晶圆级封装的五项基本工艺

晶圆级封装（Wafer Level Packaging, WLP）是半导体封装技术中的一种先进方法，它在晶圆切割成单独的芯片之前进行封装。这种技术的主要特点是能够显著减小封装尺寸，降低生产成本，并提高生产效率。晶圆级封装技术包括扇入型晶圆级芯片封装（Fan-In WLCSP）、扇出型晶圆级芯片封装（Fan-Out WLCSP）、重新分配层（RDL）封装、倒片（Flip Chip）封装以及硅通孔（TSV）封装等。以下是晶圆级封装的五项基本工艺的详细介绍：

1. 光刻（Photolithography）工艺

光刻工艺是晶圆级封装中至关重要的一步，主要用于在晶圆上绘制电路图案。该工艺涉及在晶圆上涂覆一层光敏聚合物（光刻胶），然后通过掩模将所需的图案投射到晶圆表面的光刻胶上。光刻胶在曝光后会硬化，从而形成所需的电路图案。光刻工艺的步骤包括：

• 涂覆光刻胶：将光刻胶涂覆在晶圆上，常用的方法有旋涂（Spin Coating）、薄膜层压（Film Lamination）和喷涂（Spray Coating）。

• 前烘（Soft Baking）：去除光刻胶中的溶剂，确保光刻胶保留在晶圆上且维持其原本厚度。

• 曝光：通过掩模将图案投射到晶圆表面的光刻胶上。

• 显影（Development）：使用显影液溶解因光刻工艺而软化的光刻胶，形成所需的电路图案。

光刻工艺在晶圆级封装中的应用主要包括在绝缘层上绘制图案，进而使用绘制图案来创建电镀层，并通过刻蚀扩散层来形成金属线路。

2. 溅射（Sputtering）工艺

溅射工艺是一种薄膜沉积技术，用于在晶圆表面形成金属薄膜。这些金属薄膜在晶圆级封装中起到多种作用，包括增强晶圆粘合性的黏附层、在电镀过程中提供电子的载流层，以及具有焊料润湿性并阻止镀层和金属之间形成化合物的扩散阻挡层。溅射工艺的基本步骤包括：

• 真空环境准备：在真空环境中，将靶材（通常是金属）安装到溅射设备中。

• 溅射气体引入：引入溅射气体（如氩气），并在高压电场的作用下产生等离子体。

• 薄膜沉积：等离子体中的离子轰击靶材，使其原子溅射出来并沉积在晶圆表面，形成均匀的金属薄膜。

溅射工艺在晶圆级封装中的应用主要包括形成凸点下金属层（UBM, Under Bump Metallurgy），该金属层通常由两层或三层金属薄膜组成。

3. 电镀（Electroplating）工艺

电镀工艺是晶圆级封装中形成金属线路的关键步骤。该工艺涉及在晶圆表面涂覆光刻胶，通过光刻工艺绘制图案，然后利用电镀形成一层厚的金属层。电镀工艺的基本步骤包括：

• 涂覆光刻胶：在晶圆表面涂覆光刻胶，并通过光刻工艺绘制图案。

• 电镀：将晶圆浸入电镀液中，在电流的作用下，金属离子从电镀液中还原并在晶圆表面形成金属层。

• 后处理：包括光刻胶去胶（PR Striping）和金属刻蚀（Metal Etching）等步骤，以去除多余的光刻胶和金属层，形成所需的金属线路。

电镀工艺在晶圆级封装中的应用主要包括形成扇入型WLCSP的引线、重新分配层封装中的焊盘再分布，以及倒片封装中的凸点。

4. 光刻胶去胶（PR Striping）工艺

光刻胶去胶工艺是晶圆级封装中去除多余光刻胶的关键步骤。该工艺通常在电镀工艺之后进行，目的是去除晶圆表面的光刻胶，以便后续的金属刻蚀工艺能够顺利进行。光刻胶去胶工艺的基本步骤包括：

• 去胶液选择：选择合适的去胶液，以确保能够有效溶解光刻胶而不损害晶圆表面的金属层。

• 去胶液应用：将去胶液应用到晶圆表面，常用的方法有浸泡、喷淋等。

• 去胶液去除：通过清洗等步骤去除晶圆表面的去胶液和溶解的光刻胶。

光刻胶去胶工艺在晶圆级封装中的应用主要包括去除电镀工艺后多余的光刻胶，以便后续的金属刻蚀工艺能够顺利进行。

5. 金属刻蚀（Metal Etching）工艺

金属刻蚀工艺是晶圆级封装中形成金属线路的最后一道工序。该工艺涉及使用化学刻蚀或等离子体刻蚀等方法，去除晶圆表面多余的金属层，形成所需的金属线路。金属刻蚀工艺的基本步骤包括：

• 掩模制备：在晶圆表面涂覆光刻胶，并通过光刻工艺绘制图案，形成掩模。

• 刻蚀：使用化学刻蚀或等离子体刻蚀等方法，去除掩模之外的金属层。

• 后处理：包括清洗等步骤，以去除晶圆表面的残留物，形成干净的金属线路。

金属刻蚀工艺在晶圆级封装中的应用主要包括形成扇入型WLCSP的引线、重新分配层封装中的焊盘再分布，以及倒片封装中的凸点。

先进芯片封装清洗介绍

合明科技研发的水基清洗剂配合合适的清洗工艺能为芯片封装前提供洁净的界面条件。

水基清洗的工艺和设备配置选择对清洗精密器件尤其重要，一旦选定，就会作为一个长期的使用和运行方式。水基清洗剂必须满足清洗、漂洗、干燥的全工艺流程。

污染物有多种，可归纳为离子型和非离子型两大类。离子型污染物接触到环境中的湿气，通电后发生电化学迁移，形成树枝状结构体，造成低电阻通路，破坏了电路板功能。非离子型污染物可穿透PC B 的绝缘层，在PCB板表层下生长枝晶。除了离子型和非离子型污染物，还有粒状污染物，例如焊料球、焊料槽内的浮点、灰尘、尘埃等，这些污染物会导致焊点质量降低、焊接时焊点拉尖、产生气孔、短路等等多种不良现象。

这么多污染物，到底哪些才是最备受关注的呢？助焊剂或锡膏普遍应用于回流焊和波峰焊工艺中，它们主要由溶剂、润湿剂、树脂、缓蚀剂和活化剂等多种成分，焊后必然存在热改性生成物，这些物质在所有污染物中的占据主导，从产品失效情况来而言，焊后残余物是影响产品质量最主要的影响因素，离子型残留物易引起电迁移使绝缘电阻下降，松香树脂残留物易吸附灰尘或杂质引发接触电阻增大，严重者导致开路失效，因此焊后必须进行严格的清洗，才能保障电路板的质量。

合明科技运用自身原创的产品技术，满足芯片封装工艺制程清洗的高难度技术要求，打破国外厂商在行业中的垄断地位，为芯片封装材料全面国产自主提供强有力的支持。

结论

晶圆级封装技术是半导体封装领域的一项重要创新，它通过在晶圆切割前进行封装，实现了封装尺寸的显著减小和生产成本的降低。晶圆级封装的五项基本工艺——光刻工艺、溅射工艺、电镀工艺、光刻胶去胶工艺和金属刻蚀工艺——在晶圆级封装的制造过程中起着至关重要的作用。这些工艺的精确控制和高效执行，是确保晶圆级封装产品质量和性能的关键。随着半导体技术的不断发展，晶圆级封装技术将继续在半导体封装领域发挥重要作用。