Qu'est-ce que 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.

Nom japonais: WLP(ウエハレベルパッケージ)

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Domaine: Boîtiers et assemblage

Comment se fabrique un boîtier au niveau de la plaquette

Dans un boîtier au niveau de la plaquette (WLP), les étapes de mise en boîtier sont réalisées sur la plaquette entière en une fois, et non sur des puces individuelles. Sur la passivation de la puce, on enduit un diélectrique polymère, puis on dépose par électrolyse des couches de redistribution (RDL) en cuivre qui acheminent les signaux depuis les plots de connexion à pas fin vers une matrice de bornes à pas plus large. Une métallisation sous bille (UBM) est formée à ces emplacements, puis les billes de soudure sont posées. Ce n'est qu'ensuite que la plaquette est découpée. Comme toutes les puces sont traitées en parallèle par une lithographie et une électrodéposition proches de celles de l'usine de plaquettes, le boîtier n'ajoute presque pas de surface et le coût par puce diminue quand le nombre de puces par plaquette augmente.

WLP fan-in ou fan-out

En WLP fan-in, les interconnexions de redistribution et les billes de soudure doivent tenir dans le contour de la puce : le boîtier a donc exactement la taille de la puce, et le nombre de bornes est limité par la surface de la puce et le pas des billes. Le WLP fan-out lève cette limite : des puces découpées et testées bonnes (known-good dies) sont placées sur un support en laissant de l'espace entre elles, puis noyées dans une résine de moulage pour former une plaquette reconstituée. La RDL peut alors s'étendre au-delà du bord de la puce sur la zone moulée, ce qui permet davantage d'E/S. Le fan-out ne nécessite pas de substrat stratifié et il est mince ; il est donc utilisé même pour des processeurs de smartphones.

WLP et autres boîtiers à l'échelle de la puce

Un boîtier à l'échelle de la puce (CSP) désigne tout boîtier dont la surface ne dépasse pas environ 1,2 fois celle de la puce, généralement avec des bornes à billes de type BGA en dessous. De nombreux CSP montent encore la puce sur un petit substrat par câblage filaire ou par bossages flip-chip. Un WLP fan-in est le cas limite du CSP : il n'y a plus du tout de substrat séparé, et le contour du boîtier est celui de la puce. C'est donc l'option la plus petite et la plus mince, avec des connexions très courtes qui maintiennent une faible inductance parasite, ce qui convient aux composants haute fréquence et de gestion de l'alimentation.

Compromis de conception

Sans substrat intermédiaire, le silicium est soudé presque directement sur la carte de circuit imprimé. Le silicium et les matériaux de la carte se dilatent différemment avec la température : les cycles thermiques sollicitent donc les joints de soudure, et cette sollicitation augmente avec la taille de la puce. Le WLP fan-in est ainsi surtout employé pour des puces relativement petites avec un nombre modéré de broches, comme les circuits de gestion de l'alimentation, les capteurs et les composants RF des téléphones et objets connectés portables. Les puces plus grandes ou à grand nombre d'E/S passent au WLP fan-out ou à des boîtiers flip-chip classiques. Les bords de silicium nu exigent aussi des précautions lors de la manipulation et de l'assemblage sur carte.

S'entraîner : questions sur WLP (boîtier au niveau de la plaquette)

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.

Questions fréquentes

Que signifie WLP en mise en boîtier des semi-conducteurs ?

WLP signifie wafer-level package (boîtier au niveau de la plaquette) : un boîtier dont les interconnexions de redistribution et les bornes de soudure sont formées sur la plaquette entière avant sa découpe en puces individuelles.

Quelle est la différence entre WLP fan-in et fan-out ?

Le WLP fan-in garde toutes les bornes à l'intérieur du contour de la puce : le boîtier a exactement la taille de la puce, mais le nombre d'E/S est limité. Le WLP fan-out noie les puces dans une résine de moulage, si bien que les interconnexions et les billes peuvent s'étendre au-delà du bord de la puce.

WLP et CSP, est-ce la même chose ?

Le WLP est un type de boîtier à l'échelle de la puce. Le CSP couvre tout boîtier allant jusqu'à environ 1,2 fois la surface de la puce, alors qu'un WLP fan-in a exactement la taille de la puce et ne comporte pas de substrat séparé.

« WLP (boîtier au niveau de la plaquette) » dans les explications

Questions mentionnant « WLP (boîtier au niveau de la plaquette) » (2)

  1. Quelle est la caractéristique du boîtier au niveau plaquette (WLP) ?
  2. Quelle description du CSP (Chip Size Package) est correcte ?

Termes associés

Redistribution (drive-in) Découpe (dicing) CSP (boîtier à l'échelle de la puce) BGA Amincissement face arrière (back grinding) Brasage par refusion Câblage par fil (wire bonding) Flip-chip Grille de connexion (lead frame) Report de puce (die bonding)

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