心的小房间(有源区域)。

  • 芯片上的焊盘 = 小房间墙上固定位置的电源和网线接口

  • 我需要很多插线板 = 最终产品需要大量外部连接的焊球

传统方式(扇入型):
只能在小房间内部的地板上放插线板。房间大小固定,要放的插线板越多,每个就必须越小、越挤,安装难度极大。

扇出型方式:

  1. 扩建:先把小房间放在一个空旷场地上,然后用快速凝固的泡沫(模塑料)把小房间和它周围的一大片空地浇注成一个坚固的大平台。现在你的可用面积变大了。

  2. 重新布线:从原来小房间墙上的接口出发,在新建的大平台表面铺设电线(重布线层 RDL)。这些电线可以自由地走到平台上的任何地方。

  3. 安装插座:在电线规划的终点位置,安装标准的、间距舒适的插线板(焊球)。这些位置很多都位于原本空无一物的平台区域(扇出区)。

就这样,通过“扩建平台”,成功地在不增加核心房间面积的情况下,获得了大量的、易于布置的外部连接点。

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二,Fan-out Wafer-Level Packaging的工艺路线介绍:

主流有两种工艺:

1,芯片先置

    • 流程:先将已知合格芯片(KGD)通过临时键合胶放置在载板上,确保芯片位置精确。然后进行模塑(EMC灌封),形成重构晶圆。接着去除载板,在重构晶圆上进行布线、植球等后续工序。

    • 特点:工艺控制精确,适用于高密度、多芯片集成的场景。主流技术如台积电的 InFO 即采用此路线。

2,芯片后置

    • 流程:先在载板上制作一整片模塑料层,然后在模塑料上蚀刻出凹槽。再将芯片放入凹槽中,进行填充和表面平整化。最后进行布线。

    • 特点:更适合单芯片、标准化程度较高的产品,初期成本可能较低。

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三,Fan-out Wafer-Level Packaging的设计规则:

1,芯片间距

    定义:嵌入在模塑料(EMC)中的相邻芯片之间的最小距离。

    • 规则值:通常在100µm 到 300µm 之间。

    • 考虑因素:

      • 防止模塑时芯片移位和碰撞

      • 为芯片间的应力释放提供缓冲区(不同材料CTE不匹配)。

      • 影响重构晶圆的翘曲控制。间距过小会增加工艺难度和翘曲风险。

    2,芯片到重构晶圆边缘距离

      • 定义:芯片到重构晶圆最外侧的最小距离。

      • 规则值:通常 > 1-2mm

      • 考虑因素:此区域在加工(如研磨、传输)中易产生应力集中和边缘缺陷,需要预留足够的“缓冲区”以保证良率。

    3,再布线层(RDL)规则

      • 线宽/线距:目前主流技术节点在 2µm/2µm 至 10µm/10µm 之间。高密度扇出已进入 <2µm/2µm 甚至亚微米级别,向半导体前道工艺看齐。

      • 金属厚度:通常为 2µm 到 5µm,以实现低电阻和高电流承载能力。

      • 最小通孔尺寸:与线宽/线距相匹配,通常略大于线宽。

      • 设计-工艺协同优化:设计时必须考虑光刻、电镀和蚀刻的工艺能力,如线宽的均匀性、侧壁角度等。

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    4,焊球/凸块规则

      • 节距:扇出区域的焊球节距通常为 0.35mm, 0.4mm, 0.5mm。核心扇入区域(芯片正上方)的节距可以更小。

      • 尺寸:焊球直径需与节距匹配,确保足够的立碑高度和可靠性。例如,0.4mm节距对应焊球直径约0.25mm。

      • 布局:必须遵循特定的网格阵列(如全阵列或部分阵列)规则,并考虑板级组装时的要求和可靠性。



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