我們有能力創(chuàng )造一些能保持前代性能并且更好更小的電子設備，例如今天的可穿戴設備、智能手機或平板電腦，這是由于很多因素超過(guò)摩爾定律而快速發(fā)展，從而能夠從底層的嵌入組件發(fā)展到今天把它們封裝在一起。關(guān)于后者，扇出晶圓級封裝（FOWLP）正在迅速成為新的芯片和晶圓級封裝技術(shù)，并被預測會(huì )成為下一代緊湊型，高性能的電子設備的基礎。

 

而用常規的倒裝芯片 WLP 方案中 I/O 端子散布在芯片表面面積，從而限制了 I/O 連接的數目，FOWLP 在一個(gè)環(huán)氧模制化合物（EMC）中嵌入每個(gè)裸片時(shí)，每個(gè)裸片間的空隙有一個(gè)額外的 I/O 連接點(diǎn)，這樣 I/O 數會(huì )更高并且的對硅利用率也有所提高。再分布層（RDLs）由物理氣相沉積（PVD）形成，并和隨后的電鍍以及微影圖案，重新規劃從裸片上的 I/O 鏈接到外圍環(huán)氧樹(shù)脂區域的路線(xiàn)。

FOWLP 處理流程

 

利用 FOWLP，具有成千上萬(wàn) I/O 點(diǎn)的半導體器件可通過(guò)兩到五微米間隔線(xiàn)實(shí)現無(wú)縫連接，從而使互連密度最大化，同時(shí)實(shí)現高帶寬數據傳輸。去除基板顯著(zhù)節約了成本。

 

伴隨 FOWLP，如今我們才有能力在這些模片上嵌入一些異構設備包括基帶處理器，射頻收發(fā)器和電源管理 IC，從而實(shí)現了最新一代的超薄可穿戴和移動(dòng)無(wú)線(xiàn)設備。因為不間斷的線(xiàn)和節約的空間，FOWLP 有潛力適用于更高性能的設備，包括內存和應用處理器，FOWLP 能夠應用到新的市場(chǎng)，包括汽車(chē)和醫療應用甚至更多。

 

今天業(yè)內領(lǐng)先的 FOWLP 應用產(chǎn)商包括了 Amkor， ASE， Freescale， NANIUM， STATS ChipPAC， 和臺積電，臺積電由于其廣泛報道的與蘋(píng)果公司生產(chǎn) iphone7 的 a10 處理器的合同，成為最受注目的供應商 – 據說(shuō)此部分歸功于臺積電成熟的基于 FOWLP 的 inFO 技術(shù)。

 

據研究公司 YoleDéveloppement 公司于 2015 年 9 月發(fā)布的名為“FO WLP Forecast update 09/2015”的報道，臺積電發(fā)布的 inFO 格式有望把 FOWLP 的工業(yè)封裝收益從 2015 年的$ 240M 在 2020 年增至$ 2.4B。隨著(zhù)預期的 54％復合年增長(cháng)率，Yole 預計 FOWLP 將成為半導體工業(yè)里發(fā)展最快的先進(jìn)封裝技術(shù)。

 

發(fā)熱量低，高速處理

 

所有扇出晶圓以單裸片嵌入 EMC 為特征，旋轉介質(zhì)圍繞著(zhù) RDL。這些材料呈現一些獨有的問(wèn)題，包括吸濕性，過(guò)量放氣和有限的耐熱性。如果不妥善處理，在金屬沉積階段的污染會(huì )危及接觸電阻。

 

而傳統的硅電路可承受的熱量高達 400℃，可以在一分鐘內進(jìn)行脫氣。FOWLP 中使用的介質(zhì)和 EMC 耐熱性接近 120℃，溫度超過(guò)這個(gè)閾值會(huì )導致分解和過(guò)度晶圓翹曲。在這樣低的溫度下脫氣晶片，自然需要較長(cháng)的時(shí)間量，并且大大減少了常規的濺射系統的吞吐量。

 

多晶片脫氣（MWD）的技術(shù)已經(jīng)成為一個(gè)引人注目的解決方法，在晶片單獨轉移到后續的預清潔和濺射沉積之前，高達 75 個(gè)的晶片可以并行在 120℃下脫氣，而不會(huì )破壞真空狀態(tài)。

 

用這種方法，晶片被動(dòng)態(tài)地在干凈，高度真空條件下泵浦，將加熱晶片的輻射熱直接傳遞給低于封裝應用規定的溫度

 

在 MWD 內每個(gè)晶片所花時(shí)間達到 30 分鐘，但因為它們是并行處理的，“干”晶片每 60 至 90 秒輸出進(jìn)入到金屬沉積，每小時(shí)晶片輸出數在 30 到 50 之間。相比于單晶片脫氣技術(shù)，此方法使 PVD 系統流量增大 2-3 倍?；阝g化厚度增加的更低熱預算的材料出現，更長(cháng)時(shí)間的脫氣對系統容量不會(huì )產(chǎn)生影響。

 

這些好處是不容易實(shí)現的，除非我們能夠克服隨之而來(lái)的翹曲挑戰。環(huán)氧模晶片可以在固化后翹曲，翹曲的尺寸和形狀是由嵌入晶片的位置、晶片形狀和密度決定的。因此，一個(gè) FOWLP PVD 系統必須能夠使化溫度引起的形狀變化達到最小，和能夠容納彎曲度達 10mm 的晶片。工業(yè)中對于可接受的彎曲閾值可能低于 6mm，但是，在一個(gè) 6mm＋翹曲的基板上完成均勻厚度的導體是不太容易。

 

完整至上

 

成功脫氣后，但在金屬沉積之前，FO 晶片在等離子體蝕刻模塊中預清潔。這有助于從觸頭去除微量氧化物層，但是由于觸頭周?chē)挠袡C介質(zhì)的混合物，將導致碳堆積于室壁。這些碳不易粘附到陶瓷腔室的表面，并且如果不仔細管理，可能會(huì )導致早期顆粒破裂。

 

新原位粘貼技術(shù)使這些沉積碳在預清洗過(guò)程中更好地吸附在室表面，實(shí)現超過(guò) 6000 片晶圓的保護性間隔維持。這種方法可以通過(guò)減少專(zhuān)用晶片糊劑的頻率，大大提高產(chǎn)量。使用傳統技術(shù)，每生產(chǎn) 10 至 20 個(gè)晶片就要為室粘貼而暫停生產(chǎn)。

 

FOWLP 對于超小型、高 I/O 電子設備的好處，比主流 FOWLP 所面臨的上述技術(shù)壁壘要重要的多。有了克服阻礙 FOWLP 工藝的脫氣，翹曲和完整性這些困難的能力，電子產(chǎn)品制造商可以消除影響生產(chǎn)速度和產(chǎn)率的阻力，同時(shí)釋放 FOWLP 的全部潛力。