來源；《半導體芯科技》雜志

作者：黃泰源、羅長誠、鐘興進，廣東鴻浩半導體設備有限公司

摘要

扇出晶圓級封裝廣泛應用于手機、車載等電子產(chǎn)品上。制造過程中需要使用到暫時性基板，而移除暫時性基板最適當?shù)姆绞綖榧す饨怄I合。鴻浩半導體設備所生產(chǎn)的UV激光解鍵合設備具備低溫、不傷晶圓等技術特點，并且提供合理的制程成本，十分適合應用于扇出晶圓級封裝。

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扇出晶圓級封裝簡介

扇出晶圓級封裝（Fan Out Wafer Level Packaging, FOWLP，簡稱扇出封裝）是一種新型的晶圓級電子封裝技術。與標準的晶圓級封裝（Wafer Level Packaging, WLP）或稱為扇入晶圓級封裝（Fan In WLP）相比，可以擴大封裝面積，因而容納更多的輸入/輸出引腳（I/O），同時實現(xiàn)更薄、更扁平的封裝形貌，并且能以較低的成本來生產(chǎn)具有良好電器特性的電子組件。

由英飛凌與意法半導體和星科晶朋共同開發(fā)的eWLP是第一個商業(yè)化的扇出封裝。當時的發(fā)展背景即是為了應對愈來愈多的輸出入引腳的需求。解決方式是加大扇出空間來容納更多的引腳。eWLB于2009年中量產(chǎn)，并且開始應用于手機芯片上。

自2010年代以來，已有多家包括半導體晶圓廠、封測廠開發(fā)各式的扇出封裝技術，如臺積電的InFO、三星的FOSiP、安靠的SWIFT、日月光的FOEB等等。并且往系統(tǒng)級封裝、堆棧封裝發(fā)展，成為整合度更高、互連速度更順暢的電子構裝組件。扇出封裝目前大規(guī)模應用于智能手機、穿戴裝置、電源管理、射頻組件、車用電子等領域，由于易于進行異質整合，加上具有高性價比的優(yōu)勢，使用量與應用范圍有愈來愈擴大的趨勢。

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扇出晶圓級封裝制造流程

傳統(tǒng)的晶圓級封裝是在已完成前段制程的晶圓片上針對晶圓片上的芯片來進行，芯片封裝面積大小取決于原本在晶圓上針對芯片所預留的間距。扇出封裝則可藉由——重組晶圓（Reconstitutional Wafer）來決定芯片的封裝尺寸。重組晶圓是依托在暫時性基板（Temporary Carrier）上，這個暫時性基板最終經(jīng)過解鍵合（De-bonding）的工藝技將其從重組晶圓上移除。扇出封裝首先藉由重新排列芯片形成一個重組晶圓。芯片先從原本的晶圓片上切割下來，然后根據(jù)設計依一定的間距進行芯片的排列。

接下來在晶圓片上進行重新布線（RDL）、塑封與形成引腳。以上工藝流程稱為Mold First扇出技術。也有先進行重新布線再進行固晶（Die Bonding），稱為RDL First扇出技術。

暫時性基板僅是做為承載芯片的載體，在完成芯片塑封后，需要將其除去。這個去除暫時性基板的工藝即稱為剝離或解鍵合（De-bonding）。典型的FOWLP的工藝制作流程如圖1。

△圖1：扇出晶圓級封裝的工藝流程

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激光解鍵合技術

解鍵合的方式從早期的化學解鍵合方式、機械解鍵合方式、熱滑移等方式，進展到激光解鍵合。其中，激光解鍵合技術是新近發(fā)展出來的技術，目前已有涵蓋紫外到紅外數(shù)種不同波長的激光解鍵合技術。

化學解鍵合方式采用浸泡在化學溶劑中的方式，將膠材慢慢地溶解，最終將暫性基板和晶圓片分離。為了增加化學溶劑溶解膠材的效率，會先在暫性基板上均勻地開上數(shù)十至上百個孔。即使如此，化學解鍵合方式的效率仍然很低。

機械解鍵合的方式是透過邊緣的受力點，藉由施力讓膠材接口產(chǎn)生劈裂，然后沿著劈裂面持續(xù)施力，最終使晶圓片與暫時性基板分離。在施力時，晶圓片無可避免會承受應力，因而增加了破片的風險。

熱滑移方式是先將膠材加熱致使其軟化，然后施加一剪切力讓暫時性基板與晶圓片產(chǎn)生相對的滑移，使得暫時性基板分離。該方式所使用的膠材通常不能承受高溫的制程，因而限制其應用范圍。

△圖2：激光解鍵合工藝意的流程圖

激光解鍵合則是藉由快速將激光能量照射在膠材上，使膠材產(chǎn)生部分解離，藉此將暫時性基板與晶圓片分離。采用激光解鍵合工藝，首先會在暫時性基板上涂布或貼合一層激光解鍵合專用的膠材（Laser Release Layer），接下來的制程工藝都是在這個基板上進行。完成封裝制程后，通過激光作用在膠材上，將晶圓片與暫時性基板分離。在這個過程中，激光會穿過透明的玻璃片，到達膠材表面，以掃描的方式均勻地將激光能量施加在膠材上，快速地將膠材和玻璃分開。圖2為激光解鍵合的流程圖，激光解鍵合機的工作示意圖見圖3。

由于激光是無應力的解鍵合方式，相當大幅度地降低破片的風險，因此可以大幅提升解鍵合過程的成功率，提高良率。當晶圓片厚度愈來愈薄、線寬線距持續(xù)縮小，激光解鍵合的優(yōu)勢將更加明顯。

解鍵合技術主要的要求為：

1.低應力，不能造成破片

2.對芯片的熱沖擊愈小愈好

3.激光能量不能損傷芯片

4.產(chǎn)出的速度要快

5.合理的制程成本

6.足夠的技術成熟度以及客戶采用

7.對于未來技術應用延伸的潛力

根據(jù)以上的需求，表1給出了各種解鍵合方式的比較。其中可以發(fā)現(xiàn)，使用紫外固態(tài)激光解鍵合技術在各項指標大體都十分優(yōu)良，并具有最佳的技術延伸的潛力。

△表1.各種解鍵合技術的比較

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鴻浩激光解鍵合設備

廣東鴻浩半導體設備有限公司（以下簡稱“鴻浩”）所選用的解鍵合技術即為紫外固態(tài)激光技術，率先成功量產(chǎn)紫外激光解鍵合設備，并首先應用于扇出晶圓級封裝制造工藝，該設備（如圖4所示）具有以下特點：

1.激光是針對膠材進行解鍵合，對晶圓片的分離產(chǎn)生的應力極低。

2.采用短脈沖激光，作用時間短，所產(chǎn)生的熱效應低。

3.選用的波長絕大部分作用于膠材，不會有擊傷芯片的風險。

4.采用高速激光，具有高產(chǎn)出速度的優(yōu)點。

5.設備維護費用低廉，可以提供合理的制程成本。

6.鴻浩自有應用技術實驗室，已經(jīng)驗證多種膠材，適用于多種應用場域。

△圖4：鴻浩激光解鍵合設備外觀圖

鴻浩的紫外激光解鍵合設備已經(jīng)打入包括先進封裝、第三代半導體、Micro-LED等各領域主要客戶。鴻浩也期待能與更廣大的客戶進行交流、服務更多的客戶。

蘇州會議

雅時國際(ACT International)將于2023年5月,在蘇州組織舉辦主題為“2023-半導體先進技術創(chuàng)新發(fā)展和機遇大會”。會議包括兩個專題：半導體制造與封裝、化合物半導體先進技術及應用。分別以“CHIP China晶芯研討會”和“化合物半導體先進技術及應用大會”兩場論壇的形式同時進行。詳情點擊鏈接查看：https://w.lwc.cn/s/7jmaMn

審核編輯黃宇