先進(jìn)封裝之Fan Out扇出工藝細(xì)節(jié)

一提到先進(jìn)封裝必須提到RDL（重布線層），而RDL在大部分的場景下的目的都是Fan Out (扇出)，以實(shí)現(xiàn)更輕薄、更多的IO接口、更好的電性能。在芯片設(shè)計(jì)和制造時(shí)，IO Pad一般分布在芯片的邊沿或者四周。IO pad是指芯片管腳處理點(diǎn)位，即負(fù)責(zé)將芯片管腳的信號(hào)經(jīng)過處理送給芯片內(nèi)部，又會(huì)將芯片內(nèi)部輸出的信號(hào)經(jīng)過處理送到芯片管腳。

而RDL工藝是指在晶圓表面沉積金屬層和相應(yīng)的介質(zhì)層，并形成金屬布線，對(duì)IO端口進(jìn)行重新布局，將其布局到新的且占位更為寬松的區(qū)域，并形成面陣列排布。RDL的另一大好處，為多芯粒橫向堆疊提供了便利條件。如圖1所示，多個(gè)功能不同的芯粒與PCB板之間的連接通過RDL層來實(shí)現(xiàn)。

在整個(gè)Fan Out扇出工藝分為兩大類型RDL First和Die First/ Mold First。而整個(gè)扇出工藝中，難點(diǎn)主要集中在翹曲變形、芯片貼裝偏移、塑封質(zhì)量等多個(gè)環(huán)節(jié)。今天我們就找?guī)讉€(gè)典型的問題進(jìn)行大致講述。

Mold First 和RDL First兩個(gè)工藝路線細(xì)節(jié)如圖2所示。Mold First和RDL First工藝細(xì)節(jié)在艾邦半導(dǎo)體公眾號(hào)中已經(jīng)有詳細(xì)介紹，此處不再細(xì)談。

先談?wù)凪old First工藝中芯粒貼裝偏移問題，我們都知道精度再高的DIE Pick and Place 設(shè)備都不可能沒有偏移量。而Mold First工藝中第一步在載板上先貼或涂 release film，第二步貼adhesive tape，第三步便是貼芯粒在載板上，然后塑封并制備與芯粒IO Pad連接的RDL層。芯粒貼裝(pick and place)和塑封（Molding) 在RDL制備之前，因此芯粒位置偏移主要由四方面原因?qū)е拢?/p>

一，塑封后由于塑封料固化后收縮導(dǎo)致芯粒位置發(fā)生變化；

二，芯粒貼裝位置精度不夠高；

三，塑封時(shí)由于CTEmismatch產(chǎn)生翹曲；

四，Adhesive tape粘力不夠強(qiáng)，外力改變了芯粒的設(shè)定位置。一旦芯粒位置發(fā)生偏移都會(huì)給后續(xù)RDL的制備增加工藝難度，并導(dǎo)致良率問題。那如何解決這一問題呢？業(yè)界常用的方法有兩種，一種是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或模型在貼芯粒的時(shí)候進(jìn)行預(yù)先補(bǔ)償，提前預(yù)判塑封后由于收縮或翹曲等導(dǎo)致的變形。另外一種便是在制備RDL層前，對(duì)不同的芯粒IO Pad或Bump進(jìn)行測量，提前將測量出來的值輸入到RDL制備設(shè)備中進(jìn)行提前補(bǔ)償，避免錯(cuò)位引起的失效。如圖3所示，首先創(chuàng)建一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的RDL圖形，然后省略掉一部分與DIE Pad接近的RDL，最后根據(jù)測量好每個(gè)芯粒實(shí)際位置后進(jìn)行重新定位以便于RDL的制備。

接著我們再聊聊DIE Pick and Place精度問題的解決方案，我們都知道任何貼裝都需要通過Fiducial進(jìn)行定位，而Mold First/DIE First工藝都需要將成百上千的芯粒先貼到基板上。因此，如何實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的定位就是整個(gè)工藝中的難點(diǎn)之一。如圖4所示，在面板級(jí)封裝界，通常采用的辦法是將整個(gè)面板分為多個(gè)區(qū)域，例如將一個(gè)大的區(qū)域劃分為四個(gè)小的部分，分別重新定位從而避免較大的累積誤差。當(dāng)然，這樣做也會(huì)由于定位點(diǎn)的增加而損失一些UPH。

我們再仔細(xì)看一下RDL層制備前芯粒的IO Pad以及DIE 貼在面板級(jí)載板上的實(shí)物圖，如圖5所示。我們可以看到IO Pad分布在DIE周邊一圈，而最后制備好RDL后，經(jīng)過RDL扇出后均勻分布在整個(gè)DIE的平面上。

另外一個(gè)工藝難點(diǎn)便是Mold過程中整個(gè)基板的平整度以及溢料等問題的解決方案。圖6可以看出，溢料的產(chǎn)生很容易為后續(xù)RDL的制備帶來困難，主要是由于溢料會(huì)直接導(dǎo)致斷路。業(yè)界針對(duì)該問題標(biāo)準(zhǔn)的解決方案如圖7所示，在塑封前生成一定高度的銅柱，最終使得塑封料與RDL層隔開一定的距離，避免了上述由于溢料等導(dǎo)致的斷路。也相當(dāng)于通過物理隔離的辦法增加了工藝的穩(wěn)定性并提高了后續(xù)的良率。

最后，我們再談?wù)勊芊饬系倪x擇。在先進(jìn)封裝塑封環(huán)節(jié)，塑封料的選型必不可少。塑封料一般分為三種：Liquid 液體，Granular：顆粒狀和Sheet：片。選擇不同塑封料的標(biāo)準(zhǔn)是材料應(yīng)具有低化學(xué)收縮、低固化溫度和相匹配的熱機(jī)械性能，以滿足塑封后載板的低翹曲變形和成型后的DIE位置偏移。而塑封料的流動(dòng)特性應(yīng)允許大空腔的均勻填充。針對(duì)液體式塑封料，液滴位置的選取也是一個(gè)非常有技巧的環(huán)節(jié)。如圖10所示，不同液滴位置最終塑封后的塑封形貌。

據(jù)筆者初步了解，中國大陸地區(qū)封裝龍頭企業(yè)長電科技等主要精力放在晶圓級(jí)RDL封裝。面板級(jí)RDL封裝的主要玩家則是奕斯偉、合肥矽邁、中科四合、重慶矽磐微等。當(dāng)然如果您對(duì)此有興趣希望深入了解，歡迎入群交流。

參考文獻(xiàn)：

1. Large Area Compression Molding for Fan-out Panel Level Packing T. Braun (1 ), S. Raatz (1 ), S. Voges (2 ), R. Kahle (2 ), V. Bader (1 ), J. Bauer (1 ), K.-F. Becker (1 ), T. Thomas (2 ), R. Aschenbrenner (1 ), K.-D. Lang (2 )

2. IMPLEMENTATION OF A FULLY MOLDED FAN-OUT PACKAGING TECHNOLOGY B. Rogers, C. Scanlan, and T. Olson