1. 概述

扇出型晶圓級封裝（FOWLP）是一種經濟高效的方法，可實現高互連密度并在負擔得起的封裝中管理更大的I / O數量。與當前技術相比，它可實現更小的占位面積，更高的互連密度，更好的布線和更薄的封裝。[1]標準的FOWLP晶圓包括已知的良好管芯（KGD）和重新分布層（RDL）或嵌入模塑料中的層，從而減少了生產有缺陷的器件的可能性，并在2.5D和3D集成設計中提供了更大的靈活性。FOWLP工藝流分為兩類：芯片優先處理和芯片后處理，指的是將切屑放置在基板上時的切入點。芯片優先處理已經存在了幾年，目前已用于大規模生產。芯片后處理（也稱為RDL優先）仍在早期開發中。

業內已經開發了多種工藝流程，以滿足芯片優先處理的方法的靈活設計的要求（圖1A）。通常，KGD放置在已層壓到可移動膠帶上的基板上。然后將模塑復合材料鋪在KGD上并固化。隨后將基材與層壓膠帶分離，然后進行RDL堆積和焊球附著。在蕞后一步中，將晶片切單以備將來處理。

模制后可能會發生晶圓處理的難題，因為在RDL工藝中用于交聯介電材料的高溫工藝會由于硅與模塑料之間的熱膨脹系數（CTE）不匹配而引入導致翹曲的應力。

圖1  芯片優先（A）和芯片后處理（B）的流程

在芯片后處理方案中，RDL層構建在載體晶片上。然后，將KGD附著到結構良好的RDL，然后進行包覆成型，固化和焊球附著步驟。該過程的每個步驟都是新穎的，因此具有內在的挑戰性。

在芯片優先處理和芯片后處理處理中，器件晶片都使用在高溫下施加的特殊配制材料臨時鍵合到載體晶片上，以實現所需的熔體粘度。在剝離步驟中，使用以下四種主要的剝離技術之一將載體晶圓和附著的臨時鍵合材料從器件晶圓上移除：化學，滑動，機械或激光剝離。每種技術都針對特定的應用。

圖2  在250°C的溫度下模擬1小時后，用薄玻璃晶片粘合的模塑復合物晶片顯示出嚴重的翹曲

在化學脫膠過程中，將鍵合的晶片對浸入溶劑中以溶解臨時鍵合材料。因為僅鍵合對的邊緣暴露在溶劑中，所以這是耗時的過程，增加了處理成本。在滑動脫膠過程中，將鍵合的晶片加熱直到材料軟化到足以流動為止，然后利用水平力將器件晶片與載體晶片分離。為了使滑動脫膠有效，臨時鍵合材料的T g不能太高或太低。更先進的技術是在鍵合層與載體或器件晶圓之間使用隔離層，以實現機械或激光剝離。

2. 芯片優先處理工藝

高溫加工導致的晶圓翹曲是芯片優先加工過程中的蕞大挑戰。翹曲的晶片會導致未對準并且難以拾取。圖2顯示了使用基于環氧樹脂的臨時鍵合材料鍵合到剛性薄玻璃載體晶片上的模塑料裝置晶片，該材料在250°C的溫度下進行了一個小時的熱模擬后發生了翹曲。這可能是由于模塑料，鍵合材料和載體晶圓之間的CTE不匹配。幸運的是，可以使用特殊選擇的臨時鍵合材料解決此問題（表1）。

表1  幾種臨時鍵合材料的機械性能

下面的圖3和圖4展示了減少翹曲的成功例子。臨時鍵合材料和與器件晶圓的CTE更緊密匹配的載體可減少翹曲的嚴重性。在此過程中，首先在玻璃載體晶片上涂覆機械剝離層，然后再旋涂材料A（表1）。將載體在200°C粘合到重構的器件晶圓上后，進行230°C的熱模擬，使用很小的機械力將一對鍵合體剝離，然后用有機溶劑清洗器件晶圓。

結合的晶片對在熱模擬后沒有顯示出翹曲，這可以歸因于器件和載體晶片之間的CTE匹配以及材料A的楊氏模量。楊氏模量代 表了材料的硬度，這會影響晶片在加工過程中的應力加熱和冷卻過程。楊氏模量低的軟質材料的翹曲低，而楊氏模量高的硬質材料的翹曲高。

在這種情況下，無論模制復合材料晶圓（6-20×10 -6 /°C）和材料A（90 x 10 6 /°C）之間的CTE不匹配，材料A 的相對較低的楊氏模量（400 MPa） ）通過熱仿真確保鍵合對成功。因此，上述圖2中所示的不合格處理可歸因于環氧基粘合材料的高楊氏模量（2000 MPa）。

當沒有CTE匹配的載體晶圓時，使用可以在室溫下粘合并在低溫下固化的材料組可以成功避免晶圓翹曲。在該示例中，將釋放層（材料B）旋涂在重構的器件晶片上，同時將厚的低溫可固化材料C層施加到載體晶片上，然后進行粘合。在250°C進行熱模擬一小時后，鍵合的晶片對沒有顯示任何空隙，分層或可觀察到的翹曲。保護材料B和可固化材料C的高熔體粘度可確保在高溫下具有足夠的機械強度。此外，可固化材料C的低楊氏模量（3MPa）不會對鍵合的晶片對施加進一步的應力。

圖3  （A）使用材料A的鍵合晶片對的結構

（B）在250°C的熱模擬下1小時后的鍵合晶片對的照片顯示了減少的翹曲

（C）熱模擬晶片的超聲C模式掃描聲顯微圖像

圖4  （A）使用材料B和C的鍵合晶片對的結構

（B）在250℃下熱模擬1小時后的鍵合晶片對的照片顯示了減小的翹曲

（C）熱模擬晶圓對的正面照片，未顯示任何空隙或分層

3. 芯片后處理工藝（Chip-Last Processing）

在芯片后處理方法中，RDL層應構建在具有可移除支撐層的基板上，該支撐層可用于下游釋放目的，并且可作為整個晶圓堆積的基礎。在傳統的RDL處理中，銅籽晶層通過化學氣相沉積（CVD）沉積在基板上。

在芯片后處理工藝中，銅層可能構成挑戰，因為可去除層必須承受CVD工藝期間施加的溫度和真空。此外，可移動層和RDL種子層之間必須具有出色的附著力。

圖5顯示了激光釋放材料上的銅沉積的比較，這些材料要么表現出較差的粘附性，要么對種子層的粘附性良好。在粘附性差的情況下，激光釋放材料的表面在銅沉積之后顯示氣泡，并且銅涂層可以容易地剝離。激光釋放材料具有良好的附著力，可以形成光滑而牢固的銅涂層，從而有助于后續加工過程中的支撐。

圖5  激光釋放材料上的銅沉積，（A）附著力差，顯示氣泡；（B）附著力好，無氣泡

圖6  層壓在聚合物涂覆的硅片頂部的銅箔照片

圖6顯示了比CVD更為方便的RDL種子層施加方法。首先將可去除材料涂覆在硅基板上，然后在高溫下層壓薄銅箔，從而形成無缺陷的銅籽晶層。層壓工藝具有成本效益，適用于大型基板（如面板）。

與弟一個芯片一樣，在電介質固化，管芯對晶圓的連接以及模塑料固化期間，需要高溫。這些高溫工藝對要求高熔體粘度的可去除材料提出了新的挑戰，因為它在高溫下必須具有足夠的機械性能以提供必要的排列。

圖7（A）顯示了沉積在高T g材料頂部的銅層，該銅層在熱模擬后無任何表面變化。如圖7（B）所示，當將銅層沉積到低T g的材料上時，在熱模擬后觀察到褶皺。這些皺紋將阻止進一步的設備處理。因此，高T g材料可能比低T g材料具有更多優勢。

圖7   在熱模擬之前（A1）和熱模擬之后（A2）在高Tg材料上沉積的圖案化銅層的照片

熱模擬之前（B1）和熱模擬之后（B2）沉積在低Tg材料頂部的圖案化銅層的照片

4. 結論

顯然，先芯片和后芯片FOWLP工藝都存在固有的挑戰。業內設計了一些解決方案來克服這些挑戰，例如粘結材料具有低楊氏模量，還提供創新設計的脫模材料，這些材料具有足夠的機械強度，可以成功粘合到臨時鍵合材料上，同時還可以在整個過程中保持完整性。有了這些，制造商就可以成功進入這個令人興奮的新技術領域。

要想了解更多關于臨時鍵合和解鍵合脫膠的知識，請訪問這里。