扇入型與扇出型晶圓級封裝的差異:重佈線、面積、端子數、重構晶圓、用途比較

兩者都是在晶圓狀態下製作重佈線層(RDL)與錫球後再切割的封裝。扇入型直接在原本的晶圓上製作,因此端子只能配置在晶片面積的內側,封裝與晶片幾乎同樣大小。扇出型則是將切割出的良品晶片間隔排列,以樹脂填埋製成重構晶圓,再將重佈線擴展到晶片外側。可以配置大量端子,也能整合多顆晶片,但製程步驟增加,翹曲與晶片位置偏移成為課題。

項目扇入型晶圓級封裝扇出型晶圓級封裝
重佈線的範圍只在晶片面積的內側擴展到晶片外側的樹脂上
封裝與晶片的面積幾乎相同(晶片尺寸)封裝較大
端子數(參考值)較少。由晶片面積與錫球間距決定,約數個至數百個多。晶片外側也能配置端子,有時超過一千個
製造的起點原本的元件晶圓將良品晶片排列在載板上,以模封樹脂填埋而成的重構晶圓(也有以面板製作的方式)
基板不使用多半不使用。重佈線層扮演基板的角色,因此可以做得薄(高效能產品也有再搭載於基板上者)
多顆晶片只有 1 顆晶片可將多顆晶片或被動元件整合在 1 個封裝中
主要課題晶片較大時,與印刷電路板之間的熱膨脹差會使錫球接點壽命縮短矽與樹脂的熱膨脹差造成的翹曲、封膠時的晶片位置偏移(die shift)、樹脂上的微細重佈線
成本便宜。製程步驟少比扇入型貴。晶片配置、模封、樹脂上重佈線的步驟增加
主要用途智慧型手機等的小型晶片。電源 IC、RF 元件、感測器、音訊用 IC 等智慧型手機的應用處理器、RF 模組、多顆晶片的整合,以及高效能小晶片的連接

數值為具代表性的大致參考值,會因世代或產品而異。

適用於什麼情況

扇入型晶圓級封裝
想將端子數少的小型晶片盡可能封裝得又小又便宜時。行動裝置的電源 IC、感測器、RF 元件等。
扇出型晶圓級封裝
相對於晶片面積端子較多時、想讓封裝變薄時、想將多顆晶片整合為 1 個時。
分辨方法
端子能收在晶片面積內就用扇入型,收不下而需要向外側擴展就用扇出型。

常見問題

扇入型與扇出型的「入」與「出」指的是什麼?

指的是以重佈線拉出端子的範圍。扇入型只在晶片面積的內側(入)排列端子,扇出型則將配線擴展到晶片外側(出)的樹脂部分來排列端子。

什麼是重構晶圓?

為了製作扇出型封裝,將良品晶片間隔排列在載板上,再以模封樹脂填埋而重新製成的晶圓狀物體。晶片周圍會形成樹脂區域,因此可以將重佈線擴展到該處。

為什麼翹曲在扇出型晶圓級封裝中會成為問題?

因為矽、模封樹脂與重佈線層的絕緣膜,熱膨脹係數差異很大。每次使樹脂硬化或加熱時,伸縮的差異都會造成翹曲,使曝光、搬運與錫球接合變得困難。

為什麼不以扇入型晶圓級封裝製作大型晶片?

因為封裝沒有基板,矽直接焊接在印刷電路板上,晶片越大,熱膨脹差對接點造成的應變就越大。此外,端子也可能無法收在晶片面積內。

理解度檢測

下列關於晶圓級封裝(WLP)的特徵,何者正確?

  1. A先將晶片一顆顆切出後再組裝封裝
  2. B以樹脂熔化晶片來製作外形
  3. C在晶圓狀態下進行重佈線與外部端子的形成,之後再單顆化
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正確答案:C. 在晶圓狀態下進行重佈線與外部端子的形成,之後再單顆化

WLP是在切割之前的晶圓狀態下,一次形成重佈線層與焊球,最後再切分成一顆顆晶片。有將端子收在晶片面積內的扇入(fan-in),以及製作以樹脂嵌入晶片的重組晶圓、將配線擴展到晶片外側的扇出(fan-out)。扇出不使用基板,可以做得更薄,因此也用於智慧型手機的處理器等產品。

下列關於扇出型晶圓級封裝(FOWLP)的特徵,何者正確?

  1. A將重分佈層延伸到晶片外側,可在比晶片面積更大的範圍內配置外部端子
  2. B僅以打線接合進行連接
  3. C封裝一定比晶片小
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正確答案:A. 將重分佈層延伸到晶片外側,可在比晶片面積更大的範圍內配置外部端子

FOWLP是將切割下來的晶片以樹脂包埋,重組成晶圓,再於其上形成延伸到晶片外側的重分佈層。由於可在比晶片更大的範圍內配置外部端子,即使晶片很小也能配置許多端子,又因為不使用封裝基板,可以做得很薄。已用於智慧型手機的處理器等。連接是靠重分佈層而非導線,封裝會比晶片大。

在扇出型晶圓級封裝中,將切割出來的晶片隔著間隔排列在支撐體上,以樹脂包埋而重新製作成的晶圓狀物體稱為什麼?

  1. ASOI晶圓
  2. B磊晶晶圓
  3. C重組晶圓(reconstituted wafer)
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正確答案:C. 重組晶圓(reconstituted wafer)

在扇出型中,會將經測試挑選出的良品晶片隔著間隔排列在支撐體上,周圍以封裝樹脂填滿,重新製作成晶圓的形狀。這稱為重組晶圓。由於在擴展到晶片外側的樹脂上也能形成重分佈層,可在比晶片更大的範圍內配置外部端子,又因為只使用良品,也能減少良率上的浪費。SOI或磊晶晶圓是前段製程的基板。

  1. 在扇出型晶圓級封裝的製造中,以樹脂封裝晶片時,因樹脂流動或硬化時的收縮而使晶片位置偏移的問題稱為什麼?
  2. 形成於晶片或晶圓表面,用來將電極位置引導到外部端子位置的配線層稱為什麼?
  3. 不使用圓形晶圓,而在大型方形面板上整批製造封裝的方式,其主要目的是下列何者?

前往先進技術(3D構裝與小晶片)的練習題

相關名詞的解說

WLP(晶圓級封裝)
在仍為晶圓的狀態下,完成重新佈線與外部端子的形成,之後再分割成單顆的封裝。成品是與晶片大小幾乎相同的小型封裝。
重佈線層(RDL)
形成於晶片或晶圓表面,用來將電極位置拉線到外部端子位置的配線層。用於扇出型封裝或中介層。
CSP(晶片尺寸封裝)
縮小到與晶片幾乎相同大小之封裝的統稱。廣泛用於智慧型手機等小型設備。
KGD(已知良品晶粒)
在構裝之前已確認為良品的晶片。將多顆晶片疊入同一封裝時,只要混入一顆不良品整體就會成為不良,因此相當重要。

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