晶圆级封装（WLP）是一项公认成熟的工艺，元器件供货商正寻求将WLP用于更多的领域，而业界对WLP技术的支持推动着该技术快速走向成熟。WLP中一个关键工艺是晶圆凸点，其技术发展已进入实用阶段，日趋成熟稳定。随着组件供货商（包括功率和光电子器件）正积极转向WLP应用，其使用范围也在不断扩大。

晶圆级封装的背景

晶圆级封装技术源自于倒装芯片。晶圆级封装的开发主要是由集成器件制造厂家（IBM）率先启动。1964年，美国IBM公司在其M360计算器中最先采用了FCOB焊料凸点倒装芯片器件。1969年，美国Delco公司在汽车中使用了焊料凸点器件。二十世纪70年代，NEC、日立等日本公司开始在一些计算器和超级计算器中采用FCOB器件。到了二十世纪90年代，世界上成立了诸如Kulicke and Soffa’s Flip Chip Division、Unitive、Fujitsu Tohoku Electronics、IC Interconnect等众多晶圆凸点的制造公司，这些公司拥有的基础技术是电镀工艺与焊膏工艺。这些公司利用凸点技术和薄膜再分布技术开发了晶圆级封装技术。FCD公司和富士通公司的超级CSP（Ultra  CSP与Supper CSP）是首批进入市场的晶圆级封装产品。

1999年，晶圆凸点的制造公司开始给主要的封装配套厂家发放技术许可证。这样，倒装芯片和晶圆级封装也就逐渐在世界各地推广开来。例如，台湾的ASE公司和Siliconware公司以及韩国的Amkor公司就是按照FCD公司的技术授权来制造超级CSP（Ultra CSP）的。

晶圆级封装技术的现状

随着IC芯片技术的发展，芯片封装技术也不断达到新的水平，目前已可在单芯片上实现系统的集成。

在众多的新型封装技术中，晶圆级封装技术最具创新性、最受世人瞩目，是封装技术取得革命性突破的标志。晶圆级封装技术的构思是在整片晶圆上进行CSP封装技术的制造，也就是在晶圆级基本完成了大部分的封装工作。因此，晶圆级封装结构，则可省略覆晶技术点胶的步骤，目前可采用弹性体或是类弹性体来抵消应力，而这些弹性体的制程，可在整片晶圆上完成，因此省去了对一个个组件分别点胶的复杂制程。方形晶圆封装技术的设计理念，首先为增加组件与底材之间的距离，亦即选用更大的锡铅焊料球实现导电性，现有的晶圆级封装技术，采用重新布局技术来加大锡铅焊料球的间距，以达到加大锡铅焊料球体积的需求，进而降低并承受由基板与组件之间热膨胀差异而产生的应力，提高组件的可靠性。

晶圆级封装和晶圆级芯片尺寸封装（WLCSP）是同一概念，它是芯片尺寸封装的一个突破性进展，表示的是一类电路封装完成后仍以晶圆形式存在的封装，其流行的主要原因是它可将封装尺寸减小到和IC芯片一样大小以及其加工的成本低，晶圆级封装目前正以惊人的速度增长，其平均年增长率（CAGR）可达210%，推动这种增长的器件主要是集成电路、无源组件、高性能存储器和较少引脚数的器件。

目前有5种成熟的工艺技术可用于晶圆凸点，每种技术各有利弊。其中金线柱焊接凸点和电解或化学镀金焊接凸点主要用于引脚数较少的封装（一般少于40），应用领域包括玻璃覆晶封装（COG）、软膜覆晶封装（COF）和RF模块。由于这类技术材料成本高、工序时间长，因此不适合I/O引脚多的封装件。另一种技术是先置放焊料球，再对预成形的焊料球进行回流焊接，这种技术适用于引脚数多达300的封装件。目前用得最多的两种晶圆凸点工艺是电解或化学电镀焊料，以及使用高精度压印平台的焊膏印刷。

印刷焊膏的优点之一是设备投资少，这使很多晶圆凸点加工制造厂家都能进入该市场，为半导体制造厂家服务。随着WLP逐渐为商业市场所接受，全新的晶圆凸点专业加工服务需求持续迅速增长。的确，大多数晶圆凸点加工厂都以印刷功能为首要条件，并提供一项或多项其它技术。业界许多人士都认为焊膏印刷技术将主导多数晶圆凸点的应用。

最近几年，将四种不同类型的CSP确定为区别新涌现出的封装方法的商业化途径：作为小型化的BGA的刚性和柔性互连、引线框架基和晶圆级封装。由于经济方面的考虑推动着封装技术向着晶圆级封装（WLP）的方向发展，以便在布局定位之前，使每种芯片的封装定形，并确定测试方法。向300mm晶圆尺寸过渡推动着越来越多的晶圆级封装程序的定形方法的出台。WLP对于低针脚数无源组件、EEPROM、闪存、DRAM、ASIC和微处理机已是一种经济的方法。用于互连的面数组对于IC的I/O间距与印制电路板（PCB）的布线密度匹配也是很有必要的，这对于将用于微电子系统的不同组件或模块组合到一起是很必要的。因此，10年前开发出的重新布局技术对于WLP来说是一种最基本的工艺步骤。

目前的大容量WLP与Phoenix, Arizona和Unitive（自1999年在台湾）（开始从MCNC分离出来，现在属于Amkor的一部分）的FCI（前者倒装芯片技术）的技术类似。他们的商标名为UltraCSP（FCI）和Xtreme（Unitive/Amkor）的这种技术制定了标准，现在WLP每星期的出货量达百万件。

WLP是在市场不断地追求小型化的压力下，倒装芯片技术与SMT和BGA结合的产物。业内对于晶圆级封装理念的命名还不明确，定义上有些混乱。关键是在组装前是否需要对器件进行进一步的封装。如果不需要的话，就应将这种技术定义为晶圆级封装。对于多数高I/O微处理机和ASIC来说，在实施最后表面组装焊接前，芯片是装在互连载体上的，这样的话，就不是晶圆级封装了。缩略语FCIP（封装内倒装芯片，Flip Chip in Package）应用于这些方法中。

用于CSP的所有晶圆级方法的独特性能是在封装内没有采用（圆片级）键合技术。其是集BGA/CSP、倒装芯片和晶圆处理的经济性优点于一体，使其成为一种低成本的封装方法。

新的和改良的微电子系统要求更加复杂的器件，由于板上的子系统布线方面的因素，这类器件会限制性能。堆栈的各塑料封装不仅有成本高的缺点，而且不能够为实现缩小整体封装尺寸和像电阻、电容、电感和滤波器这样的无源组件的集成提供有效的方法。3D系统集成提供了一种可以克服这些缺点的技术。

采用倒装芯片进行垂直集成要求有一个重新布局轨迹的基体芯片，使其与二个芯片的I/O布局匹配。这样，就能够使倒装芯片的性能优点与集成到重新布局层中的无源组件的选择相结合。图2所示是在重新布局的IC焊盘的第二个硅芯片上装有倒装芯片的微控制器的堆栈式FC-WLP。从基体芯片到WLCSP基板的互连是使用线焊的方法完成的。

在这种方法中，晶圆级上的功能基体芯片被用作第二个芯片的倒装芯片键合的有源基板。使用共晶或无铅焊料球实现电子和机械互连，其方法是采用电镀技术沉积无铅焊料。将基体芯片重新布局在可焊的UBM的面数组。重新布局是由电镀铜轨迹达到低电氘率。

使用低K成像的BCB实现介质隔离

目前，晶圆级封装正向更广泛的应用领域过渡：MEMS和MOEMS乃至被应用于生物医学领域。

1995年，Shellcase公司将用于光学组件的WLP应用于两块平行玻璃板之间的芯片密封。外部焊盘扩充到芯片的划线。

然后，将晶圆的有源面胶粘到玻璃板，使晶圆的厚度减薄到100μm。将第二块玻璃板胶粘到晶圆的反面，并将其局部锯开，使延长的焊盘裸露出来。操作员在UBM焊盘的数组面上进行镀覆，粘附焊料球，通过切片使最终的晶圆定位。在这个封装中的芯片的有源面有通路。

Schott电子封装公司已推出了以光学应用为重点的新的封装技术。光学封装和多数MEMS封装必须解决一个最基本的问题，即当将SMT组装技术应用于器件中时：必须使传感器表面与环境相互作用而不会出现由于封装所造成的任何限制，同时，保护传感器器件不受环境的影响。

如果传感器的有源面是在器件的一面，而用于互连的栅数组触点布设在图像传感器芯片反面的话，用于传感器的WLP是可制造的。硅-导通孔-触点对于这种方法来说是至关重要的。这种方法对以光学应用为重点的新的封装技术是一种将WLP和MEMS工艺技术智能的组合，是Schott 电子封装公司所获得的结果，而且柏林的Fraunhofer IZM公司为生产进行的共同深层次开发。这种新技术的特性是在完成了低成本组装后能够完全接触到传感器前面的硅-导通孔-触点。因此，是可以采用晶圆级封装的，因为传感器的有源面是在键合到玻璃晶圆器件的一面和在底部对互连的栅数组触点重新布局。

基本工艺步骤是将传感器晶圆键合到玻璃晶圆上，研磨传感器晶圆，在硅中蚀刻导通孔，以便在反面开出一个焊盘，采用喷涂的方法，在反面重新布局触点，进行深层金属板印刷，最后植球。所有的工艺步骤都是高产量的全自动生产。像CCD这样的光学传感器的性能没有变化。

这种新的高可靠性技术将会进一步降低传感器的封装成本，为客户或汽车产品市场开发出一种新的应用方法。还开发出了晶圆级封装的一个新的应用领域。可移植的无线中枢神经界面这种新的封装理念正在开发中。完全集成的、无线中枢神经记录器件将使患者从与联机相关的感染和障碍的风险中解脱出来，允许接口节点网络穿过中心和外围神经系统分布。长期可移植的无线神经中枢界面要求在湿电化学环境下感应、数据处理、通讯和操作功率的生物配伍和长期稳定的高密度集成。此项研究的目的是为下一代无线犹他神经中枢界面的硅聚酰亚胺、陶瓷和SMD组件的堆栈混合组装开发一种生物配伍晶圆级集成和互连技术。

晶圆级封装的未来趋势

使用无铅和细间距凸点的晶圆级封装（WLP）在全球WLP的市场需求中所占份额还较小。尽管根据国际半导体技术蓝图（ITRS）预测：到2009年，凸点间的间距（相邻凸点中心到中心的距离）为100mm。但对于量产的凸点制造商来说，目前市场对间距<100mm凸点的需求量非常低。例如，焊料凸点的先导者IBM，仍在许多产品中使用间距为220mm的C4凸点技术。对细间距互连来说，目前一个很小但增长迅速的应用领域是在高密度象素探测器数组上的应用。与此同时，很多市场和实际应用对无铅焊料的需求也呈快速增长态势。大量汽车电子产品和手机的OEM供货商发现，客户对于无铅产品的需求正持续增长。

结论

随着越来越多晶圆焊料凸点专业厂家将焊膏印刷工艺用于WLP封装，批量压印技术开始在半导体封装领域广泛普及。然而，大型EMS企业也走进了WLP领域。封装和板卡之间的边界，以及封装与组装工艺之间的边界日渐模糊，迫使企业必须具备晶圆级和芯片级工艺技术来为客户服务。当然，这些企业对精密丝网印刷工艺已很熟悉，多年来一直采用这种工艺技术进行器件贴装前的焊膏涂敷。因此，将印刷技术转向WLP工艺相对比较容易。

在十年内，晶圆级封装在半导体工业中的基础结构已发生变化。集成的无源组件、3D集成和MEMS/MOEMS采用了可靠的WLP理念。3D集成系统在与降低了互连长度结合时对板子的空间要求小，为高频应用提供了较小的寄生效应。集成的无源组件将进一步推动着WLP向前发展。因此，WLP将向着SiP方向发展。因为工艺技术、工艺设备和材料以及人们通常的思维方式在许多方面达成了共识，WLP和SiP在业界的应用将会从倒装芯片和晶圆凸点植球基础结构方面受益，目前正以惊人的步伐向前发展。此外，WLP必须转变成复杂的系统集成和实现无铅化，以迎接快速发展的半导体的需求和满足客户日益提高的功能性需求。