"今天继续讲先进封装。
  晶圆级封装
  我们看下一个先进封装的关键概念——晶圆级封装（Wafer Level Package，WLP）。
  传统封装，是先切割晶圆，再封装。
  而晶圆级封装的核心逻辑，是在晶圆上直接进行封装，然后再切割，变成芯片。
  
  举个例子：传统封装，是先把大面团切成一块块，然后分别烘烤成蛋糕，分给大家吃。而晶圆级封装，是先烤一个大蛋糕，然后切成一块块，分给大家吃。
  从更广泛的意义上讲，任何在晶圆这一层级进行全部或部分加工的封装，都可以被认为是晶圆级封装。
  晶圆级封装出现于2000年左右，是半导体产业追求更高效率、更低成本的产物。
  在晶圆上进行封装过程，能够带来以下好处：
  1、由于侧面未涂覆封装材料，因此封装后的芯片尺寸较小。晶圆上，晶粒的密度更高，平均成本更低。
  2、方便批量生产制造芯片，缩短工期，总体成本也比较低。
  3、芯片设计和封装设计可以统一考虑，提升设计效率，降低设计成本。
  晶圆级封装，可以分为：扇入型晶圆级封装（Fan-In WLP）和扇出型晶圆级封装（Fan-Out WLP）。
  这里的“扇（Fan）”，指的是芯片的尺寸。
  
  我们分别来介绍。
  扇入型WLP（FIWLP）
  早期的WLP，多采用扇入型。扇入型的封装布线、绝缘层以及锡球，都位于晶圆的顶部。封装后的尺寸，和芯片尺寸是相同的。
  
  上期小枣君说过，芯片面积与封装面积之比超过1:1.14的封装，是CSP（芯片级封装）。扇入型WLP都1:1了，显然也属于CSP。所以，由扇入型晶圆级封装技术制成的封装，也称为晶圆级芯片级封装（WLCSP）。
  扇入型WLP，通常可以分为BOP（Bump On Pad，垫上凸点）和RDL（ReDistribution Layer，重布线层）两种方式。
  BOP封装的结构非常简单，Bump（凸点）直接构建在Al pad（铝衬板）的上面。如果Bump的位置远离Al pad，那么，就需要通过借助RDL技术，将Bump与Al pad进行连接。
  
  大名鼎鼎的RDL，终于出现了。
  我们需要单开一节，专门介绍一下它。
  RDL
  RDL的全称，是ReDistribution Layer（重布线层）。
  RDL是晶圆级封装（WLP）的核心技术，也是后面2.5D/3D立体封装的核心技术。在先进封装里，它占有重要地位。
  它是在晶粒下面的中介层上进行重新布线，实现I/O端口的重新布局。
  
  简单来说，它就像我们平时看到的PCB电路板。只不过，真正的PCB板是在芯片的外面，把各个成品芯片和元器件连起来。
  而RDL，是封装内部的“PCB板”，方便了XY平面（横向平面）的电气延伸和互联。它提升了封装内部电气连接的灵活性，能够让芯片内部布局更合理、更紧凑。
  基于RDL，晶圆芯片上的“细间距”外围阵列，可以变成“更大间距”阵列。
  基于之前晶圆制造的文章，大家会发现，RDL很像晶粒内部的金属连线（立交桥）。
  
  晶粒内的金属沉积
  是的，RDL的工艺，和晶圆制作流程中的“盖楼”流程差不多（可以参考晶圆制作的那期），主要就是光刻、涂胶显影、刻蚀、溅射沉积、电镀铜等工艺。
  RDL也属于将晶圆制造（前道）工艺降维到封装（后道）中使用。和凸点一样，也是中道工序。
  目前，主流的RDL工艺有两种：
  第一种，是基于感光高分子聚合物，并结合电镀铜与刻蚀工艺实现。
  
  1、 在晶圆表面涂覆一层聚合物薄膜，可选的聚合物材料包括光敏聚酰亚胺（PI）、苯并环丁烯（BCB）以及聚苯并恶唑（PBO）。这是为了增强芯片的钝化层并起到应力缓冲的作用。
  2、加热固化后，使用光刻工艺在所需位置进行开孔，之后进行刻蚀。
  3、通过物理气相沉积工艺（PVD），溅射Ti（钛）与Cu（铜），分别作为阻挡层与种子层。
  4、再来一波光刻、刻蚀工艺，把RDL层的空间给挖出来。
  5、通过电镀Cu工艺，在暴露出的Ti/Cu层上制造第一层RDL。（注意，电镀是将电解质溶液中的金属离子还原为金属并沉积在晶圆表面。）
  6、去除掉光刻胶，并刻蚀掉多余的Ti/Cu。
  7、涂覆第二层聚合物薄膜，使圆片表面平坦化并保护RDL层。
  8、重复上述步骤，制作多层RDL结构。
  另一种工艺，是采用Cu大马士革工艺结合PECVD与CMP工艺实现。
  图我实在是不想画了，网上找了一个，供参考：
  
  大致流程：
  1、先采用PECVD工艺，沉积SiO2或Si3N4，作为绝缘层。
  2、利用光刻与反应离子刻蚀，在绝缘层上形成窗口。
  3、分别溅射Ti/Cu的阻挡/种子层以及导体铜，和刚才工艺一样。
  4、采用CMP（化学机械研磨，之前介绍过的）工艺，将导体层减薄至所需厚度，形成了一层RDL或通孔层。
  5、 重复上述步骤，制作多层RDL结构。
  
  基于大马士革工艺制作的多层RDL内部构架
  第二种工艺需要采用CMP，制造成本比第一种高。在行业里，第一种用得比较多。
  制作完RDL之后，是制作UBM（凸点下金属层），工艺和RDL相似。
  
  制作完UBM之后，通过掩膜板准确定位焊膏和焊料球，并将其放置于UBM上。
  随后，进行回流，使焊料与UBM形成良好的浸润结合，从而确保达到理想的焊接效果。
  综合以上步骤，扇入型WLP的大致工艺流程如下：
  1、完成RDL布线，方便将I/O引出至方便焊接的位置。
  2、对晶圆进行减薄加工。
  3、在RDL层所连接的金属焊盘上，进行植球。
  4、对晶圆进行切割，得到独立的芯片。
  5、完成FT测试，出厂。
  过去的20多年，扇入型WLP广泛应用于移动、便携式和消费类产品。特别是低I/O引脚数（≤200）、小芯片尺寸（≤ 6mm x 6 mm）、低成本、低端、薄型和大容量应用的半导体器件，使用这种封装比较多。
  扇出型WLP（FOWLP）
  扇入型WLP虽然面积小，但是支持的I/O引脚数也少。随着时间的推移，芯片的I/O引脚数逐渐增加，扇入型WLP无法满足要求。于是，就有了扇出型WLP（FOWLP）。
  
  
  Fan-In WLP与Fan-Out WLP
  扇出型WLP中，RDL可以向外延伸布线。这样一来，封装的面积大于晶粒的面积，I/O引脚数可以更多，引脚间距也宽松。
  扇出型WLP如果符合CSP的尺寸比例要求，就是扇出型WLCSP。
  
  扇出型WLP最早于2006年由英飞凌最先提出。他们在手机基带芯片封装中实现了量产，并将其命名为嵌入式晶圆级球栅阵列（eWLB）。
  后来，扇出型WLP并没有获得什么关注。
  直到2016年，台积电基于FOWLP，推出了集成扇出型（InFO）封装，并成功应用于苹果公司iPhone 7系列手机的A10处理器（AP）中，才让扇出型WLP获得了整个行业的高度关注。
  凭借该项技术，台积电成功包揽了苹果公司之后每一代手机的AP芯片制造和封装订单。
  后来，FOWLP高速发展，衍生出多种变体，包括核心扇出（Core FO）、高密度扇出（High-Density FO）和超高密度扇出（Ultra High Density FO）等，可以应用于不同的需求场景。
  
  我们来看看FOWLP的工艺过程。
  前面说WLP是先封装，再切割。这句话其实不太适用于FOWLP。
  FOWLP，是先切割，然后把芯片重新放置在人工载板上。接下来，再进行晶圆级封装。封装完，再次切割，变成最终的芯片。
  
  Fan-Out WLCSP工艺流程
  根据工艺过程，扇出式WLP可以分为芯片先装（Die First）和芯片后装（Die Last）。芯片先装又分为面朝下（Face Down）、面朝上（Face Up）。
  
  芯片先装，简单地说，就是先把芯片放上， 再做布线（RDL）。
  芯片后装，就是先做布线（RDL）。测试合格的单元，再把芯片放上去。
  芯片后装的优点，是可以提高合格芯片的利用率，以此提高成品率，降低成本。也有缺点，就是工艺相对复杂。
  总结一下FOWLP的优点：
  1、FOWLP是一种无载板（Substrate-less）的封装方式，不需要封装载板，更不用引线，可以大幅降低成本。
  2、FOWLP没有封装载板，所以垂直高度更低，能够提供额外的垂直空间，向上堆叠更多的元件。
  3、FOWLP厚度较薄，缩短芯片与散热片之间的距离，有利于散热。
  4、FOWLP可以将不同功能的芯片进行灵活集成，进而完成系统级封装（SiP）。这是后摩尔时代非常重要的技术手段之一。
  扇出面板级封装（FOPLP）
  提到FOWLP，就肯定要提一下最近几年特别火的FOPLP。
  FOPLP（扇出面板级封装），是扇出型封装的一种，也基于重新布线层（RDL）工艺。
  它和 FOWLP非常类似，最大的区别在于：FOPLP使用的载板，不是 8寸/12寸的晶圆，而是方形的大尺寸面板。
  
  FOPLP具有以下优势：
  1、低成本。
  FOPLP采用方形的大尺寸面板，不仅单片产出的芯片数量更多，而且面积利用率更高。根据 国际权威研究机构Yole的数据， FOWLP技术面积使用率<85%，而FOPLP技术面积使用率>95%。
  以600mmX600mm尺寸的面板为例，面积为12寸wafer carrier的5.1倍，单片产出数量大幅提升。
  
  FOPLP可以 大幅提高材料利用率和生产效率，进而降低生产成本。
  例如，FOWLP采用旋转涂布工艺，PI、PR等光敏材料（价格昂贵）的有效利用率只有20%。FOPLP采用狭缝涂布工艺，材料有效利用率达到85%以上。
  2、高灵活性。
  FOPLP的生产灵活性更高，适合大批量生产，生产周期更短。
  例如，FOWLP封装中，光罩的尺寸小，单次曝光面积有上限，需要通过拼接的方式曝光，效率低，良率低，影响产能。
  而FOPLP封装，单次曝光面积是FOWLP的4倍以上，效率高、良率高，大幅提升了产能。
  3、 优秀的热管理。
  通过优化封装结构，以及选择合适的材料，FOPLP可以有更好的散热性能，降低芯片工作温度，提高芯片的可靠性和寿命。
  4、高集成度。
  FOPLP在大面板上重新分布半导体芯片，能够在单个封装内集成多个芯片、无源元件和连接，可以实现更高的集成度，甚至更高的性能。
  
  集成更多功能模块，可以减少封装步骤和材料消耗，也能降低成本。
  5、高电气性能。
  FOPLP具有更低的电感和电容效应，电气性能出色。
  
  
  图片来自亚智科技
  当然，FOPLP也有缺点，包括 面板尺寸和组装工艺未能标准化、封装密度较低 （ 与FOWLP相比），以及芯片翘曲问题等。
  目前， FOPLP板级封装凭借刚才提到的优点，在射频芯片、电源芯片、高频芯片、传感器芯片等领域展现了非常不错的应用前景。
  包括台积电、英伟达、三星、 群创光电等在内的很多厂商，都表示了对FOPLP的关注，也投入了大量的资源。FOPLP的市场份额在不断攀升，预计2027年左右会进入一个技术成熟阶段，应用于AI GPU等芯片封装场景。
  另外值得一提的，是FOPLP所使用的玻璃载板材料。
  FOPLP载板的面积大，所以，在生产和处理的过程中，容易出现翘曲等问题。
  所以，相比于传统的硅材料，FOPLP的载板材料主要是金属、玻璃或其它高分子聚合物材料。在这些材料之中，玻璃在机械、物理、光学等性能上具有明显的优势，现在已经成为行业关注的焦点。
  玻璃基板的表面比塑料（有机材料）基板更光滑。在同样面积下，能够开孔（下期会提到的通孔）的数量也比塑料基板多。这极大提升了芯片之间的互连密度，有利于实现更复杂的设计，更有效地利用空间。
  在热学性能、物理稳定度方面，玻璃基板也表现出色，不容易因为温度高而发生翘曲或变形。
  玻璃基板的电气性能也突出，介电损耗更低，电气连接更稳定、高效。
  目前，业界关于玻璃基板的研究和布局也同样激烈。
  好了，关于晶圆级封装（WLP）的知识，就先介绍到这里。
  下一期，是芯片封装专题的最后一期，我们讲讲2.5D/3D封装，还有背后非常重要的TSV/TGV、混合键合等技术。
  参考文献：
  1、《芯片制造全工艺流程》，半导体封装工程师之家；
  2、《 半导体后端制造：传统封装和晶圆级封装》，Semika；
  3、《 一文了解硅通孔(TSV)及玻璃通孔(TGV)技术》，圆圆de圆，半导体全解；
  4、《 摩尔定律重要方向，先进封装大有可为》，华福证券 ；
  5、《 FOPLP扇出型板级封装》， AshiRiga，知乎；
  6、 《 一文看懂晶圆级封装》， skhynix官网，半导体行业观察；
  7、《 一文了解载带自动焊接(TAB)技术 》，小陈婆婆，学习那些事；
  8、 《 玻璃基板成为芯片封装竞争新热点》，东吴证券；
  9、《 技术发展引领产业变革，向高密度封装时代迈进》，华金证券；
  10、《 先进封装高密度互联推动键合技术发展，国产设备持续突破 》，东吴证券；
  11、《 算力时代来临，Chiplet 先进封装大放异彩》，民生证券；
  12、《 先进封装设备深度报告》，华西证券；
  13、《 半导体封测行业深度报告》，华福证券；
  14、《 深度分析半导体封装技术趋势，FOPLP前景如何？》，芯师爷；
  15、《 技术前沿：面板级封装FOPLP》，ittbank；
  16、《 先进封装技术-扇出型晶圆级封装（FOWLP）》，CAE工程师笔记；
  17、维基百科、百度百科、各厂商官网。
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