Nederlands
Menu

Fan-in- versus fan-out-WLP: herbedrading, aansluitingen, gebruik

Bij beide worden een herbedradingslaag (RDL) en soldeerballen op waferniveau gemaakt, waarna de wafer in afzonderlijke packages wordt verdeeld. Fan-in wordt direct op de oorspronkelijke wafer gemaakt, zodat aansluitingen alleen binnen het chipoppervlak passen en het package ongeveer even groot is als de chip. Bij fan-out worden uitgezaagde goede chips op afstand van elkaar geplaatst en in hars ingebed tot een gereconstitueerde wafer, waarna de herbedrading tot buiten de chip wordt doorgetrokken. Zo passen er veel aansluitingen op en kunnen meerdere chips worden samengebracht, maar er komen processtappen bij en kromtrekken en verschuiving van chips worden een probleem.

KenmerkFan-in-WLPFan-out-WLP
Bereik van de herbedradingAlleen binnen het chipoppervlakDoorgetrokken tot op de hars buiten de chip
Package- en chipoppervlakVrijwel gelijk (chipformaat)Het package is groter
Aantal aansluitingen (indicatief)Eerder weinig. Bepaald door chipoppervlak en balpitch, van enkele tot enkele honderdenVeel. Omdat ook buiten de chip aansluitingen passen, soms meer dan duizend
Uitgangspunt van de productieDe oorspronkelijke wafer met de componentenEen gereconstitueerde wafer: goede chips op een drager geplaatst en met moldhars ingebed (er zijn ook methoden op panelen)
SubstraatNiet gebruiktMeestal niet gebruikt. De herbedradingslaag vervult de rol van substraat, zodat het package dun kan zijn (krachtige typen worden soms nog op een substraat geplaatst)
Meerdere chipsSlechts één chipMeerdere chips en passieve componenten kunnen in één package worden samengebracht
Belangrijkste problemenBij grote chips verkort het verschil in thermische uitzetting met de printplaat de levensduur van de soldeerverbindingenKromtrekken door het verschil in thermische uitzetting tussen silicium en hars, verschuiving van chips tijdens het molden (die shift), fijne herbedrading op hars
KostenLaag. Weinig processtappenHoger dan fan-in. Extra stappen voor het plaatsen van chips, het molden en de herbedrading op hars
Belangrijkste toepassingenKleine chips in onder meer smartphones. Voedings-IC's, rf-componenten, sensoren, audio-IC'sApplicatieprocessors in smartphones, rf-modules, integratie van meerdere chips en verbindingen tussen krachtige chiplets

De getalswaarden zijn typische ordegroottes en variëren per procesgeneratie en product.

Wanneer welke variant?

Fan-in-WLP
Wanneer een kleine chip met weinig aansluitingen zo klein en goedkoop mogelijk moet worden verpakt. Voedings-IC's, sensoren en rf-componenten in mobiele apparaten.
Fan-out-WLP
Wanneer de chip veel aansluitingen heeft in verhouding tot zijn oppervlak, wanneer het package dun moet zijn, of wanneer meerdere chips in één package moeten worden samengebracht.
Vuistregel
Als de aansluitingen binnen het chipoppervlak passen, is het fan-in; als ze niet passen en naar buiten moeten worden uitgebreid, is het fan-out.

Veelgestelde vragen

Waar slaan ‘in’ en ‘out’ op bij fan-in en fan-out?

Op het gebied waarover de herbedrading de aansluitingen verdeelt. Fan-in plaatst de aansluitingen alleen binnen het chipoppervlak (in), fan-out trekt de bedrading door tot het harsgebied buiten de chip (out) en plaatst daar ook aansluitingen.

Wat is een gereconstitueerde wafer?

Een opnieuw opgebouwde, waferachtige schijf voor de productie van fan-out, waarin goede chips op afstand van elkaar op een drager worden geplaatst en met moldhars worden ingebed. Rond de chips ontstaat een harsgebied, tot waar de herbedrading kan worden doorgetrokken.

Waarom is kromtrekken een probleem bij fan-out-WLP?

Silicium, moldhars en de isolatielagen van de herbedrading hebben sterk verschillende thermische uitzettingscoëfficiënten. Telkens als de hars uithardt of wordt verwarmd, ontstaat door het verschil in uitzetting en krimp kromtrekking, wat belichting, transport en soldeerverbindingen bemoeilijkt.

Waarom worden geen grote chips als fan-in-WLP gemaakt?

Het package heeft geen substraat en het silicium wordt direct op de printplaat gesoldeerd, dus hoe groter de chip, hoe groter de rek op de verbindingen door het verschil in thermische uitzetting. Bovendien passen de aansluitingen dan mogelijk niet meer binnen het chipoppervlak.

Test uw begrip

Welke eigenschap van wafer level package (WLP) is juist?

  1. ADe chips worden eerst één voor één uitgesneden en daarna wordt de behuizing gemonteerd
  2. BDe chip wordt met hars gesmolten om de vorm te maken
  3. CHerbedrading en externe aansluitingen worden in waferstaat gevormd en daarna wordt in afzonderlijke stukken gesneden
Antwoord en toelichting tonen

Antwoord: C. Herbedrading en externe aansluitingen worden in waferstaat gevormd en daarna wordt in afzonderlijke stukken gesneden

Bij WLP worden in waferstaat, vóór het zagen, herbedradingslagen en soldeerballen in één keer gevormd en pas daarna wordt in afzonderlijke chips gesneden. Er is fan-in, waarbij de aansluitingen binnen het chipoppervlak blijven, en fan-out, waarbij een gereconstrueerde wafer wordt gemaakt waarin chips in hars zijn ingebed en de bedrading tot buiten de chip wordt uitgebreid. Omdat fan-out zonder substraat dun kan worden gemaakt, wordt het ook gebruikt voor onder meer processors van smartphones.

Welke uitspraak over fan-out wafer-level packaging (FOWLP) is juist?

  1. ADe herbedradingslaag wordt tot buiten de chip uitgebreid, zodat externe aansluitingen over een groter gebied dan het chipoppervlak kunnen worden geplaatst
  2. BDe verbinding wordt uitsluitend met wire bonding gemaakt
  3. CHet package wordt altijd kleiner dan de chip
Antwoord en toelichting tonen

Antwoord: A. De herbedradingslaag wordt tot buiten de chip uitgebreid, zodat externe aansluitingen over een groter gebied dan het chipoppervlak kunnen worden geplaatst

Bij FOWLP worden de uitgesneden chips in hars ingebed tot een gereconstrueerde wafer, waarop een herbedradingslaag wordt gevormd die tot buiten de chip reikt. Doordat externe aansluitingen over een groter gebied dan de chip kunnen worden geplaatst, kunnen ook bij een kleine chip veel aansluitingen worden aangebracht, en doordat geen packagesubstraat wordt gebruikt, kan het package dun zijn. De techniek wordt toegepast in onder meer processors voor smartphones. De verbinding verloopt via de herbedradingslaag in plaats van draden, en het package wordt groter dan de chip.

Hoe heet het waferachtige geheel dat bij fan-out wafer-level packaging ontstaat door de uitgesneden chips met tussenruimte op een drager te plaatsen en met hars te omgeven?

  1. ASOI-wafer
  2. BEpitaxiale wafer
  3. CGereconstrueerde wafer (reconstituted wafer)
Antwoord en toelichting tonen

Antwoord: C. Gereconstrueerde wafer (reconstituted wafer)

Bij fan-out worden goede chips die bij de test zijn geselecteerd met tussenruimte op een drager geplaatst, de omgeving wordt met moldhars gevuld en er ontstaat opnieuw een wafervorm. Dit heet een gereconstrueerde wafer. Doordat ook op het hars buiten de chip een herbedradingslaag kan worden gevormd, kunnen externe aansluitingen over een groter gebied dan de chip worden geplaatst, en omdat alleen goede chips worden gebruikt, neemt ook het yieldverlies af. SOI- en epitaxiale wafers zijn substraten voor het front-end.

  1. Hoe heet het probleem dat bij de productie van fan-out wafer-level packages de positie van chips verschuift door het stromen en de krimp bij het uitharden van het hars tijdens het inkapselen van de chips?
  2. Hoe heet de bedradingslaag die op het oppervlak van een chip of wafer wordt gevormd om de posities van elektroden door te leiden naar de posities van externe aansluitingen?
  3. Wat is het belangrijkste doel van de methode waarbij packages niet op ronde wafers maar gezamenlijk op grote rechthoekige panelen worden gemaakt?

Oefenvragen over Geavanceerde technologieën (3D-integratie, chiplets)

Belangrijke termen uitgelegd

WLP (wafer-level package)
Behuizing waarbij herbedrading en externe aansluitingen nog op waferniveau worden gevormd en pas daarna wordt gesingulariseerd. Resulteert in een kleine behuizing met vrijwel de afmetingen van de chip.
Herbedradingslaag (RDL)
Bedradingslaag op het oppervlak van een chip of wafer waarmee de positie van elektroden naar die van de externe aansluitingen wordt geleid. Gebruikt in fan-out-behuizingen en interposers.
CSP (chip scale package)
Verzamelnaam voor packages die tot vrijwel dezelfde afmetingen als de chip zijn verkleind. Wordt veel gebruikt in kleine apparaten zoals smartphones.
KGD (known good die)
Chip waarvan voor de montage is bevestigd dat hij goed is. Belangrijk wanneer meerdere chips in één package worden gestapeld, omdat het hele package defect is zodra er één defecte chip tussen zit.

Verwante vergelijkingen