Geleneksel olarak, entegre devre (IC) çipi ile dış ortam arasındaki elektriksel bağlantı, çip üzerindeki giriş/çıkış (I/O) pinlerini paket taşıyıcıya bağlamak için metal teller kullanılarak, yapıştırma ve paket pinleri aracılığıyla sağlanır. IC çiplerinin özellik boyutu küçüldükçe ve entegrasyon ölçeği genişledikçe, I/O pinlerinin aralığı azalmaya ve sayısı artmaya devam eder. I/O pinlerinin aralığı 70 µm'den daha az olduğunda, tel bağlama teknolojisi artık uygulanamaz ve yeni teknik yaklaşımlar aranmalıdır. Yonga seviyesi paketleme teknolojisi, ince film yeniden dağıtım süreçlerini kullanarak, I/O pinlerinin dar IC çipinin sadece çevresel alanıyla sınırlı kalmak yerine, IC çipinin tüm yüzeyine dağıtılmasını sağlar ve böylece yüksek yoğunluklu, ince aralıklı I/O çiplerinin elektriksel bağlantı sorununu çözer.

Birçok yeni paketleme teknolojisi arasında, wafer seviyesinde paketleme teknolojisi en yenilikçi olanıdır ve dünyadan en çok ilgi çekenidir. Paketleme teknolojisinde devrim niteliğinde atılımların sembolüdür. Wafer seviyesinde paketleme teknolojisi, işleme nesnesi olarak wafer'ları kullanır. Çok sayıda çip, wafer üzerinde paketlenir, yaşlandırılır, test edilir ve son olarak tek tek cihazlara kesilir. Paket boyutunu bir IC çipinin boyutuna indirir ve üretim maliyetlerini önemli ölçüde düşürür. Wafer seviyesinde paketleme teknolojisinin avantajları, ortaya çıktığı anda büyük ilgi görmesine ve hızla büyük bir gelişme ve geniş uygulama alanı bulmasına neden olmuştur. Cep telefonları gibi taşınabilir ürünlerde, wafer seviyesinde paketlenmiş EPROM, IPD (entegre pasif cihazlar), analog çipler ve diğer cihazlar yaygın olarak kullanılmaktadır. Wafer seviyesinde paketleme kullanan cihaz kategorilerinin sayısı artmaktadır ve wafer seviyesinde paketleme teknolojisi hızla gelişen yeni bir teknolojidir.

Yonga seviyesinde paketleme teknolojisinin uygulanabilirliğini artırmak ve uygulama alanını genişletmek amacıyla, endüstrileşme sürecinde ortaya çıkan sorunları çözerken çeşitli yeni teknolojiler üzerinde araştırmalar ve geliştirmeler yapılmakta, ayrıca yonga seviyesinde paketleme teknolojisinin mevcut durumu, uygulamaları ve gelişimi üzerine çalışmalar yürütülmektedir.

Yonga seviyesinde paketleme

WLP'nin ilk filizlenmesi, pasif çip üstü sensörler ve güç iletim IC'leri gibi mobil telefonlar için düşük hızlı G/Ç (low-I/O) ve düşük hızlı transistör bileşenlerinin üretimiyle tetiklendi. Şu anda WLP geliştirme aşamasındadır. Bluetooth, GPS (küresel konumlandırma sistemi) bileşenleri ve ses kartları gibi uygulamalarla birlikte talep giderek artmaktadır. 3G mobil telefon üretim aşamasına ulaştığında, TV tunerleri, FM vericileri ve yığın bellekler de dahil olmak üzere çeşitli yeni mobil telefon içerik uygulamalarının WLP için başka bir büyüme itici gücü olması beklenmektedir. Depolama aygıtı üreticileri WLP'yi kademeli olarak uygulamaya başladıkça, tüm sektörde paradigma değişikliklerine yol açacaktır.

Günümüzde, yonga seviyesi paketleme teknolojisi, flaş bellek, EEPROM, yüksek hızlı DRAM, SRAM, LCD sürücüleri, radyo frekans cihazları, mantık cihazları, güç/pil yönetim cihazları ve analog cihazlar (voltaj regülatörleri, sıcaklık sensörleri, kontrolörler, operasyonel amplifikatörler, güç amplifikatörleri) gibi alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Yonga seviyesi paketleme esas olarak iki temel teknoloji kullanır: film yeniden dağıtım teknolojisi ve tümsek oluşumu. İlki, çipin çevresi boyunca dağılmış lehim alanlarını, çip yüzeyinde düzlemsel bir dizide dağılmış tümsek lehim alanlarına dönüştürmek için kullanılır. İkincisi, lehim topu dizisi oluşturmak için tümsek ped alanında tümsekler oluşturmak için kullanılır.

İnce film yeniden dağıtımı WL-CSP

Membran yeniden dağıtım WL-CSP, günümüzde en yaygın kullanılan prosestir. Düşük maliyeti nedeniyle, yüksek hacimli, taşınabilir ürün kart seviyesi uygulama güvenilirlik standartlarının gereksinimleri için çok uygundur. Diğer WLP'ler gibi, ince film yeniden dağıtım WL-CSP'nin gofretleri de hala geleneksel gofret prosesleri kullanılarak üretilmektedir. Gofretler WLP tedarikçisine gönderilmeden önce, devreleri sınıflandırmak ve nitelikli devrelerin gofret diyagramlarını çizmek için test edilir. Gofretler yeniden dağıtılmadan önce, cihazın düzeni, gofretin lehim topu yeniden dağıtımı için uygun olup olmadığını doğrulamak üzere değerlendirilmelidir.

Tipik bir yeniden dağıtım işleminde, son lehim tümsekleri bir alan dizisi düzenindedir. Bu işlemde, yeniden dağıtım dielektrik tabakası olarak BCB, yeniden dağıtım bağlantı metali olarak Cu, tümsek alt metal tabakası (UBM) püskürtme yöntemiyle ve lehim macunu ve yeniden akış işlemi için serigrafi baskı yöntemi kullanılır. Alt metal tabaka işlemi, metaller arası kimyasal reaksiyonları azaltmak ve bağlantı güvenilirliğini artırmak için çok önemlidir. 

Yeniden dağıtım işlemi, cihaz yüzeyindeki giriş/çıkış (I/O) pedlerinin yeniden düzenlenmesidir. Şekil 3, bağlı flaş bellekteki yeniden dağıtım durumunu göstermektedir. Şekilden de görülebileceği gibi, flaş bellek çipinin dört tarafındaki orijinal pedler, bir dizi tümsek haline dönüştürülmüştür. Bu örnekte, cihaz yüzeyinde iki dielektrik katman kullanılmış ve I/O dağılımını değiştirmek için aralarına bir yeniden dağıtım metalizasyon katmanı yerleştirilmiştir. Bu işlemden sonra, lehim topu tümsekleri elektrokaplama yöntemiyle kaplanır ve çip bir WLP ürünü haline gelir.

Kablo bağlantı pedlerinin tasarımının lehim topu dizisi pedlerine yeniden dağıtılmasının dezavantajı, ortaya çıkan WLP ürününün cihaz tasarımı, yapısı veya üretim maliyeti açısından optimal olma olasılığının düşük olmasıdır. Bununla birlikte, teknik olarak uygulanabilir olduğu kanıtlandıktan sonra, devre, harici yeniden dağıtımın ortadan kaldırılabileceği şekilde yeniden tasarlanabilir. Bu durum bir fikir birliği haline gelmiştir. Bu amaçla, özel olarak tanımlanmış iki fazlı bir belirleme prosedürü mevcuttur. Yeni nesil değişiklikler, yeniden dağıtım katmanlarının çipin son metal katmanına entegrasyonu veya performansı iyileştirmek için en kısa sinyal hatlarının yeni bir tasarımı olabilir.

Sacco Mikro SLKOR Ürün doğrusal voltaj regülatör çipi SL78L05

Yeniden tasarım, yeni yazılım araçlarının eklenmesini gerektirebilir. Yeniden tasarlanan sinyal, güç ve topraklama hatları, ek yeniden dağıtım adımlarını ve ilgili süreçleri ortadan kaldırdıkları için çok ucuza inşa edilebilir. Polimerler, silikon gofret düzleştirme, gerekli çip koruması ve standart yüzey kaplamaları olarak kullanılır. İnce film yeniden dağıtım WLP için, tek katmanlı polimer WLP yaklaşımı daha uygun maliyetli bir tasarımdır.

Yonga levha seviyesinde mikro çıkıntıların üretimi

50 yıl önce ortaya çıkışından bu yana, tel bağlama çok yönlü ve güvenilir bir ara bağlantı teknolojisi olarak kabul edilmiştir. Bununla birlikte, mobil iletişim, internet e-ticaret kablosuz erişim sistemleri, Bluetooth sistemleri ve Şemsiye Konumlandırma Sistemi (GPS) teknolojisinin hızlı gelişimiyle birlikte, cep telefonları yüksek yoğunluklu belleklerin en güçlü ve en hızlı büyüme itici gücü haline gelmiştir. Yüksek yoğunluklu belleklerin teknoloji itici gücü olarak PC'lerin yerini almaktadırlar. Daha düşük maliyet, daha küçük form faktörü, daha yüksek hızlı cihaz performansı, daha uzun pil ömrü, daha iyi ısı dağılımı, "yeşil" süreçler ve daha yüksek cihaz güvenilirliği talebi, tasarımcıların geleneksel tel bağlama teknolojisinin yerini alacak flip-chip bump ara bağlantı teknolojisine yönelmesine neden olmuştur.

Kurşun-kalay bağlantı teknolojisinin geliştirilmesindeki temel teknik itici güç, cihaz boyutunun sürekli küçülmesinden kaynaklanmaktadır. 130 nm teknoloji standardı altında, mantık çiplerinin yaklaşık %30'u bağlantı teknolojisine ihtiyaç duyarken, 90 nm teknoloji standardı altında bu oran %60'a yükselmiştir. 65 nm cihazların seri üretimi geliştirildiğinde ise altın bağlantı teknolojisine olan talep %80'in üzerine çıkmıştır.

WLP, BGA teknolojisine dayalı ve geliştirilmiş bir CSP'dir. Bazı kişiler WLP'yi wafer seviyesinde çip boyutu paketleme (WLP-CSP) olarak da adlandırır. Bu teknoloji, BGA ve CSP'nin teknik avantajlarını tam olarak yansıtmakla kalmaz, aynı zamanda paketleme teknolojisinde devrim niteliğinde bir atılımı da temsil eder. Wafer seviyesinde paketleme teknolojisi, seri üretim prosesi üretim teknolojisini benimser; bu sayede paketleme boyutu IC çiplerinin boyutuna indirgenebilir, üretim maliyetleri önemli ölçüde azaltılabilir ve paketleme ile çip üretimi entegre edilebilir; bu da çip üretimi ve çip paketleme endüstrilerinin ayrımını tamamen değiştirecektir. Wafer seviyesinde paketleme teknolojisinin bu kadar önemli bir öneme sahip olması nedeniyle, ortaya çıkışından bu yana büyük ilgi görmüş ve hızla büyük bir gelişme ve geniş uygulama alanı bulmuştur.

Alt kaplama metalizasyonu (UBM)

Flip-chip ara bağlantısında, UBM katmanı, entegre devredeki metal pedler ile altın veya lehim tümsekleri arasındaki kritik arayüz katmanıdır. Bu katman, flip-chip paketleme teknolojisinin temel unsurlarından biridir ve çipin hem devre hem de lehim tümseği kısımlarına yüksek güvenilirlikte elektriksel ve mekanik bağlantılar sağlar. Tümsekler ve G/Ç pedleri arasındaki UBM katmanının, metal pedlere ve gofret pasivasyon katmanlarına yeterince iyi yapışması; sonraki işlem adımları sırasında metal pedleri koruması; metal pedler ve tümsekler arasında düşük temas direncini koruması; metal pedler ve tümsekler arasında etkili bir difüzyon bariyeri görevi görmesi; ve lehim tümseği veya altın tümsek biriktirme için bir tohum katmanı görevi görmesi gerekir.

UBM katmanı genellikle tüm gofret yüzeyine birden fazla metal katmanı biriktirilerek elde edilir. UBM katmanlarını biriktirmek için kullanılan teknikler arasında buharlaştırma, elektrolizsiz kaplama ve püskürtme biriktirme bulunur. Gelişmiş paketlemede, gofret çıkıntısı hem maliyet hem de teknoloji açısından kritik öneme sahiptir. Gofret çıkıntısı üretiminde, metal biriktirme toplam maliyetin %50'sinden fazlasını oluşturur. Gofret çıkıntısı üretiminde en yaygın metal biriktirme adımları, çıkıntı altı metalizasyonunun (UBM) biriktirilmesi ve genellikle elektrokaplama işlemiyle elde edilen çıkıntıların kendilerinin biriktirilmesidir.

Elektrokaplama teknolojisi, çok dar tümsek aralıkları elde etmeyi ve yüksek verim sağlamayı mümkün kılar. Dahası, bu teknoloji geniş bir uygulama yelpazesine sahiptir ve farklı boyutlarda, aralıklarda ve geometrik şekillerde tümsekler üretebilir. Elektrokaplama teknolojisi, wafer tümsek üretiminde giderek daha fazla kullanılmakta ve en pratik çözüm haline gelmiştir.

Öncelikle, yonga levhası üzerinde UBM katmanı tamamlanır. Daha sonra kalın bir yapıştırıcı tabakası biriktirilir ve ışığa maruz bırakılarak lehim elektrokaplama için bir şablon oluşturulur. Kaplamadan sonra, fotorezist çıkarılır ve açıkta kalan UBM katmanı aşındırılarak uzaklaştırılır. Son işlem ise lehim topları oluşturmak için yeniden akış işlemidir. Mikro çıkıntılar üretmek için elektrokaplama işleminin ayrıntılı adımları şunlardır:

▲İletken tabaka olan tohum tabakasının metal katmanını, yonga levhası üzerinde buharlaştırarak/püskürterek kaplayın;
▲ Yonga levhası üzerine bir katman fotorezist kaplama işlemi uygulayın;
▲Fotolitografi elektrot pencere dizisi deseni;
▲Fotorezist üzerindeki küçük deliklerden metal mikro-gömülü gövdenin kaplanması;
▲Fotoğraf direncini çıkarın;
▲Tohum kristalinin açıkta kalan iletken katmanını aşındırın.
▲Metal kakmanın üzerine kalın bir katman fotorezist kaplayın;
▲Altın kabartmaları kazıyın;
▲Kalın yapıştırıcının bir kısmını kazıyarak metal kakmanın çıkıntılı kısmını ortaya çıkarın;
▲Elektrokaplama yöntemiyle altın tümsekler oluşturulmuştur;
▲Kakma parçanın üzerine çok ince bir altın veya bakır tabakası kaplayın.

Eş düzlemlilik, yonga levhası üzerindeki tüm çıkıntıların yüksekliklerinin tutarlılığını ifade eder ve bu, flip-chip bağlama işleminde katı gereksinimlere sahiptir. Flip-chip bağlamada, çıkıntı yüksekliği varyasyonları, kuvvetin düzensiz dağılımına, yonga parçalanmasına ve elektriksel açık devrelere yol açabilir. Çıkıntı eş düzlemliliği için tipik bir gereksinim, tüm yonga boyunca çıkıntıların yükseklik farkının 5 μm'den fazla olmamasıdır.

kalın film litografisi

İnce aralıklı gofret bumping, kurşun ped yeniden dağıtımı ve entegre pasif bileşenler gibi gofret seviyesindeki işlem teknolojileri, birçok uygulama için uygun çözümler sunmaktadır. Şu anda birçok IC ve MEMS cihazı bu teknolojileri kullanmaktadır. Bu teknolojiler kullanılarak, cihazlar gofret seviyesinde paketlenebilir ve test edilebilir, ardından sonraki kesme işlemleri gerçekleştirilebilir. Genellikle gelişmiş paketleme teknolojisi, kalın tutkal döndürme kaplama, yüzeyde büyük dalgalanmalarla kalın tutkalın düzgün pozlanması ve çok dik kalın tutkal yan duvarlarının elde edilmesi gibi 5 ila 100 μm kalınlığında film işlemlerini içerir. Eşit büyütmeli tam alan pozlama sistemi, bu talebi karşılayabilen bir ekipman çözümüdür. Yüksek çıktısı ve düşük kendi kendine hizalama maliyeti, onu kalın film litografisi alanındaki projeksiyon stepleri için en rekabetçi sistem haline getirmektedir.

Yonga levha seviyesindeki paketleme işlemleri arasında metalizasyon, fotolitografi, dielektrik kaplama ve kalın film fotorezist spin kaplama, lehim kaplama ve reflow lehimleme yer alır. Desenleme işlemi tipik olarak, tümseklerin tabanı olarak görev yapan tümsek altı metalizasyon (UBM) katmanını oluşturmak için birkaç metal katmanı kullanmayı içerir. Tümsekler ve yonga levha arasındaki bağlantının iletkenliği çok iyi olmalı ve pasivasyon katmanı ile tümseklerin altındaki metal katmanın iyi yapışması gerekir. Fotorezist desenlemenin standart işlem akışı temizleme, yapıştırıcı kaplama, ön pişirme, pozlama, son pişirme, geliştirme ve film sertleştirmeyi içerir. Her işlem adımı, sonraki işlemleri etkileyecek bir dizi parametre tanımlamalıdır. Fotorezist desenlendikten sonra, delikler elektrokaplama veya buharlaştırma yoluyla lehim veya altınla doldurulur. Bir sonraki adım, fotorezisti çıkarmak ve sütunlu tümsekleri küresel tümseklere dönüştürmek için bir fırında reflow işlemi gerçekleştirmektir.

Sacco Mikro SLKOR PNP transistör ürünleri

Çip üzerinde, metal lehim bağlantılarının mikro kalıplarını yapmak için maske görevi gören kalın bir fotorezist kaplama kalacaktır. Yeniden dağıtım kaplaması, bir tümsek desenine veya çevresel pedler ile 5 ila 100 μm kalınlığında, değişen elektriksel, kimyasal, mekanik ve termal özelliklere sahip polisilikon filmlerden yapılmış alan dağılımlı ped dizileri arasında bir bağlantı olarak sonradan eklenebilir. Yeniden dağıtım alanı izlerini izole etmek, yüksek mukavemete, yüksek termal kararlılığa ve düşük yalıtım katsayılarına sahip malzemeler gerektirir. Bu malzemeler başarıyla geliştirilmiştir. Bir tür malzeme poliimid (DuPont tarafından geliştirilen PI serisi gibi) olarak adlandırılır ve diğer yalıtım malzemesi ise Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Dow Chemicals'tan Sikloten (BCB)'dir. PI ve BCB, flip chip tümsek paketleme ve diğer paketleme işlemlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır.

Kalın film fotorezist pedleri, tümsekler ve top altı metal katman yapıları kullanan mikro özellikli kalıplar, WLP'de farklı ihtiyaçları karşılayabilir. Yaygın olarak kullanılan metalizasyon malzemeleri kalay-kurşun, altın ve bakır olsa da, başka birçok malzeme de kullanılabilir. Standartlaştırılmış uygulamalarda kullanılan malzemeler, yüksek çözünürlüklü grafik aktarımı ve kolay soyulma özelliklerine ihtiyaç duyar. Birçok pratik uygulama, 100 μm'yi aşan fotorezist kalınlıkları gerektirir. Bu kalınlıklara ulaşmak için üreticiler uygun kaplama malzemeleri geliştirir.

Bu ihtiyaçları karşılamak için üreticiler, ilgili malzemeleri ve işlem ekipmanlarını geliştirmiştir. Birçok malzeme, standart yarı iletken işlem ekipmanlarında "ince" fotorezist kaplamalar (yani 2-10 μm) elde etmeyi sağlayabilir. AZP4330 (Anzhi Electronic Materials Group) ve Shipley'nin 955 (Rohm & Haas Company/Shipley Company) fotorezistleri, 5 ila 100 μm arasında bir fotorezist film kalınlığı elde etmek için kullanılır. Çok katmanlı kaplama işlemi kullanılarak 25 μm film kalınlığında bir fotorezist kaplama elde edilebilir, ancak bu üretim süresini ve maliyetini artıracaktır. AZ P4620 ve SPR 220, tek katmanda 25 μm kalınlık elde edebilir. Daha kalın kaplamalar için malzeme ve kalınlık seçimi azalır. İstenilen fotorezist kaplamayı elde etmek için tek katmanlı biriktirme kullanıldığında birçok maliyet avantajı vardır. Bu nedenle, 50 μm ve üzeri tek katman kalınlığına sahip fotorezist malzemeleri geliştirmek çok gereklidir. JSR THB-611P ve Anzhi Elektronik Malzemeler Grubu'nun AZPLP100XT gibi malzemeler, 60 μm ve üzeri kalınlıkta tek katmanlı fotorezist kaplama elde etmeyi mümkün kılmaktadır. Son araştırmalarda ağırlıklı olarak AZ9260 kullanılarak 65 μm kalınlığında tek katmanlı fotorezist kaplama ve AZ50XT kullanılarak 100 μm kalınlığında tek katmanlı fotorezist kaplama elde edilmektedir.

Kalın film işlemi, sistem için bazı özel gereksinimlere sahiptir. Hizalama sistemi, geometrik deseni, yapıştırıcı kalınlığının tüm aralığı ve gofret yüzey kabartmasının belirli yükseklikleri boyunca hizalama işareti olarak homojen bir şekilde tanımlayabilmelidir. Pozlama kaynağı, odaklamaya dayanmadan pozlama için paralel ışık kullandığından, bu, gölge pozlama prensibiyle birleştirilmiş bir yakınlık litografi makinesi kullanılarak elde edilebilir. Yakınlık maskesi hizalama pozlama makineleri için fotolitografi işleminin gereksinimleri şunlardır: yüksek yoğunluk, yüksek homojenlik, fotorezistin hassas dalga boyuyla tutarlı UV ışık dalga boyu, mikron altı hizalama doğruluğu ve pozlama işlemi sırasında maske ile gofret arasında doğru, kontrol edilebilir ve tutarlı bir boşluk.

EVG'nin NanoAlign teknolojisi, tam alan pozlama teknolojisinin avantajlarını vurgulamak için en yüksek hizalama doğruluğu ve çözünürlüğü ile en düşük kullanım maliyetini sunacak şekilde tasarlanmıştır. Şu anda şirketin tüm pozlama makinelerinde bu teknoloji kullanılmaktadır. Hedefleri arasında aktif anomali kontrolü ve 100 nm'nin altında dinamik hizalama çözünürlüğü yer almaktadır. Ekipmanları arasında özel tutkal kaplama ekipmanları ve standart modellerden modifiye edilmiş temas/yakınlık pozlama makineleri bulunmaktadır. En yeni 200 mm EVG6200 Infinity ve 300 mm EVG IQ Aligner pozlama makineleri, iyi bir esneklik ve kullanıcı dostu arayüze sahiptir ve kalın tutkal işlemleri gerektiren φ200 mm ve φ300 mm wafer'ların endüstriyel üretimini tam olarak karşılayabilir.

Gofret inceltme

Çip inceltme teknolojisi, paket montaj yüksekliğini azalttığı ve çip sisteminin toplam yüksekliğini artırmadan çiplerin üst üste istiflenmesine olanak sağladığı için, istiflenmiş çip paketleme teknolojisinde çok önemlidir. Akıllı kartlar ve RFID, ince gofret gereksinimlerinin önemli bir parçası olan en ince tek çipli uygulamalardır. Daha ince çipler, termal döngü güvenilirliğini artırır ve ince ürünleri destekler. Bununla birlikte, çipin ne kadar ince olduğu, gofret çapına ve WLP işlemine bağlıdır. Bunun nedeni, ince gofret yüzeyinin hasara yatkın olması, mikro çatlaklara neden olması ve sonraki işlemler sırasında gofretin kırılmasına yol açmasıdır. Gofretin arka yüzey taşlaması, gofret işleme sürecinin son adımı olduğundan, gofretin ne kadar inceltilmesi gerektiği WLP işlemiyle sınırlıdır. Bu nedenle, gofret seviyesinde paketleme, gofret işleminin bir uzantısı olarak kabul edilir ve gofret işlemi tasarlanırken paketleme işlem adımlarının uygulanabilir kapsamı dikkate alınmalıdır.

Silikon ve montaj alt tabakası arasındaki termal genleşme katsayılarının yetersiz eşleşmesi, termal döngü testlerinde ve saha kullanımında paketlenmiş lehim toplarının yorulma arızasının önemli bir nedenidir. Ayrıca, bu arıza her bir bileşenin ne kadar güçlü olduğuyla da yakından ilişkilidir. Çip ne kadar ince olursa, o kadar esnek olur ve lehim topunun yorulma direnci o kadar artar. Bu nedenle, gofretin inceltilmesi ve dolayısıyla çip kalınlığının azaltılması, lehim bağlantılarının güvenilirliğini artırmak için önemli önlemlerden biridir. Gofretin, gofret seviyesinde paketleme işleminden önce inceltilmesi, gofretin kolayca deforme olmasına veya hatta kırılmasına neden olabilir ki bu istenmeyen bir durumdur. Gofret seviyesinde paketleme işlemi tamamlandıktan sonra gofretin inceltilmesi daha iyi bir yöntemdir, ancak uygulanması zordur. Gofret seviyesinde paketleme üretimi için gofret ve inceltme teknolojileri ve ekipmanları geliştirme aşamasındadır.

Yonga levhası seviyesinde paketlemenin avantajları

Wafer seviyesinde paketleme, BGA teknolojisine dayanmaktadır ve BGA ile CSP'nin teknik avantajlarını tam olarak yansıtan, geliştirilmiş ve iyileştirilmiş bir CSP'dir. Birçok benzersiz avantajı vardır:

① Ambalaj işleme verimliliği yüksektir ve gofretler halinde seri üretim yöntemiyle üretilir;

② Flip-chip paketlemenin avantajlarına sahiptir; yani hafif, ince, kısa ve küçüktür;

③ Yonga levha seviyesinde paketleme üretim tesislerinin maliyeti düşüktür ve başka bir paketleme üretim hattı kurmaya yatırım yapmaya gerek kalmadan yonga levha seviyesindeki üretim ekipmanları tam olarak kullanılabilir;

④ Yonga levhası düzeyinde paketlemenin çip tasarımı ve paket tasarımı, tekdüze bir şekilde ele alınabilir ve eş zamanlı olarak gerçekleştirilebilir; bu da tasarım verimliliğini artıracak ve tasarım maliyetlerini düşürecektir;

⑤ Çip üretiminden, paketlemeye ve ürünün kullanıcılara sevkiyatına kadar tüm gofret seviyesinde paketleme sürecinde, ara bağlantılar büyük ölçüde azaltılır ve döngü önemli ölçüde kısaltılır; bu da kaçınılmaz olarak maliyet düşüşüne yol açar.

⑥ Yonga levhası düzeyinde paketlemenin maliyeti, her yonga levhası üzerindeki yonga sayısıyla yakından ilişkilidir. Bir yonga levhası üzerinde ne kadar çok yonga varsa, yonga levhası düzeyinde paketlemenin maliyeti o kadar düşük olur. Yonga levhası düzeyinde paketleme, en küçük ve en düşük maliyetli paketleme yöntemidir. Yonga levhası düzeyinde paketleme teknolojisi, gerçek bir seri üretim yonga paketleme teknolojisidir.

WLP'nin avantajı, daha küçük entegre devreler için uygun bir çip ölçekli paketleme (CSP) teknolojisi olmasıdır. Wafer seviyesinde paralel paketleme ve elektronik test teknolojisinin kullanılması sayesinde, çıktıyı artırırken çip alanını önemli ölçüde azaltabilir. Wafer seviyesinde çip bağlantıları için paralel işlemler kullanıldığından, her bir I/O'nun maliyeti büyük ölçüde düşürülebilir. Ayrıca, basitleştirilmiş wafer seviyesi test prosedürlerinin benimsenmesi maliyetleri daha da düşürecektir. Wafer seviyesi paketleme, çipleri wafer seviyesinde paketlemek ve test etmek için kullanılabilir.

Yonga levhası düzeyinde paketleme teknolojisinin gelişim trendleri

Yonga seviyesi paketleme teknolojisi, maliyetleri düşürmeye, güvenilirlik seviyelerini sürekli iyileştirmeye ve büyük entegre devrelerdeki (IC) uygulama alanını genişletmeye çalışmalıdır. Lehim topu teknolojisi açısından, kurşunsuz lehim topu teknolojisi ve yüksek kurşunlu lehim topu teknolojisi geliştirilecektir. IC yonga boyutunun sürekli genişlemesi ve işlem teknolojisindeki ilerlemeyle birlikte, IC üreticileri yeni nesil yonga seviyesi paketleme teknolojisi üzerinde araştırma ve geliştirme yapacaklardır. Bu nesil teknoloji, yalnızca φ300 mm yongaların ihtiyaçlarını karşılamakla kalmayacak, aynı zamanda bakır kablolama teknolojisi ve düşük dielektrik sabitli ara katman dielektrik teknolojisinin son gereksinimlerine de uyum sağlayacaktır. Buna ek olarak, yonga seviyesi paketlemenin akım taşıma ve sıcaklığa dayanma yeteneğini de iyileştirme gereksinimi vardır. WLBI (yonga seviyesi test ve yaşlandırma) teknolojisi de incelenmesi gereken önemli bir konudur. WLBI teknolojisi, elektriksel test ve yaşlandırmayı doğrudan IC yongaları üzerinde gerçekleştirmektir ve yonga seviyesi paketleme için işlem akışını basitleştirmek ve üretim maliyetlerini düşürmek açısından büyük önem taşımaktadır.

Sacco Mikro SLKOR Schottky Diyot Ürünleri

Sonuç

Yonga seviyesi paketleme teknolojisi, düşük maliyetli seri üretim çip paketleme teknolojisidir. Yonga seviyesi paketleme, çip ile aynı boyuttadır ve en küçük mikro yüzey montajlı cihazdır. Yonga seviyesi paketlemenin bir dizi avantajı nedeniyle, modern elektronik cihazların minyatürleştirme ve düşük maliyet talebiyle birlikte, bu teknoloji hızla gelişmektedir. Şu anda, yonga seviyesi paketleme teknolojisi genellikle düşük I/O sayısına sahip küçük boyutlu çipler için uygundur. Sektör ayrıca üretim maliyetlerini düşürmek ve büyük boyutlu çiplerin yonga seviyesi paketlemesini ve ince aralıklı lehim topu dizisi yonga seviyesi paketlemesini geliştirmek için yeni teknolojilere ihtiyaç duymaktadır.

Modern elektronik cihazlar için paketleme türü seçilirken, maliyeti en aza indirirken tasarım gereksinimlerini karşılamak önemlidir. Mevcut wafer seviyesi paketleme (WLP) yalnızca alternatif bir paketleme türüdür. Gelecekte büyük hacimli ve geniş kapsamlı ürünler için wafer seviyesi paketleme teknolojisini ana akım bir üretim teknolojisi haline getirmek için hala yapılacak çok iş var. Yarı iletken çiplerin ve WLP paketlerinin tasarımının birleştirilmesi, WLP cihazlarının yerleşimine şüphesiz fayda sağlayacak ve cihaz performansını iyileştirecektir. WLP'de, wafer üzerindeki tüm cihazların paketleme adımları eş zamanlı olarak gerçekleştirildiğinden, toplu işlem paketleme maliyetlerini düşürebilir. (Bu makale "Elektronik Endüstrisi için Özel Ekipmanlar" kitabından alıntılanmıştır.)

Ek: Fan-in ve Fan-out arasındaki fark

Teknik özellikler açısından, wafer seviyesi paketleme esas olarak iki tipe ayrılır: Fan-in ve Fan-out. Geleneksel WLP paketleme çoğunlukla Fan-in tipini benimser ve düşük pin sayısına sahip entegre devrelerde kullanılır. Bununla birlikte, entegre devre sinyal çıkış pinlerinin sayısı arttıkça, pin aralığı (Ball Pitch) gereksinimleri daha da katı hale gelir. Ayrıca, baskılı devre kartı (PCB) yapısı, entegre devre sonrası paketleme boyutunun ve sinyal çıkış pinlerinin konumunun ayarlanmasını gerektirir. Bu nedenle, difüz (Fan-out) ve Fan-in artı Fan-out gibi çeşitli yeni WLP paketleme tipleri türetilmiştir. Üretim süreci bile geleneksel WLP paketleme konseptinden uzaklaşmaktadır.

Amkor Çin Başkanı Zhou Xiaoyang'a göre: Fan-in paketleme kullanan çip boyutu, iki boyutlu düzlemde ürün boyutuyla aynıdır ve çip, tüm giriş/çıkış arayüzlerini yerleştirmek için yeterli alana sahiptir. Çip boyutu tüm giriş/çıkış arayüzlerini barındırmak için yeterli olmadığında, Fan-out gereklidir. Elbette, genel Fan-out, alanı genişletirken bir SIP oluşturmak için aktif ve/veya pasif bileşenler de ekler.

Öncelikle fan-in tipi hakkında konuşalım.

Mammes Consulting'in bir raporuna göre, fan-in paketleme teknolojisi on yıldan fazla bir süredir başarıyla uygulanmakta ve istikrarlı bir şekilde büyümektedir. En küçük paket boyutu ve düşük maliyetin benzersiz birleşimi sayesinde bugün de cazip olmaya devam etmektedir. Bu avantajlarıyla, boyut odaklı el cihazı ve tablet pazarına kademeli olarak nüfuz etmiş ve bu cihaz alanlarında hala güçlü bir canlılık göstermektedir. Fan-in paketleme teknolojisinin %90'ından fazlasının şu anda cep telefonu alanında kullanıldığı tahmin edilmektedir. Fan-in paketleme teknolojisinin uygulamasına bakıldığında, üst düzey akıllı telefonlardaki tüm paketlenmiş cihazların %30'undan fazlası artık fan-in paketleme kullanmaktadır. Bu nedenle, fan-in paketleme teknolojisi cep telefonu alanında hala altın çağını yaşamaktadır.

Fan-in paketleme teknolojisinin büyüme hızı bugüne kadar istikrarlı olsa da, küresel yarı iletken pazarındaki değişiklikler ve gelecekteki uygulamalardaki belirsizliklerin artması, fan-in paketleme teknolojisinin gelecekteki beklentilerini kaçınılmaz olarak etkileyecektir. Akıllı telefon sevkiyatlarındaki büyüme oranı 2013'te %35'ten 2016'da %8'e düşmüş ve bu rakamın 2020'ye kadar %6'ya kadar düşmesi beklenirken, akıllı telefon pazarının öncülüğünde fan-in paketleme teknolojisinin uygulaması giderek daha doygun hale gelmektedir. Beklenen yüksek büyüme iyimser olmasa da, akıllı telefonlar hala yarı iletken endüstrisinin gelişimi için ana itici güçtür ve akıllı telefon sevkiyatlarının 2020'de 2 milyar adede ulaşması beklenmektedir.

Şu anda, fan-in paketleme teknolojisinin en yaygın kullanılan cihazları arasında WiFi/BT (kablosuz LAN, Bluetooth) entegre bileşenleri, alıcı-vericiler, PMIC (güç yönetimi entegre devreleri) ve DC/DC dönüştürücüler (toplamın yaklaşık %50'sini oluşturuyor) ile MEMS ve görüntü sensörleri de dahil olmak üzere çeşitli dijital, analog ve karışık sinyal cihazları yer almaktadır. Fan-in paketleme teknolojisinin gelecekte karşılaşabileceği en büyük zorluk, cihaz fonksiyonlarının sistem düzeyinde paketlemeye entegrasyonu olabilir. Aşağıdaki şekil, sistem düzeyinde paketlemenin büyümesinin fan-in paketleme sevkiyatları üzerindeki etkisini göstermektedir. Genel yıllık bileşik büyüme oranı %9'dan %6'ya düşmüştür. Bu rapor, sistem-in-paketleme teknolojisinin büyümesi ve fan-in paketleme üzerindeki etkisine dair detaylı bir analiz sunmaktadır.

Fan-in pazarına gelince, 2015 istatistikleri, yarı iletken paketleme ve test işlemlerinin dış kaynaklı olarak yapıldığını ve bu pazarın büyük bir bölümünü bir IDM üreticisi (TI, Texas Instruments) ve bir dökümhanenin (TSMC, TSMC) oluşturduğunu gösteriyor. STATS ChipPAC, JCET tarafından satın alındıktan sonra güçlü bir gelişim gösterdi. Tasarım tarafında ise Qualcomm ve Broadcom, tüm fan-in paketleme pazarının %50'sini yönlendiriyor.

Ambalaj teknolojisine gelince, son birkaç yıldır piyasa çoğunlukla fan-out wafer seviyesi ambalaj teknolojisinin geliştirilmesine odaklanmıştır. Bununla birlikte, fan-in ambalaj teknolojisi kendi gelişim yolunu ve yol haritasını oluşturmuştur. Daha fazla genişlemenin yanı sıra, altı taraflı kalıp koruması gibi diğer yenilikçi teknolojileri de beraberinde getirebilir. Bu rapor, iki fan-in ambalaj teknolojisi yol haritasının ayrıntılı bir analizini sunmaktadır: biri yüksek hacimli üretim (HVM) için, diğeri ise üretim hazırlığı için. Yol haritası, I/O sayaçları, L/S, bump aralığı, paket kalınlığı, boyutlar vb. unsurları içermektedir. Ayrıca, bu rapor, IC teknoloji düğümlerinin kullanımı ve fan-in IC cihazlarının daha da ön uç genişlemesi perspektifinden fan-in ambalaj teknolojisini de analiz etmektedir. Fan-in ambalaj teknolojisinin HVM üretim yolu, fan-out ambalaj teknolojisine göre daha yavaş genişlese de, fan-in ambalaj teknolojisi çoğu fan-out ambalajın genişleme koşullarını karşılayabilme yeteneğine sahiptir ve kolayca erişilebilir bir üretim hazırlığı geliştirme yoluna sahiptir.

Şimdi de yelpaze şeklinde yayılan tipten bahsedelim.

Fan-out paketleme, nispeten ucuz olan kablo çekme yöntemini benimser; fan-out WLP, WLP işleminde olduğu gibi çeşitli farklı yongaların gömülmesine olanak tanır, bu da bir paketleme katmanının azaltılmasına eşdeğerdir. Birden fazla yonga yerleştirilirse, çok katmanlı paketlemenin ortadan kaldırılmasına eşdeğerdir ve bu da müşteri maliyetlerini düşürmeye yardımcı olur. Şu anda IC maliyetini etkileyen tek faktör yonga boyutudur.

2013 yılından bu yana, dünyanın dört bir yanındaki büyük paketleme ve test fabrikaları, özellikle orta ve düşük fiyatlı akıllı telefon pazarının katı maliyet gereksinimlerini karşılamak amacıyla FOWLP üretim kapasitelerini aktif olarak genişletmektedir. FOWLP, taşıyıcı kart malzemelerinin kullanımını gerektirmediği için paketleme maliyetlerinde yaklaşık %30 tasarruf sağlar ve paketleme kalınlığı da daha incedir, bu da çip üreticilerinin ürünlerinin rekabet gücünü artırmaya yardımcı olur.

Memes Consulting'in bir raporuna göre, 2016 yılı fan-out paketleme pazarında bir dönüm noktası. Apple ve TSMC'nin eklenmesi, bu teknolojinin uygulama durumunu değiştirdi ve pazarın fan-out paketleme teknolojisini kademeli olarak kabul etmeye başlamasına yol açabilir. Fan-out paketleme pazarı iki türe ayrılacak:

- Fan-out paketleme için "çekirdek" pazar, temel bant, güç yönetimi ve RF alıcı-vericiler gibi tek çipli uygulamaları içerir. Bu pazar, fan-out wafer seviyesi paketleme çözümlerinin ana uygulama alanıdır ve istikrarlı bir büyüme trendini sürdürecektir.

- Apple'ın APE'si ile başlayan "yüksek yoğunluklu" fan-out paketleme pazarı, işlemciler, bellekler ve daha büyük giriş ve çıkış veri hacimlerine sahip diğer uygulamaları içermektedir. Bu pazar daha fazla belirsizlik içermekte ve yeni entegre çözümler ile yüksek performanslı fan-out paketleme çözümleri gerektirmektedir. Bununla birlikte, bu pazar büyük bir pazar potansiyeline sahiptir.

Fan-out paketleme teknolojisi, "yüksek yoğunluklu" pazarlar ve istikrarlı büyüme gösteren "çekirdek" pazarlar için büyük bir potansiyele sahip olduğundan, bu alandaki tedarik zincirinin fan-out paketleme yeteneklerine yoğun yatırım yapması bekleniyor. Bazı üreticiler halihazırda fan-out wafer seviyesinde paketleme sunabiliyor, ancak diğer birçok üretici fan-out paketleme pazarına girmek ve ürün portföylerini genişletmek için fan-out paketleme platformlarının geliştirme aşamasında bulunuyor.

TSMC'ye ek olarak, STATS ChipPAC (Singapur STATS ChipPAC), fan-out paketleme teknolojisinin geliştirilmesine daha fazla yatırım yapmak için JCET'in (Jiangsu Changdian Technology) desteğini kullanacak (Jiangsu Changdian Technology, 2015 başlarında Singapur STATS ChipPAC'i 780 milyon ABD doları karşılığında satın aldı); ASE (ASE Group), Deca Technologies ile derinlemesine bir iş birliği ilişkisi kurdu (Mayıs 2016'da Deca Technologies, ASE Group'tan 60 milyon ABD doları yatırım aldı ve ASE Group, Deca Technologies'in M serisi fan-out wafer seviyesi paketleme teknolojisi ve işlem yetkilendirmesini elde etti); Amkor (Ankor Technology), SPIL (Silicon Products Technology) ve Powertech (Powertech) gelecekteki seri üretime odaklanıyor ve fan-out paketleme teknolojisinin geliştirme aşamasında bulunuyor. Samsung ise nasıl rekabet edeceğine karar verirken geride kalmış gibi görünüyor.

Pazar kapasitesi açısından, fan-out ambalajlama %56'lık bileşik yıllık büyüme oranını koruyor ve bu da gelecekte ambalaj ve test üreticileri için geniş fırsatlar sunacak.

Ancak bu yeni teknoloji gelecekte büyük zorluklarla karşılaşacak. Amkor Çin Başkanı Zhou Xiaoyang, Fan-out teknolojisinin daha küçük, daha ince ve daha hızlı uygulama alanlarında büyük talep göreceğini söyledi. Fan-out'un mevcut maliyeti nispeten yüksek ve daha fazla teknik optimizasyon gerektiriyor. Birçok üretici, wafer tabanlı teknolojinin yanı sıra panel tabanlı teknoloji de geliştiriyor.

Şu anda TSMC, Fan-out teknolojisinin başlıca destekleyicilerinden biri olup, Amkor ve diğer büyük paketleme ve test şirketleri de farklı türde benzersiz Fan-out teknolojilerine sahiptir. Göreceli olarak, mevcut Fan-out teknolojisi çok olgunlaşmış değildir ve verimliliği ile güvenilirliğinin daha da geliştirilmesi gerekmektedir.

Not: Bu makale internetten alınmıştır ve fikri mülkiyet haklarının korunmasını desteklemektedir. Yeniden yayınlarken lütfen orijinal kaynağı ve yazarı belirtin. Herhangi bir telif hakkı ihlali durumunda, lütfen silinmesi için bizimle iletişime geçin.

Şirket telefon numarası: +86-0755-83044319
Faks: +86-0755-83975897
E-posta: 1615456225@qq.com
QQ: 3518641314 Yönetici Li

QQ: 332496225 Yönetici Qiu

Adres: Shenzhen, Longhua Yeni Bölgesi, Minzhi Caddesi No. 1079, Zhantao Teknoloji Binası, C Binası, Oda 809