文章來源：學習那些事

原文作者：前路漫漫

本文介紹了晶圓級封裝技術的概念、優劣勢和發展現狀及趨勢。

WLP技術概述與發展

圓片級封裝（WLP），也稱為晶圓級封裝，是一種直接在晶圓上完成大部分或全部封裝測試程序，再進行切割制成單顆組件的先進封裝技術 。WLP自2000年左右問世以來，已逐漸成為半導體封裝領域的主流技術，深刻改變了傳統封裝的流程與模式。

在傳統封裝工藝中，通常先將晶圓分割成單個裸片，再對裸片進行QFP、BGA、CSP等形式的封裝；而WLP實現了前道IC加工與后道IC組裝在晶圓層面的整合。其基本工藝是在晶圓完成IC加工后，通過特定工藝直接在晶圓上構建IC互連接口，完成測試、老化等流程后再進行分割，直接產出IC成品。WLP的技術發展與晶圓級凸點技術緊密相關。自20世紀60年代起，IBM公司便在倒裝芯片工藝中應用晶圓級凸點技術，WLP正是這一技術自然演進的成果。標準意義上的WLP封裝尺寸與芯片一致，也被稱為晶圓級芯片尺寸封裝（WLCSP），屬于真正意義上的芯片尺寸封裝。隨著技術需求的提升，為突破WLCSP在I/O數量上的限制，扇出型晶圓級封裝（FOWLP）應運而生。FOWLP通過在芯片切割后重新排布、模壓重組晶圓，實現了面積擴展與復雜的異構集成，提升了封裝的集成度，降低了成本，增強了性能。與之對應，WLCSP也被稱為扇入型（Fan - in）晶圓級封裝（FIWLP）。

根據電極轉移相關的方式，圓片級封裝可粗略分為焊區上凸點（BOP）WLP、電極再分布WLP、包封式WLP和柔性載帶WLP四種，其中電極再分布WLP是目前晶圓級封裝技術的最主要形式。隨著芯片復雜性的增加，添加金屬重布線層，或稱為電極再分布層（RDL）變得十分必要，它能夠將焊球從芯片原本焊盤上轉移到合適的凸點位置，以滿足不斷提高的性能需求。

WLP的優勢與局限

一、優勢

WLP的優勢顯著。從尺寸上看，它實現了封裝面積與芯片面積近乎1:1，相比四邊引腳扁平封裝、板上芯片（COB）封裝等，大幅縮小了在系統電路板上的占用空間，滿足了現代電子產品尤其是便攜式設備對小型化的極致追求。以一個10mm尺寸的芯片為例，四邊引腳扁平封裝的面積是900mm2，芯片與PWB直接引線鍵合的板上芯片（COB）封裝的面積是225mm2，而WLP的封裝面積和芯片面積相同，僅為100mm2，對于需要減小尺寸或重量的產品而言，采用WLP已經將尺寸或重量降到了最小。

在成本方面，WLP與IC加工類似，隨著晶圓尺寸增大和IC尺寸減小，封裝成本降低。它在晶圓劃片前完成封裝和測試，減少了傳統封裝中因晶圓增大需線性增加封裝設備（如引線鍵合機、模塑機、測試儀和取放裝置等）的成本投入；同時，采用標準卷帶式傳送設備和標準SMT技術進行組裝裝配，進一步優化了成本結構。并且，在圓片級一次性實現所有IC的測試和老化，也大大降低了測試和老化成本，這對于大規模生產來說，成本優勢尤為明顯。

在性能上，WLP采用薄膜工藝實現互連，縮短了引線長度，降低了寄生電阻、電容、電感，顯著提升了電性能。WLP中的芯片尺寸通常較小，約10mm左右，I/O數從少到中等，一般約100左右，大部分WLP采用面陣列互連，這種互連方式具有諸多優點：一方面，焊料凸點比引線鍵合的引線尺寸小得多，電感和電阻都很小，從而擁有很好的電性能；另一方面，所有I/O焊盤都在芯片的有源面上方，互連區不超過芯片面積范圍，且面陣列互連的I/O節距可以達到最大，可以直接與成本最低的PWB進行互連，大大提高了封裝的實用性和經濟性。

二、局限

不過，WLP也存在一定局限性。當IC的I/O數量較多時，為保證互連，焊球尺寸和節距需相應減小，這對PWB的制造工藝提出了極高要求，適配的高密度PWB成本昂貴，限制了其在高I/O芯片中的應用。例如，目前實際應用中的最小 PWB 節距已突破 0.5mm，達到 110μm 級別，若要降低到100μm，就需要在一塊很大的電路板上采用12μm的光刻技術進行加工，這無疑是十分困難且成本高昂的。

此外，WLP需對晶圓上所有IC進行封裝，在早期晶圓加工成品率較低時，會顯著增加成本；盡管隨著工藝成熟及 AI 檢測技術（如 X 射線預篩選、缺陷自動識別）的普及，失效 IC 在封裝前即可被高效剔除，資源浪費問題已大幅緩解，但仍是需要持續優化的環節。因為即使現在晶圓加工技術已經有了很大進步，仍難以保證晶圓上所有IC都是完好的，對失效IC進行封裝會造成一定的資源浪費。

WLP的應用現狀與未來趨勢

目前，WLP已廣泛應用于可擦除可編程只讀存儲器（EPROM）、模擬芯片、射頻（RF）、集成無源器件（IPD）以及微機電系統（MEMS）等領域。國際半導體技術路線圖（ITRS）將其定義為基于晶圓（或晶圓形式）實現封裝和測試，且封裝后的單個封裝體可直接用于電路組裝工藝的技術。其主要封裝形式包括I/O端扇入型、I/O端扇出型、集成無源器件圓片級封裝及各類傳感器的圓片級封裝等。以扇出型圓片級封裝——嵌入式圓片級球柵陣列封裝（embedded Wafer Level Ball Grid Array，eWLB）為例，其典型的封裝結構所涉及的主要封裝材料包括制造再布線層（Redistribution Layer，RDL）中介質層的光敏材料、布線金屬層材料和實現微互連的微細連接材料及包封保護材料等。

隨著半導體產業向更高集成度、更小尺寸、更低功耗方向發展，WLP 與 2.5D/3D 封裝、Chiplet 技術深度融合，憑借其在異構集成方面的潛力，將成為未來先進封裝的重要發展方向。

同時，隨著技術的不斷進步，WLP在解決現有局限性方面也有望取得突破，從而拓展其在更多領域的應用。