Περιεκτική επισκόπηση της συσκευασίας σε επίπεδο πλακιδίων (WLP): Τεχνολογία, ενσωμάτωση, ανάπτυξη και βασικοί παίκτες

Επισκόπηση συσκευασίας πλακιδίων (WLP)

Η συσκευασία σε επίπεδο πλακιδίων (WLP) αντιπροσωπεύει μια εξειδικευμένη τεχνολογία συσκευασίας ολοκληρωμένου κυκλώματος (IC) που χαρακτηρίζεται από την εκτέλεση όλων των κρίσιμων διαδικασιών συσκευασίας, ενώ το δίσκο πυριτίου παραμένει άθικτη-επιτέρου σε μεμονωμένες μάρκες. Στα πρώτα σχέδια του, το WLP απαιτούσε ρητά όλες τις συνδέσεις εισόδου/εξόδου (I/O) να είναι εντελώς περιορισμένες εντός των φυσικών ορίων μιας ενιαίας διαμόρφωσης die (fan-in), επιτυγχάνοντας μια πραγματική δομή πακέτου τσιπ (CSP). Αυτή η διαδοχική επεξεργασία του πλήρους πλακιδίου αποτελεί το θεμέλιο του Fan-in WLP.

Από την άποψη της ενσωμάτωσης του συστήματος, οι κύριοι περιορισμοί αυτής της αρχιτεκτονικής βρίσκονται:

1. Φιλοξενώντας τον απαιτούμενο αριθμό συνδέσεων εισόδου/εξόδου εντός του περιορισμένου χώρου κάτω από τη μήτρα.
2. Εξασφαλίζοντας τη συμβατότητα με τα επακόλουθα σχέδια δρομολόγησης του πίνακα τυπωμένων κυκλωμάτων (PCB).

Προωθούμενη από την αμείλικτη ζήτηση για μικρογραφία, υψηλότερες συχνότητες λειτουργίας και μείωση του κόστους, η WLP έχει αναδειχθεί ως βιώσιμη εναλλακτική λύση όταν οι παραδοσιακές λύσεις συσκευασίας (π.χ. συγκόλληση καλωδίων ή διασυνδέσεις flip-chip) αποτυγχάνουν να ανταποκριθούν σε αυτές τις αυστηρές απαιτήσεις.

Εξέλιξη στο Fan-Out WLP
 

Το τοπίο WLP έχει επεκταθεί για να συμπεριλάβει καινοτόμες λύσεις συσκευασίας που αψηφούν τους περιορισμούς των τυποποιημένων δομών ανεμιστήρων-που τώρα ταξινομούνται ως ανεμιστήρες WLP (FO-WLP). Η βασική διαδικασία περιλαμβάνει:

1. Ενσωμάτωση:Οι τραγουδισμένες μήτρες τοποθετούνται σε πολυμερές ή άλλο υλικό υποστρώματος με τυπικό συντελεστή μορφής δίσκου, δημιουργώντας ένα ανασυσταθέν δισκίο.
2. Επέκταση RDL:Το τεχνητό δίσκο υφίσταται πανομοιότυπες διαδικασίες συσκευασίας ως συμβατικές γκοφρέτες. Η απόσταση μεταξύ των DIEs είναι σχεδιασμένη για τη διατήρηση περιοχών περιφερειακού υποστρώματος, επιτρέποντας τα στρώματα αναδιανομής ανεμιστήρων (RDL) που επεκτείνουν τις ηλεκτρικές διασυνδέσεις πέρα από το αρχικό αποτύπωμα Die.

Αυτή η ανακάλυψη επιτρέπει στις μικροσκοπικές μήτρες να διατηρούν τη συμβατότητα με τις τυπικές θέσεις WLP Ball-Grid-Array (BGA) χωρίς φυσική διεύρυνση. Κατά συνέπεια, η εφαρμογή WLP επεκτείνεται τώρα πέρα από τα μονολιθικά πλακίδια πυριτίου ώστε να περιλαμβάνει υβριδικά υποστρώματα επιπέδων πλακιδίων, που ταξινομούνται συλλογικά στο πλαίσιο του WLP.

Με την εισαγωγή των VIAs (TSVs), ολοκληρωμένες παθητικές συσκευές (IPDs), τεχνικές ανεμιστήρων με τσιπ/chip-ast, συσκευασίες MEMS/Sensor και ετερογενή ολοκλήρωση επεξεργαστών, οι διαφορετικές αρχιτεκτονικές WLP έχουν επιτύχει εμπορευματοποίηση. Όπως απεικονίζεται στο σχήμα 1, το φάσμα καλύπτει:

• Πακέτα Low-I/O Wafer-Level chip (WLCSPS)
• Υψηλές λύσεις Fan-Out πυκνότητας υψηλής πυκνότητας, υψηλής πυκνότητας

Αυτές οι εξελίξεις έχουν ξεκλειδώσει νέες διαστάσεις σε συσκευασίες σε επίπεδο πλακιδίων.

Εικόνα 1 ετερογενής ενσωμάτωση χρησιμοποιώντας WLP

I. Συσκευασία κλίμακας τσιπ σε επίπεδο πλακιδίων (WLCSP)
 

Το WLCSP εμφανίστηκε γύρω στο 2000, που περιορίζεται κυρίως σε συσκευασίες μονής κατάρρευσης. Λόγω του εγγενούς σχεδιασμού του, το WLCSP προσφέρει περιορισμένες δυνατότητες ολοκλήρωσης πολλαπλών συστατικών. Το σχήμα 2 απεικονίζει μια βασική δομή WLCSP ενός DIE.

Εικόνα 2 Βασική ενιαία λειτουργία

Ιστορικό πλαίσιο

Πριν από το WLCSP, οι περισσότερες διαδικασίες συσκευασίας (π.χ. λείανση, διάκριση, συγκόλληση καλωδίων) ήταν μηχανικές και πραγματοποιήθηκαν μετά την εκτόξευση (Εικόνα 3).

Εικόνα 3 Παραδοσιακή ροή διαδικασίας συσκευασίας

Το WLCSP εξελίχθηκε φυσικά από το χτύπημα των πλακιδίων - μια πρακτική IBM πρωτοστάτησε από τη δεκαετία του 1960. Η βασική διάκριση έγκειται στη χρήση μπάλες συγκόλλησης μεγαλύτερης βάσης σε σύγκριση με την παραδοσιακή πρόσκρουση. Σε αντίθεση με τη συμβατική συσκευασία, σχεδόν όλες οι διαδικασίες WLCSP εκτελούνται παράλληλα με το πλήρες δίσκο (Εικόνα 4).

Εικόνα 4 Πακέτο κλίμακας τσιπ σε επίπεδο πλακιδίων (WLCSP) Ροή διαδικασίας

Προόδους και προκλήσεις

1. Μινιατούρα:Η προσέγγιση Direct-Die-Package της WLCSP αποδίδει τον μικρότερο εμπορικά βιώσιμο παράγοντα μορφής, που υιοθετείται ευρέως σε συμπαγείς κινητές συσκευές.
2. Ενσωμάτωση RDL:Οι πρώιμες εκδόσεις βασίστηκαν αποκλειστικά σε μεταλλοποίηση κάτω από το χτύπημα (UBM) και μπάλες συγκόλλησης. Η αυξανόμενη πολυπλοκότητα απαιτούσε τα στρώματα αναδιανομής (RDL) για την αποσύνδεση της τοποθέτησης από τα μαξιλάρια των δεσμών, αυξάνοντας τη δομική πολυπλοκότητα.
3. Ετερογενής ενσωμάτωση:Οι καινοτομίες επέτρεψαν τη στοίβαξη "Opossum-style"-μια αραιωμένη δευτερογενή θήκη που συνδέεται με το τσιπ κάτω από την πρωταρχική μήτρα, τοποθετημένη με ακρίβεια εντός κενών σφαίρας συγκόλλησης (Εικόνα 5).

Εικόνα 5 WLCSP, το δεύτερο καλούπι εγκαθίσταται στην κάτω πλευρά

3D ενσωμάτωση μέσω TSVs

Η έλευση του διαμέσου του Silicon VIAS (TSVs) διευκόλυνε τις συνδέσεις διπλής όψης σε WLCSPs. Ενώ η ενσωμάτωση TSV χρησιμοποιεί προσεγγίσεις "Via-First" και "Via-Last", το WLCSP υιοθετεί μια μεθοδολογία "Via-Last". Αυτό επιτρέπει:

• Η τοποθέτηση των δευτερογενών πετρελαιοκινητήρων (π.χ. η λογική/αναλογική πεθαίνει σε MEMS ή αντίστροφα) (Εικόνα 6).

Εικόνα 6 Εξέταση διπλής πλευράς WLCSP μέσω Silicon VIAS

• Αντικατάσταση συσκευασίας chip-on-board (COB) σε αισθητήρες εικόνας CMOS αυτοκινήτων (π.χ. 5.82mm × 5.22mm, πακέτα BSI πάχους 850 μm με TSV 3: 1.

Εικόνα 7 (α) Τρισδιάστατη όψη της δομής CIS-WLCSP. (β) Διατομή του CIS-WLCSP.

Αξιοπιστία και δυναμική της βιομηχανίας

Καθώς οι κόμβοι της διεργασίας συρρικνώνονται και οι διαστάσεις WLCSP αναπτύσσονται, η αξιοπιστία και η αλληλεπίδραση διατίμησης τσιπ (CPI) εντείνουν τις προκλήσεις της παραγωγής, του χειρισμού και της συναρμολόγησης PCB.

• Προστασία έξι όψεων (6s): Λύσεις όπως η σειρά Fan-In-Series (που έχουν λάβει άδεια από την DECA Technologies) απευθύνονται στις ανάγκες προστασίας του πλευρικού τοιχώματος.

• Η αλυσίδα εφοδιασμού: κυριαρχείται από OSATS (ASE/Spil, Amkor, JCET), με χυτήρια (TSMC, Samsung) και IDMS (TI, NXP, Stmicroelectronics) παίζοντας κεντρικούς ρόλους.

Ως εξειδικευμένος πάροχος λύσεων συσκευασίας σε επίπεδο πλακιδίων, η ZMSH προσφέρει προηγμένες τεχνολογίες WLP, συμπεριλαμβανομένων των διαμορφώσεων fan-in και fan-out για να ανταποκριθεί στις αυξανόμενες απαιτήσεις των εφαρμογών ημιαγωγών. Παρέχουμε υπηρεσίες από το σχεδιασμό από το σχεδιασμό έως την παραγωγή όγκου, με εμπειρογνωμοσύνη σε διασυνδέσεις υψηλής πυκνότητας και ετερογενή ενσωμάτωση για MEMs, αισθητήρες και συσκευές IoT. Οι λύσεις μας αντιμετωπίζουν βασικές προκλήσεις της βιομηχανίας στη μικροσκοπία και τη βελτιστοποίηση της απόδοσης, βοηθώντας τους πελάτες να επιταχύνουν τους κύκλους ανάπτυξης προϊόντων. Με εκτεταμένη εμπειρία στο χτύπημα, τον σχηματισμό RDL και τις τελικές δοκιμές, παρέχουμε αξιόπιστες, οικονομικά αποδοτικές λύσεις συσκευασίας προσαρμοσμένες σε συγκεκριμένες απαιτήσεις εφαρμογής.