晶圆级封装(WLCSP) & 倒片封装(Flip-Chip)
2019-05-07
受电子产品的小、轻、薄的驱动，封装领域也是不断开发出新的封装type。上一章就有说到CSP封装就是比较革命性的产品，Size是裸芯片的1.2倍甚至同等大小，尤其随着移动电子的兴起，这种裸芯片封装(Wafer Level CSP)封装已经是最小最省钱的封装方式了，虽然前期需要RDL的光罩费用，但是它省去了Leadframe的费用，直接solder bump焊接到主板上即可。
CSP(Chip-Scale or Chipe-Size Package)的concept起源于1990s，follow的是IPC/JEDEC J-STD-012标准，它主要应用于Low pin count的EEPROMs、ASICs 以及microprocessors (MCU)等，尤其当Wafer越大而Die又越小的时候，其成本会更有优势。
CSP封装主要的步骤为： 把die mount到epoxy interposer上，再用wire bond (gold or Al)将PAD和基板连接起来，第三步用Molding Plastic封装保护Die和Wire，最后再将Solder ball贴到Interposer底部。
当然上面的wire bond会让封装比起die size还要大一点。而且从die到lead frame上的导线还有连接阻抗的，后来发展到用bump代替wire bond，所以就发展到Flip chip代替Wire bond封装，这样就节省了wire bond的空间了，所以就可以做到Die几乎等size的package了。
那说到倒片封装(FC: Flip-Chip)，自然就要讲到这个bump了，不可能把die切割了再去长这个bump吧，所以必须在Wafer还没切割之前就做完这个process，所以就叫做Wafer Level CSP封装了 (WLCSP)。
Flip-Chip封装主要的三个步骤，Die上长bumps，脸朝下把长好球的die贴倒贴到衬底或者基板上，然后填充(underfilling)。
WLCSP现在已经是封装技术的主流，主要有两种，一种是直接BOP (Bump On Pad)，还有一种是RDL (Redistribution Layer)。BOP技术还需要根据是否需要Polymer做re-passivation，再分为BON(Bump on SiN)和BOR (Bump on Repassivation)。BOP广泛应用于Analog/Power封装，它由于电流是直接垂直流过，没有横向RDL，所以对于功率器件封装很有优势，Cost也很低，但是它的Pin count比较有限，所以才发展到RDL+Bump。BOP是直接把UBM/Bump锚在Top Metal的PAD上，而RDL+Bump是用Polymer (Polyimide或PBO) 隔离并布线并且把Bump与device surface隔开。
再简单讲一下RDL+Bump+铜柱的工艺流程吧，和FAB工艺差不多吧，四层光罩即可。RDL之间的dielectric用Polyimide隔离。Metal可以用电镀长上去(Seed用Sputter)。
成型之后的RDL+Bump就是如下图的样子：
最早的WLCSP是Fan-In的，意思就是bump全部长在die上，而die和Pad的连接主要就是靠RDL的Metal Line来连接的。与之对应的就是Fan-Out的WLCSP封装，这就是把bump长到chip外面去了 (1.2倍)，面积大点，bump的压力不会对芯片造成损伤。
讲solder ball之前，还是总结一下Flip-Chip和WLCSP之间到底区别是什么？Flip-chip一般还是需要衬底的，只是它通过solder ball倒装贴上去的(代替Wire bond)而已，而WLCSP是把长好的球做好之后直接贴到PCB板上去。
好了，不管是Flip-Chip还是WLCSP都需要一个东西叫做Solder Ball (锡球)，那接下来该讲解Solder Ball了，这些Bump是怎么长上去的。
先讲讲为啥用锡球？那就要回答一个问题，Solder Ball的技术要求是什么？
