來源：艾邦半導(dǎo)體網(wǎng)

今天我們來介紹PLCSP（Panel Level Chip Scale Packaging）。同理，PLCSP是一種將面板級封裝（PLP）和芯片尺寸封裝（CSP）合為一體的封裝技術(shù)。芯片尺寸封裝（CSP）是指整個package的面積相比于silicon總面積不超過120%的封裝技術(shù)。

相對于晶圓級封裝，面板級封裝是一種更高效的封裝技術(shù)。這得益于兩大優(yōu)勢：面積利用率比晶圓級封裝高以及面板通常面積比晶圓面積大得多。由于晶圓的圓形和芯片的矩形不一致，取決于芯片的大小，通常在封裝過程中硅晶圓面積浪費掉10-20%。而面板本身是矩形的，所以可以大大減少邊角料的浪費。另外，常見的面板有18寸乘24寸，20寸乘 20寸，510 mm乘515 mm，600 mm乘600 mm，甚至700 mm乘700 mm等等，是晶圓面積的3-7倍。一個面板上可以放置多個晶圓。

（a）

（b）

圖一：（a）面板級和晶圓級面積利用率對比; （b）面板級和晶圓級單個芯片制造成本對比

然而，目前無論中國市場還是全球，面板級封裝的市場規(guī)模都只有晶圓級封裝的一個零頭。筆者在這里羅列其中的主要原因：

面板級封裝行業(yè)缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，比如各個面板級封測廠所用的面板尺寸本身五花八門，不像晶圓級封裝那樣統(tǒng)一

面板級封裝的設(shè)備和材料與晶圓級封裝相比不夠成熟，晶圓級封裝的時間積累要遠比面板級封裝深厚

目前面板級工藝需要進一步提升，尤其是要提高高端（線距線寬5微米以下的）的封裝良品率。目前很多基于基板和顯示屏的設(shè)備無法完全滿足

相比于晶圓級封裝，面板級封裝潛在的低成本優(yōu)勢目前還停留在紙面上。隨著整個產(chǎn)業(yè)鏈的不斷完善，筆者相信面板級封裝的高效生產(chǎn)能會得到體現(xiàn)，將會在相當(dāng)?shù)念I(lǐng)域來替代晶圓級封裝，以及部分傳統(tǒng)封裝。

接下來我們分別討論無保護和有保護的PLCSP。類似無保護的WLCSP，我們不會將晶圓切割成一個個單芯片。為了更好地利用面板的面積，我們將部分晶圓切成一半或者四份。如圖二所示，我們用一個20寸乘20寸的面板作為例子，將一個整晶圓和兩個半晶圓和一個四分之一晶圓用貼片的方式貼在面板載板上。相比于有保護的WLCSP, 無保護的PLCSP多了面板準(zhǔn)備這一流程。一般的工藝步驟是首先層壓雙面熱離型膠帶面板載板上。然后將另一個有相應(yīng)空腔的PCB面板并用膠帶固定在面板載板上。然后將未切割和部分切割的晶圓放進PCB面板上相應(yīng)的空腔中，并由膠固定在載板上。接下去的流程步驟跟無保護的WLCSP類似：敷上ABF介質(zhì)層、激光鉆孔、種子層沉積，干膜，激光直接成像（LDI）和顯影，電鍍銅，種子層蝕刻，焊盤表面處理和植球，切割成單獨的芯片。

圖二：一個整晶圓和兩個半晶圓和一個四分之一晶圓貼在一個20寸乘20寸的面板

以下為無保護PLCSP的主要工藝流程：

a.面板載板清洗，面板可以是金屬的，也可以是玻璃或其他材料

b.在面板載板上貼上雙面熱離型膠膜，我們也可以考慮光解鍵合膠，其相應(yīng)地載板材料通常是可以通光的玻璃載板

c.在另一個面板模具（通常是PCB面板）上制作相應(yīng)的空腔。如圖二所示，我們需要一個300毫米的全圓，兩個半圓和一個四分之一圓。這個模具通常是用激光來加工的

d.將帶空腔的面板模具粘到連接到面板載板上

e.將未切割和切割好的晶圓放進模具的空腔中，并由step b中的雙面膠固定

f.在整個面板上層壓ABF介質(zhì)層，通常ABF的厚度在15-50微米。它的功能就像常用的聚酰亞胺一樣，但是ABF的成本要遠低于聚酰亞胺。然而，基于ABF的重布層的線距線寬會遠大于聚酰亞胺所能提供的

g.在ABF介質(zhì)層上激光鉆通孔。常用的激光器有二氧化碳激光，UV激光器。光束頂部通孔的典型直徑為50-100微米，由于via側(cè)壁存在taper angle底部孔直接要比ABF上表面開口要小些

h.Desmear去污，同時使得ABF表面更加粗糙來增加金屬層的粘附力

i.通常是化學(xué)鍍種子層銅，在特殊情況下我們也可以用PVD物理氣相沉積來形成種子層

j.光刻膠涂敷，由于面板的矩形，spin coating很少被用到。常用的方法有薄膜壓層，液體光刻膠的slit coating and spray coating，干膜光刻膠是最常用的材料

k.通過曝光顯影等來定義金屬層結(jié)構(gòu)，我們可以用LDI激光直寫的方式或者用掩模版stepper方法

l.在光刻膠開口處電鍍銅，也可以根據(jù)需要來電鍍鎳鈀金

m.剝離光刻膠

n.蝕刻掉鈦銅種子層

o.根據(jù)需要，可以重復(fù)step g至n來增加buildup layer數(shù)量

p.在整個晶片上濺射鈦銅種子層

q.在表面介質(zhì)層，通常solder resist,也可以是PI等材料

r.在表面介質(zhì)層使用激光打孔或者曝光顯影等方式在bump pads處開口

s.形成種子層

t.涂上光刻膠和掩模，然后用光刻技術(shù)打開凸點焊盤上的通孔以暴露帶有 UBM 的區(qū)域

u.電鍍銅芯

v.電鍍焊料，通常是SnAg等材料。也可以使用直接植球的方式

w.剝離光刻膠

x.蝕刻掉鈦銅種子層

y.涂抹助焊劑并回流焊料

z.從載板上debond所有的晶圓

aa.使用晶圓級設(shè)備進行die singulation

圖三：無保護PLCSP的晶圓貼片流程步驟

圖四：無保護的PLCSP的主要制造流程步驟

正如我們在之前在艾邦半導(dǎo)體網(wǎng)上發(fā)表的《WLCSP封裝簡介》一文中提到無保護的WLCSP的可靠性稍差。如圖五威布爾圖形所示，在特定的測試條件下有保護的PLCSP的可靠性要比無保護的PLCSP好上3倍左右。

圖五：無保護和有保護的PLCSP的solder joints可靠性對比

最后我們來聊一聊五面和六面保護的PLCSP兩種常用的制造工藝。這和五面和六面保護的WLCSP那兩種制造工藝非常類似，所以在這里我們只概述一下。

第一種方法跟面板級扇出型封裝非常類似。Device wafer經(jīng)過CP測試后被切割成一個個芯片。良品芯片被選擇出來重新面朝下貼裝到一個面板載板上。塑封后把芯片從面板載板脫離開。在芯片的正面做重布線層，植球等，最后切割成一個個單顆PLCSP芯片。類似的，我們也可以采用芯片面朝上貼裝到面板載板上，塑封后再做grinding來露出bump pillars在芯片朝上的正面做重布線層，植球等工藝。芯片的背面還可以通過塑封，粘膠等方式實現(xiàn)6面保護的PLCSP。

第二種方法可以是在無保護PLCSP的生產(chǎn)工藝基礎(chǔ)上改進而來。在上述step z后就轉(zhuǎn)換到相應(yīng)的WLCSP的工藝，即：

a)晶圓厚度部分切割

b)晶圓正面塑封

c)背部研磨直到都出環(huán)氧樹脂層

d)芯片背部塑封

e)切割成單顆芯片

最后，目前PLCSP相比于WLCSP的成本優(yōu)勢還只停留在紙面上，并沒有充分發(fā)揮出來。這和很多因素有關(guān)，主要有：

規(guī)模效應(yīng)，相比于晶圓級封裝目前面板級封裝還是小眾的。面板級封裝設(shè)備和材料都是還沒有大規(guī)模量產(chǎn)，這使得設(shè)備和材料成本還是偏高。另一方面是產(chǎn)品端的還缺乏一些有巨量的應(yīng)用。隨著面板級封裝應(yīng)用逐步推廣，這一狀況會得到比較好的改觀。

工藝還有待進一步完善，得以進一步提高良品率。這需要大量的人才積累，技術(shù)迭代。

針對某些特定應(yīng)用場景的高性價比材料有待研發(fā)?，F(xiàn)在可供面板級封裝的材料種類選擇比較少。很多的應(yīng)用場景使用的材料性能遠超其所需。在特定應(yīng)用領(lǐng)域，專門開發(fā)出合適的材料，或許材料的成本可以進一步大幅降低。

審核編輯：湯梓紅