先進高性能計算芯片中的扇出式封裝

Chip First工藝

自從Fan-Out封裝問世以來，經過多年的技術發展，扇出式封裝已經形成了多種封裝流程、封裝結構以適應不同產品需要，根據工藝流程，可以分為先貼芯片后加工RDL的Chip First工藝和先制作RDL后貼裝芯片的Chip Last工藝兩大類，其中， 結構相對簡單的是采用Chip First工藝的eWLB ，該結構如圖1所示：

圖1 eWLB結構

其工藝流程如下：

1

將切割好的芯片Pad面向下粘貼在帶臨時鍵合膠的載片上；

2

從芯片背面對載片進行灌膠塑封；

3

移除臨時載片形成塑封后的二次晶圓（扇出式晶圓）；

4

去除Pad上的殘留膠并在Pad面形成RDL層；

5

在RDL層上植球并切割成單個成品。

此技術的優勢是 制程相對簡單，成本優勢明顯 。但由于移除載片后，扇出晶圓的翹曲難以控制，對RDL線路的生長技術提出了挑戰，難以制作高密度的RDL，因此該技術主要應用于布線密度較低的中低端的產品。

真正讓Chip First扇出式封裝成為行業熱點的原因無疑是因為臺積電（TSMC）在2016年在I-phone7中使用了InFO^TM^結構，該結構如圖2所示。

圖2 臺積電InFO產品結構

其工藝流程如下：

1

在晶圓Pad上制作一層預制銅柱；

2

將切割好的芯片Pad面向上粘貼在帶臨時鍵合膠的載片上；

3

對載片進行灌膠塑封；

4

對塑封好的扇出晶圓進行研磨，露出預制銅柱的頂部；

5

在預制銅柱的頂部進一步制作RDL及植球移除載片；

6

將完成植球的扇出式晶圓切割成單個成品。

該技術由于布線工藝在載片上完成，沒有翹曲等因素的影響，因而能夠實現高密度布線，同時整體封裝厚度也能控制的很低，多應用在高端手機處理器等高價值芯片上。缺點是工藝控制要求高，而且RDL良率直接會影響到芯片成品率，因此最終成品價格較高。

以上方式都是先貼芯片后制作RDL的工藝，所以稱為Chip-First工藝，如果先制作RDL，然后在RDL上貼裝芯片，便稱為Chip-Last工藝。此工藝需要在RDL上倒裝植球后的芯片，通常適用于空間要求略高的FcBGA產品，但由于只在檢驗合格的RDL上貼裝芯片，可避免RDL工程良率給芯片帶來的損失，因此對于價格昂貴的高端芯片而言，有較明顯的價格優勢。

長電科技Chip Last工藝

長電科技2021年7月正式推出了一款使用Chip-Last封裝工藝的高密度扇出式封裝 — XDFOI ^TM^ -FcBGA-H，該產品的結構如下：

圖3 JCET XDFOI ^TM^ -FcBGA-H封裝結構

其工藝流程如下：

1

在帶臨時鍵合膠的載片上制作RDL線路層；

2

倒裝焊接上已植球切割好的芯片；

3

芯片底部焊接區域進行底部填充，再對整張貼好芯片的基板進行整體塑封；

4

移除載片并在圓片底部形成Bump；

5

對此整個扇出式原片進行研磨與切割后形成XDFOI^TM^ Fan-Out Unit顆粒；

6

將Fan-Out Unit倒裝封裝在基板上并進行底部填充；

7

貼裝散熱蓋及植球，最終形成XDFOI ^TM^ -FcBGA-H封裝。

此技術的優點在于：避免了RDL良率造成的芯片損失，具有更高的成本競爭力，且直接在載片上布線RDL，簡化了工藝。另外RDL的布線間距也可以達到2um水準，大大提高布線密度，能滿足高性能產品封裝需求。

Fan-Out封裝發展趨勢

隨著Chip-Let技術會越來越得到半導體業界的重視，封裝技術的發展已經成為了半導體行業發展的重要支點，而先進高密度Fan-Out封裝也必然是發展中的熱點。

根據目前的發展趨勢看，Fan-Out封裝主要有以下幾個發展趨勢：

01｜高密度布線

根據行業發展預測，下一代Fan-Out技術RDL的布線間距將達到1um以下，這將對RDL布線技術的發展提出進一步挑戰。

02｜產品大型化

由于突破了單個硅芯片限制， 多Die合封的封裝單元尺寸很容易突破原有單顆硅芯片常規上限（通常為830mm ^2^ ）的限制，各大OSAT的合封單元目標都在1500mm^2^以上，有的面積甚至將達到2500mm ^2^ ，這對封裝工藝以及封裝材料開發提出了巨大的挑戰。

03｜封裝結構復雜化

在Chip-Let技術發展路線圖中，芯片互聯種類越來越復雜，不僅有RDL互聯，還有硅基板Interposer互聯，橋接芯片互聯等封裝方式都在快速發展中。封裝模式的多元化對制程能力開發也提出了更高的要求。

臺積電、Intel、Samsung等國際頂尖半導體公司都已成功進軍先進封裝市場。各大先進半導體公司都確立發展高密度扇出式封裝為技術戰略方向。值此變革之時，長電科技緊跟時代潮流，在先進封裝上積極投入，率先在國內開發出了自己的先進高密度Fan-Out封裝。長電科技不但要在國內企業中保持技術領先優勢，還要進一步開拓進取，繼續在先進封裝上加大研發力度，力爭在后摩爾時代的半導體技術開發的國際競爭中占得先機。