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WLP fan-in vs fan-out : redistribution, broches, usages

Dans les deux cas, la couche de redistribution (RDL) et les billes de brasure sont réalisées au niveau de la plaquette, avant la découpe en boîtiers individuels. Le fan-in est réalisé directement sur la plaquette d’origine : les broches ne peuvent se placer qu’à l’intérieur de la surface de la puce, et le boîtier a pratiquement la taille de la puce. Le fan-out dispose des puces bonnes, déjà découpées, en les espaçant, puis les noie dans une résine pour former une plaquette reconstituée, avant d’étendre la redistribution au-delà de la puce. On peut ainsi placer de nombreuses broches et réunir plusieurs puces, mais les étapes se multiplient, et le gauchissement et le décalage des puces deviennent des problèmes.

CritèreWLP fan-inWLP fan-out
Étendue de la redistributionUniquement à l’intérieur de la surface de la puceÉtendue jusque sur la résine à l’extérieur de la puce
Surfaces du boîtier et de la pucePresque identiques (taille de la puce)Le boîtier est plus grand
Nombre de broches (ordre de grandeur)Plutôt faible. Fixé par la surface de la puce et le pas des billes, de quelques unités à quelques centainesÉlevé. Comme des broches peuvent aussi se placer hors de la puce, il dépasse parfois le millier
Point de départ de la fabricationLa plaquette d’origine portant les composantsUne plaquette reconstituée : puces bonnes disposées sur un support et noyées dans une résine de moulage (il existe aussi des procédés sur panneau)
SubstratAucunLe plus souvent aucun. La couche de redistribution joue le rôle de substrat, ce qui permet un boîtier mince (les modèles hautes performances sont parfois encore montés sur un substrat)
Plusieurs pucesUne seule pucePlusieurs puces et composants passifs peuvent être réunis dans un même boîtier
Principaux problèmesPour les grandes puces, l’écart de dilatation thermique avec la carte imprimée réduit la durée de vie des joints de brasureGauchissement dû à l’écart de dilatation thermique entre silicium et résine, décalage des puces lors du moulage (die shift), redistribution fine sur résine
CoûtFaible. Peu d’étapesPlus élevé que le fan-in. Étapes supplémentaires de placement des puces, de moulage et de redistribution sur résine
Usages principauxPetites puces des smartphones, entre autres : circuits d’alimentation, composants RF, capteurs, circuits audioProcesseurs d’application de smartphone, modules RF, intégration de plusieurs puces et interconnexion de chiplets hautes performances

Les valeurs indiquées sont des ordres de grandeur typiques et varient selon la génération de procédé et le produit.

Quand choisir l'un ou l'autre ?

WLP fan-in
Pour mettre en boîtier une petite puce à faible nombre de broches de la façon la plus compacte et la moins chère possible : circuits d’alimentation, capteurs et composants RF des appareils mobiles.
WLP fan-out
Lorsque la puce a beaucoup de broches par rapport à sa surface, que le boîtier doit être mince ou que plusieurs puces doivent être réunies en un seul boîtier.
Comment les distinguer
Si les broches tiennent dans la surface de la puce, c’est du fan-in ; si elles n’y tiennent pas et doivent être étendues vers l’extérieur, c’est du fan-out.

Questions fréquentes

À quoi correspondent « in » et « out » dans fan-in et fan-out ?

À la zone sur laquelle la redistribution répartit les broches. Le fan-in place les broches uniquement à l’intérieur de la surface de la puce (in), tandis que le fan-out étend le câblage jusqu’à la zone de résine à l’extérieur de la puce (out) pour y placer aussi des broches.

Qu’est-ce qu’une plaquette reconstituée ?

Une plaquette recomposée pour fabriquer des fan-out : des puces bonnes sont disposées en les espaçant sur un support, puis noyées dans une résine de moulage. Une zone de résine se forme autour des puces, jusqu’où la redistribution peut être étendue.

Pourquoi le gauchissement pose-t-il problème en WLP fan-out ?

Le silicium, la résine de moulage et les isolants de la couche de redistribution ont des coefficients de dilatation thermique très différents. À chaque durcissement ou chauffage de la résine, l’écart de dilatation et de contraction provoque un gauchissement, qui complique l’exposition, la manutention et le brasage.

Pourquoi ne réalise-t-on pas de grandes puces en WLP fan-in ?

Le boîtier n’a pas de substrat et le silicium est brasé directement sur la carte imprimée : plus la puce est grande, plus la déformation imposée aux joints par l’écart de dilatation thermique est importante. De plus, les broches risquent de ne plus tenir dans la surface de la puce.

Vérifier vos connaissances

Quelle est la caractéristique du boîtier au niveau plaquette (WLP) ?

  1. ALes puces sont découpées une par une avant l’assemblage du boîtier
  2. BLa puce est façonnée en la faisant fondre dans la résine
  3. CLa redistribution et les bornes externes sont formées à l’état de plaquette, puis les puces sont séparées
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Réponse : C. La redistribution et les bornes externes sont formées à l’état de plaquette, puis les puces sont séparées

En WLP, les couches de redistribution et les billes de brasure sont formées collectivement sur la plaquette avant découpe, puis celle-ci est séparée en puces individuelles. On distingue le fan-in, où les bornes tiennent dans la surface de la puce, et le fan-out, où l’on fabrique une plaquette reconstituée en noyant les puces dans la résine pour étendre les connexions au-delà de la puce. Le fan-out, qui se passe de substrat et peut être mince, est aussi utilisé notamment pour les processeurs de smartphones.

Quelle caractéristique du boîtier sur plaquette en éventail (FOWLP) est correcte ?

  1. ALa couche de redistribution s'étend au-delà de la puce, ce qui permet de placer des bornes externes sur une surface plus grande que la puce
  2. BLes connexions sont réalisées uniquement par câblage par fil
  3. CLe boîtier est toujours plus petit que la puce
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Réponse : A. La couche de redistribution s'étend au-delà de la puce, ce qui permet de placer des bornes externes sur une surface plus grande que la puce

En FOWLP, les puces découpées sont noyées dans une résine pour former une plaquette reconstituée, sur laquelle une couche de redistribution s'étendant au-delà des puces est réalisée. Les bornes externes pouvant occuper une surface plus grande que la puce, de nombreuses bornes sont possibles même pour une petite puce, et l'absence de substrat de boîtier permet un boîtier mince. Il est adopté notamment pour les processeurs de smartphones. Les connexions passent par la couche de redistribution et non par des fils, et le boîtier est plus grand que la puce.

Dans un boîtier sur plaquette en éventail, comment appelle-t-on la structure au format plaquette obtenue en disposant les puces découpées espacées sur un support puis en les noyant dans une résine ?

  1. APlaquette SOI
  2. BPlaquette épitaxiale
  3. CPlaquette reconstituée (reconstituted wafer)
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Réponse : C. Plaquette reconstituée (reconstituted wafer)

Dans l'approche en éventail, des puces bonnes sélectionnées au test sont disposées espacées sur un support, puis l'espace qui les entoure est rempli de résine de moulage pour reconstituer une plaquette : c'est la plaquette reconstituée. Une couche de redistribution pouvant aussi être formée sur la résine qui entoure les puces, les bornes externes peuvent occuper une surface plus grande que la puce, et l'utilisation des seules puces bonnes limite les pertes de rendement. Les plaquettes SOI et épitaxiales sont des substrats du front-end.

  1. Dans la fabrication des boîtiers sur plaquette en éventail, comment appelle-t-on le problème de déplacement des puces causé par l'écoulement de la résine ou son retrait au durcissement lors de l'encapsulation ?
  2. Comment appelle-t-on la couche d'interconnexion formée à la surface d'une puce ou d'une plaquette pour acheminer les électrodes jusqu'à l'emplacement des bornes externes ?
  3. Quel est le principal objectif de la fabrication collective de boîtiers sur de grands panneaux rectangulaires plutôt que sur des plaquettes circulaires ?

Questions d'entraînement sur Packaging avancé (3D et chiplets)

Termes clés expliqués

WLP (boîtier au niveau de la plaquette)
Boîtier dont la redistribution et les bornes externes sont réalisées directement sur la plaquette avant la singularisation. Le boîtier obtenu a presque la taille de la puce.
Couche de redistribution (RDL)
Niveau d'interconnexion formé à la surface de la puce ou de la plaquette pour acheminer les plots jusqu'aux positions des bornes externes. Utilisée dans les boîtiers fan-out et les interposeurs.
CSP (boîtier à l'échelle de la puce)
Terme générique désignant les boîtiers miniaturisés jusqu'à presque la taille de la puce. Largement utilisés dans les appareils compacts comme les smartphones.
KGD (Known Good Die)
Puce dont le bon fonctionnement a été vérifié avant l'assemblage. Important lorsqu'on empile plusieurs puces dans un même boîtier, car une seule puce défectueuse rend l'ensemble défectueux.

Comparatifs associés