【摘要】：晶圓級(jí)芯片尺寸封裝(Wafer Level Chip Scale Package,WLCSP)以其較少的制造環(huán)節(jié)和較高的生產(chǎn)效率在先進(jìn)電子封裝領(lǐng)域中得到越來越廣泛的應(yīng)用,滿足了半導(dǎo)體工業(yè)中高效率、低成本、小型化的發(fā)展需求。本文以8英寸WLCSP晶圓為研究對(duì)象,采用實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬的方法對(duì)WLCSP產(chǎn)品在塑封工藝和減薄工藝過程中的晶圓翹曲進(jìn)行研究。采用實(shí)驗(yàn)的方法,對(duì)晶圓級(jí)WLCSP六面包封結(jié)構(gòu)工藝進(jìn)行研究,主要包括鈍化層制作、再布線層制作、焊球制作、晶圓預(yù)切割、正面塑封、背面減薄、背面塑封、晶圓終切等工藝步驟。在晶圓封裝過程中發(fā)現(xiàn),正面塑封和背面減薄工藝后,晶圓翹曲尤為嚴(yán)重,最大翹曲值分別達(dá)到1.2 mm和17.9 mm,背面塑封工藝后對(duì)翹曲有一定緩解作用,但并不能有效解決翹曲問題。建立了六面包封的WLCSP有限元模型,仿真得到晶圓翹曲結(jié)果與實(shí)際工藝后測(cè)量結(jié)果一致。數(shù)值模擬結(jié)果表明:隨著塑封材料彈性模量和熱膨脹系數(shù)的增加,晶圓翹曲變形增大。材料中熱失配對(duì)晶圓翹曲的影響大于彈性模量的影響。在材料選擇時(shí),應(yīng)首先考慮材料的熱膨脹系數(shù),選擇與基底材料熱膨脹系數(shù)相近的材料,降低熱失配的影響;隨著晶圓厚度減小,晶圓的彎曲剛度減小,由熱失配引起的晶圓翹曲迅速增加;在工藝允許的范圍內(nèi),應(yīng)盡量選擇較薄的塑封厚度,降低材料間熱失配對(duì)晶圓翹曲的影響;背面塑封工藝在一定程度上可以緩解前工藝制程的翹曲,但是過大的背面塑封厚度會(huì)引起晶圓的反向翹曲,選擇合適的正面和背面塑封厚度可以較好地控制翹曲。根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果,對(duì)封裝工藝進(jìn)行了優(yōu)化,提出并實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了晶圓級(jí)六面包封的新工藝方案,晶圓最大翹曲值在1 mm之內(nèi),晶圓切割成單顆芯片后,通過芯片的高加速壽命測(cè)試,晶圓翹曲問題得到有效解決。為晶圓級(jí)產(chǎn)品封裝工藝設(shè)計(jì)及生產(chǎn)提供了參考。另外,在晶圓翹曲工藝優(yōu)化的研究中觀測(cè)到不同工藝后晶圓出現(xiàn)不同的翹曲形態(tài),采用數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)測(cè)試的方法研究晶圓翹曲形態(tài)的變化,從數(shù)值模擬的結(jié)果發(fā)現(xiàn),晶圓厚度對(duì)晶圓翹曲形態(tài)有重要影響,晶圓在減薄前多呈現(xiàn)球形翹曲,當(dāng)晶圓厚度小于300μm時(shí),晶圓出現(xiàn)圓柱形翹曲,變化規(guī)律與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。
【圖文】：

1.1 研究背景及意義晶圓級(jí)芯片尺寸封裝（WaferLevelChipScalePackaging，WLCSP）是指形成封裝體的各個(gè)工藝步驟均在未分切的完整晶圓上完成的封裝形式，不同于傳統(tǒng)的先切割再封裝測(cè)試的流程，，它在結(jié)束前道晶圓制作流程的晶圓上直接完成所有的凸點(diǎn)互連操作[1-3]。因此，其具有封裝尺寸小、封測(cè)成本低、散熱性能好、高密度、高性能等優(yōu)點(diǎn)，成為制造現(xiàn)代電子產(chǎn)品必不可少的技術(shù)之一，廣泛應(yīng)用于電子計(jì)算機(jī)、信息產(chǎn)業(yè)、汽車電子等消費(fèi)類電子產(chǎn)業(yè)[4-6]。圖 1-1 是典型的 WLCSP 封裝形式，包含諸多特殊的工藝，如經(jīng)歷物理氣相沉積、電鍍、刻蝕等過程制作再布線層（Re-DistributionLayer，RDL），經(jīng)歷加熱固化、烘烤、再降溫過程的晶圓塑封工藝，磨削減薄工藝，經(jīng)歷熱回流過程的凸點(diǎn)制備和晶圓切割等工藝[7-8]。

圖 1-2 晶圓級(jí)封裝中的翹曲問題[10]Fig.1-2 Warpage issue in WLCSP[10]WLCSP封裝切割成單個(gè)芯片后，硅的側(cè)壁及底部與外界直接接觸可能造吸潮、分層以及未包封的硅在運(yùn)輸過程中也可能出現(xiàn)的損壞、裂片等可靠性11]。為解決WLCSP封裝切割成單個(gè)芯片后，由硅暴露帶來的可靠性問題，帶包封的芯片封裝結(jié)構(gòu)—六面包封（Six Side Package，SSP）形式逐漸成圖1-3所示，該封裝形式為WLCSP封裝中硅的側(cè)壁和底部、錫球的側(cè)面提供效的保護(hù)，有效阻擋外界物質(zhì)的侵蝕，起到良好的絕緣作用，提高了芯片的性[12-13]。焊球布線層部塑封層硅基體鈍化層芯片焊
【學(xué)位授予單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN405

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1 楊建生;;晶圓片級(jí)芯片規(guī)模封裝技術(shù)(WLCSP)[J];電子與封裝;2002年02期

2 李瀟;王s

本文編號(hào)：2622849