Chất nền IC - Công nghệ đóng gói chip cấp wafer

Gói kích thước chip cấp wafer (viết tắt là WLCSP), tức là gói chip cấp wafer, khác với gói chip truyền thống (cắt trước, sau đó niêm phong và thử nghiệm, khối lượng của chip gốc tăng ít nhất 20% sau khi đóng gói), công nghệ mới nhất này là lần đầu tiên trong toàn bộ gói wafer và thử nghiệm, sau đó cắt thành các hạt IC riêng lẻ, do đó khối lượng của tinh thể trần IC được đóng gói tương đương với kích thước ban đầu.

Nó trực tiếp thực hiện tất cả các hoạt động trên wafer, do đó kết thúc quá trình sản xuất wafer phía trước. Trong quá trình đóng gói chip, chip được tách ra khỏi wafer, cho phép WLCSP đạt được khối lượng đóng gói tối thiểu ở cùng kích thước chip, gần như là công nghệ thu nhỏ đóng gói cuối cùng.

Công nghệ đóng gói cấp chip wafer tích hợp công nghệ thiết bị thụ động màng mỏng và công nghệ sản xuất thông số kỹ thuật diện tích lớn, không chỉ cung cấp giải pháp tiết kiệm chi phí mà còn là yếu tố hình thức phù hợp với quy trình lắp ráp bề mặt hiện có. Công nghệ đóng gói cấp chip không chỉ cung cấp lộ trình cải thiện hiệu suất mà còn giảm kích thước của các thiết bị thụ động tích hợp.

Kể từ khi công bố tính khả thi của công nghệ WLCSP vào năm 1998, nhiều loại WLCSP đã xuất hiện trên thị trường trong những năm gần đây. Công nghệ này đã được áp dụng cho các thiết bị điện tử di động như chip điện thoại di động và mở rộng sang các ứng dụng cho các sản phẩm logic.

WLCSP là một biến thể của công nghệ kết nối chip đảo ngược. Với sự trợ giúp của công nghệ WLCSP, bề mặt hoạt động của chip trần được đảo ngược và kết nối với PCB bằng một quả bóng hàn. Những quả bóng hàn này thường có kích thước đủ lớn (0,5mm khoảng cách và 300 prereflow) để bỏ qua quá trình làm đầy đáy cần thiết để kết nối chip đảo ngược với nhau.

Đóng gói WLCSP

WLCSP có thể được chia thành hai loại cấu trúc: lồi trực tiếp và lớp phân phối lại (RDL)

Va chạm trực tiếp

WLCSP lồi trực tiếp chứa một lớp hữu cơ tùy chọn (polyimide) hoạt động như một lớp đệm căng thẳng trên bề mặt của lõi ống hoạt động. Polyimide bao phủ toàn bộ khu vực chip trần, ngoại trừ khu vực cửa sổ kết nối xung quanh miếng đệm. Một lớp kim loại lồi phụ (UBM) được phún xạ hoặc mạ điện trên khu vực cửa sổ này. UBM là một ngăn xếp của các lớp kim loại khác nhau bao gồm các lớp khuếch tán, ngăn chặn, làm ướt và chống oxy hóa. Các quả bóng hàn rơi trên UBM (cái gọi là quả bóng rơi) và sau đó tạo thành một lồi hàn bằng cách hàn ngược.

Lớp phân phối lại (RDL)

Lớp phân phối lại (RDL) WLCSP - Công nghệ này có thể chuyển đổi các chip trần được thiết kế cho các dây liên kết (sắp xếp xung quanh các tấm liên kết) thành WLCSP. Không giống như lồi trực tiếp, WLCSP này sử dụng hai lớp polyimide. Lớp polyimide đầu tiên lắng đọng trên chip trần và giữ pad ở trạng thái cửa sổ. Lớp RDL chuyển đổi mảng ngoại vi thành mảng bề mặt bằng cách phún xạ hoặc mạ điện. Cấu trúc tiếp theo tương tự như lồi trực tiếp, bao gồm lớp polyimide thứ hai, UBM và quả bóng rơi.

Ưu điểm của WLCSP:

Chế độ đóng gói của WLCSP không chỉ giảm hiệu quả kích thước của mô-đun lưu trữ mà còn đáp ứng các yêu cầu mật độ cao của thiết bị di động đối với không gian cơ thể; Mặt khác, nó cải thiện tốc độ và sự ổn định của việc truyền dữ liệu khi nói đến hiệu suất. Thiết bị lắp ráp SMT tiêu chuẩn có thể được sử dụng mà không cần quá trình làm đầy đáy.

1. Kích thước tối thiểu của phương pháp đóng gói chip gốc:

Tính năng lớn nhất của gói chip WLCSP wafer-class là giảm hiệu quả khối lượng gói, làm cho hình dạng gói nhẹ hơn và mỏng hơn. Do đó, nó có thể được kết hợp với các thiết bị di động để đáp ứng các yêu cầu đặc trưng của các sản phẩm di động nhẹ, ngắn.

Gói kích thước tối thiểu

2. Đường dẫn truyền dữ liệu ngắn và ổn định cao:

Khi sử dụng gói WLCSP, tần số truyền dữ liệu có thể được cải thiện một cách hiệu quả, giảm tiêu thụ hiện tại và cải thiện sự ổn định của việc truyền dữ liệu do dây mạch ngắn và thô (dây màu vàng được đánh dấu từ a đến b). Tỷ lệ lắp ráp tốt do đặc tính tự hiệu chuẩn của tấm trần trong quá trình hàn.

3. Đặc tính tản nhiệt tốt

Vì WLCSP có ít gói nhựa hoặc gốm kín truyền thống hơn, nó có thể tiêu tan năng lượng nhiệt trong quá trình hoạt động của chip IC một cách hiệu quả mà không làm tăng nhiệt độ cơ thể. Tính năng này giúp ích rất nhiều cho việc tản nhiệt của thiết bị di động. Nó có thể làm giảm cảm ứng và cải thiện hiệu suất điện.

WLCSP không chỉ có thể đạt được các công nghệ quan trọng của mật độ cao, đóng gói hiệu suất cao và sip, mà còn đóng một vai trò quan trọng trong công nghệ PCB nhúng thiết bị. Mặc dù quá trình liên kết dẫn rất trưởng thành và linh hoạt, mạch nhiều lớp, đồ họa dây mỏng và sự kết hợp của công nghệ WLCSP với liên kết dẫn cho thấy nó sẽ có nhiều ứng dụng và cơ hội mới.

Nhược điểm của WLCSP: Chi phí của WLCSP đến từ gia công wafer hoặc đóng gói. Nếu cần sản xuất hàng loạt, cần phải tăng lực lượng lao động. Điều này sẽ làm tăng chi phí sản xuất tương ứng.

Tương lai của công nghệ WLCSP

WLCSP đã được sử dụng trong điện thoại di động, thẻ nhớ, thiết bị định vị ô tô và các thiết bị kỹ thuật số kể từ khi nó được áp dụng cho đồng hồ điện tử vào năm 2000. Trong những năm tới, sẽ có nhiều chip hơn sử dụng công nghệ WLCSP trong các thị trường di động hiệu suất cao như điện thoại di động.

Sự kết hợp của công nghệ WLCSP và quy trình PCB nhúng chip có thể đảm bảo sự ổn định của chất lượng lắp ráp PCB. Điều này là do WLCSP không chỉ dễ dàng cài đặt PCB mà còn có các tính năng của "lõi ống tốt được biết đến".

Công nghệ WLCSP mở ra nhiều khả năng hơn để sản xuất các thiết bị điện tử nhỏ gọn nhẹ. WLCSP đã được áp dụng để lắp ráp bảng mạch. Gần đây, nó cũng đã trở thành một phần quan trọng của SIP. MCP, kết hợp WLCSP và công nghệ liên kết dây dẫn truyền thống, cũng đã được đưa vào sản xuất hàng loạt.

Nhìn vào sự phát triển của WLCSP trong những năm gần đây, chúng tôi hoàn toàn tin tưởng rằng WLCSP sẽ tiếp tục phát triển và mở rộng ra nhiều lĩnh vực hơn nữa trong tương lai gần.