wlcsp封装技术分析

WLCSP即晶圆级芯片封装方式，英文全称是Wafer-Level Chip Scale Packaging Technology，不同于传统的芯片封装方式(先切割再封测，而封装后至少增加原芯片20%的体积)，此种最新技术是先在整片晶圆上进行封装和测试，然后才切割成一个个的IC颗粒，因此封装后的体积即等同IC裸晶的原尺寸。它号称是封装技术的未来主流，已投入研发的厂商包括FCT、Aptos、卡西欧、EPIC、富士通、三菱电子等。

它在结束前端晶圆制作流程的晶圆上直接完成所有的操作。在封装过程中再将芯片从晶圆上分离，从而使WLCSP可以实现与芯片尺寸相同的最小的封装体积，这几乎是最终的封装缩微技术。

晶圆级芯片规模封装技术，融合薄膜无源器件技术及大面积规格制造技术能力，不仅提供节省成本的解决办法，而且提供与现存表面贴装组装过程相符合的形状因素。芯片规模封装技术既提供性能改进路线图，又降低了集成无源器件的尺寸。

自1998年可行性的WLCSP技术宣布以来，近年市场上已经出现了各种不同类型的WLCSP。这种技术已经使用在移动电子设备中，比如用于移动电话的电源供给芯片，并且延伸到逻辑产品的应用中。

WLCSP是倒装芯片互连技术的一个变种。借助WLCSP技术，裸片的有源面被倒置，并使用焊球连接到PCB。这些焊球的尺寸通常足够大(在0.5mm间距、预回流焊时有300μm)，可省去倒装芯片互连所需的底部填充工艺。如图1所示，

图1：WLCSP封装。

封装结构

WLCSP可以被分成两种结构类型：直接凸块和重分布层(RDL)

直接凸块

直接凸块WLCSP包含一个可选的有机层(聚酰亚胺)，这个层用作有源裸片表面上的应力缓冲器。聚酰亚胺覆盖了除连接焊盘四周开窗区域之外的整个裸片面积。在这个开窗区域之上溅射或电镀凸块下金属层(UBM)。UBM是不同金属层的堆叠，包括扩散层、势垒层、润湿层和抗氧化层。焊球落在UBM之上(因此叫落球)，然后通过回流焊形成焊料凸块。直接凸块WLCSP的结构如图2所示。

图2：直接凸块WLCSP。

重分布层(RDL)

图3是一种重分布层(RDL)WLCSP。这种技术可以将为邦定线(邦定焊盘安排在四周)而设计的裸片转换成WLCSP。与直接凸块不同的是，这种WLCSP使用两层聚酰亚胺层。第一层聚酰亚胺层沉积在裸片上，并保持邦定焊盘处于开窗状态。RDL层通过溅射或电镀将外围阵列转换为区域阵列。随后的结构类似直接凸块——包括第二个聚酰亚胺层、UBM和落球。

图3：重分布层(RDL)WLCSP

WLCSP的优点：

WLCSP的封装方式，不仅明显地缩小内存模块尺寸，而符合行动装置对于机体空间的高密度需求;另一方面在效能的表现上，更提升了数据传输的速度与稳定性。无需底部填充工艺，可以使用标准的SMT组装设备。

1原芯片尺寸最小封装方式：

WLCSP晶圆级芯片封装方式的最大特点便是有效地缩减封装体积，封装外形更加轻薄。故可搭配于行动装置上而符合可携式产品轻薄短小的特性需求。
 

2数据传输路径短、稳定性高：

采用WLCSP封装时，由于电路布线的线路短且厚(标示A至B的黄线)，故可有效增加数据传输的频寛减少电流耗损，也提升数据传输的稳定性。由于轻质裸片在焊接过程中具有自我校准特性，因此组装良率较高。

3散热特性佳

由于WLCSP少了传统密封的塑料或陶瓷包装，故IC芯片运算时的热能便能有效地发散，而不致增加主机体的温度，而此特点对于行动装置的散热问题助益极大。能减小电感、提高电气性能。

WLCSP不仅是实现高密度、高性能封装和SiP的重要技术，同时也将在器件嵌入PCB技术中起关键作用。尽管引线键合技术非常灵活和成熟，但是WLCSP技术的多层电路、精细线路图形、以及能与引线键合结合的特点，表明它将具有更广泛的应用和新的机遇。

WLCSP的缺点：WLCSP成本来源于晶圆片或封装加工过程。而需要大面积生产的话就需要增加劳动量。就会相应的增加生产的成本。

WLCSP技术的未来

WLCSP在2000年应用在电子手表中之后，已经应用在手机、存储卡、汽车导航仪、数码设备中。未来几年中，在手机这样的高性能移动市场中，会更多采用WLCSP技术的芯片。

将WLCSP技术和芯片嵌入PCB工艺结合，可以确保PCB组装质量的稳定，这是因为WLCSP不仅易于进行PCB板贴装，而且具有“已知优良芯片(KGD，Known Good Die)”的特性。

WLCSP技术为实现生产轻薄和小巧电子设备带来了更多的可能性。WLCSP已经应用在电路板组装上，近来它也成为SiP的重要组成部分，结合WLCSP和常规引线键合技术的MCP也已经进入量产。

看着WLCSP这几年的发展，我们完全可以相信不久之后WLCSP将不断的发展，扩展到更多的领域。