激光解鍵合在扇出晶圓級封裝中的應用

半導體工藝與設備 2023-05-04 07:51

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來源；《半導體芯科技》雜志

作者：黃泰源、羅長誠、鐘興進，廣東鴻浩半導體設備有限公司

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摘要

扇出晶圓級封裝廣泛應用于手機、車載等電子產品上。制造過程中需要使用到暫時性基板，而移除暫時性基板最適當的方式為激光解鍵合。鴻浩半導體設備所生產的UV激光解鍵合設備具備低溫、不傷晶圓等技術特點，并且提供合理的制程成本，十分適合應用于扇出晶圓級封裝。

扇出晶圓級封裝簡介

扇出晶圓級封裝（Fan Out Wafer Level Packaging, FOWLP，簡稱扇出封裝）是一種新型的晶圓級電子封裝技術。與標準的晶圓級封裝（Wafer Level Packaging, WLP）或稱為扇入晶圓級封裝（Fan In WLP）相比，可以擴大封裝面積，因而容納更多的輸入/輸出引腳（I/O），同時實現更薄、更扁平的封裝形貌，并且能以較低的成本來生產具有良好電器特性的電子組件。

由英飛凌與意法半導體和星科晶朋共同開發的eWLP是第一個商業化的扇出封裝。當時的發展背景即是為了應對愈來愈多的輸出入引腳的需求。解決方式是加大扇出空間來容納更多的引腳。eWLB于2009年中量產，并且開始應用于手機芯片上。

自2010年代以來，已有多家包括半導體晶圓廠、封測廠開發各式的扇出封裝技術，如臺積電的InFO、三星的FOSiP、安靠的SWIFT、日月光的FOEB等等。并且往系統級封裝、堆棧封裝發展，成為整合度更高、互連速度更順暢的電子構裝組件。扇出封裝目前大規模應用于智能手機、穿戴裝置、電源管理、射頻組件、車用電子等領域，由于易于進行異質整合，加上具有高性價比的優勢，使用量與應用范圍有愈來愈擴大的趨勢。

扇出晶圓級封裝制造流程

傳統的晶圓級封裝是在已完成前段制程的晶圓片上針對晶圓片上的芯片來進行，芯片封裝面積大小取決于原本在晶圓上針對芯片所預留的間距。扇出封裝則可藉由——重組晶圓（Reconstitutional Wafer）來決定芯片的封裝尺寸。重組晶圓是依托在暫時性基板（Temporary Carrier）上，這個暫時性基板最終經過解鍵合（De-bonding）的工藝技將其從重組晶圓上移除。扇出封裝首先藉由重新排列芯片形成一個重組晶圓。芯片先從原本的晶圓片上切割下來，然后根據設計依一定的間距進行芯片的排列。

接下來在晶圓片上進行重新布線（RDL）、塑封與形成引腳。以上工藝流程稱為Mold First扇出技術。也有先進行重新布線再進行固晶（Die Bonding），稱為RDL First扇出技術。

暫時性基板僅是做為承載芯片的載體，在完成芯片塑封后，需要將其除去。這個去除暫時性基板的工藝即稱為剝離或解鍵合（De-bonding）。典型的FOWLP的工藝制作流程如圖1。

△圖1：扇出晶圓級封裝的工藝流程

激光解鍵合技術

解鍵合的方式從早期的化學解鍵合方式、機械解鍵合方式、熱滑移等方式，進展到激光解鍵合。其中，激光解鍵合技術是新近發展出來的技術，目前已有涵蓋紫外到紅外數種不同波長的激光解鍵合技術。

化學解鍵合方式采用浸泡在化學溶劑中的方式，將膠材慢慢地溶解，最終將暫性基板和晶圓片分離。為了增加化學溶劑溶解膠材的效率，會先在暫性基板上均勻地開上數十至上百個孔。即使如此，化學解鍵合方式的效率仍然很低。

機械解鍵合的方式是透過邊緣的受力點，藉由施力讓膠材接口產生劈裂，然后沿著劈裂面持續施力，最終使晶圓片與暫時性基板分離。在施力時，晶圓片無可避免會承受應力，因而增加了破片的風險。

熱滑移方式是先將膠材加熱致使其軟化，然后施加一剪切力讓暫時性基板與晶圓片產生相對的滑移，使得暫時性基板分離。該方式所使用的膠材通常不能承受高溫的制程，因而限制其應用范圍。

△圖2：激光解鍵合工藝意的流程圖

激光解鍵合則是藉由快速將激光能量照射在膠材上，使膠材產生部分解離，藉此將暫時性基板與晶圓片分離。采用激光解鍵合工藝，首先會在暫時性基板上涂布或貼合一層激光解鍵合專用的膠材（Laser Release Layer），接下來的制程工藝都是在這個基板上進行。完成封裝制程后，通過激光作用在膠材上，將晶圓片與暫時性基板分離。在這個過程中，激光會穿過透明的玻璃片，到達膠材表面，以掃描的方式均勻地將激光能量施加在膠材上，快速地將膠材和玻璃分開。圖2為激光解鍵合的流程圖，激光解鍵合機的工作示意圖見圖3。