定义与原理

• 晶圆级封装（Wafer Level Packaging，缩写 WLP）是指在芯片还在晶圆上的时候就对芯片进行封装，保护层可以黏接在晶圆的顶部或底部，然后连接电路，再将晶圆切成单个芯片2。

技术优势2

• 封装尺寸小：由于没有引线、键合和塑胶工艺，封装无需向芯片外扩展，使得 WLP 的封装尺寸几乎等于芯片尺寸，能满足电子产品轻薄化的需求。

• 高传输速度：与传统金属引线产品相比，WLP 一般有较短的连接线路，在高效能要求如高频下，信号传输的延迟更短，能有较好的表现。

• 高密度连接：WLP 可运用数组式连接，芯片和电路板之间连接不限制于芯片四周，提高单位面积的连接密度，能够满足多引脚、高集成度芯片的需求。

• 生产周期短：WLP 从芯片制造到封装到成品的整个过程中，中间环节大大减少，生产效率高，周期缩短很多，有利于产品快速上市。

• 工艺成本低：WLP 是在硅片层面上完成封装测试的，以批量化的生产方式达到成本最小化的目标。可充分利用晶圆制造设备，生产设施费用低，其成本取决于每个硅片上合格芯片的数量，芯片设计尺寸减小和硅片尺寸增大的发展趋势使得单个器件封装的成本相应地减少。

关键技术2

• 晶圆级凸块（Wafer Bumping）技术：在切割晶圆之前，于晶圆的预设位置上形成或安装焊球（亦称凸块），是实现芯片与 PCB 或基板互连的关键技术。凸块的选材、构造、尺寸设计，受多种因素影响，如封装大小、成本及电气、机械、散热等性能要求。

• 再分布层（Re-Distribution Layer）技术：用于将芯片上的焊点重新分布到更大的区域，以满足更高的引脚密度需求，同时也可以实现不同芯片之间的互连。

• 硅介层（Silicon Interposer）技术：通常是一个薄的硅片，上面集成了高密度的互连线路和过孔，用于连接不同的芯片或器件，提供了一种在较小的空间内实现高密度互连的解决方案。

• 硅穿孔（Through Silicon Via，TSV）技术：可以在硅片上制造垂直的通孔，用于实现芯片之间的垂直互连，从而实现三维堆叠封装，大大提高了封装的集成度和性能。

晶圆级封装（Wafer Level Packaging, WLP）工艺详细解说

晶圆级封装（WLP）是一种直接在晶圆上完成封装的技术，与传统封装（切割后再封装）相比，具有体积小、成本低、性能优的特点，广泛应用于先进半导体器件（如CIS、MEMS、射频芯片等）。

‌一、核心工艺流程‌

‌晶圆准备‌

原始晶圆完成前道制程（如光刻、蚀刻、沉积等），表面形成功能芯片阵列。

清洁晶圆表面，确保无颗粒污染。

‌再分布层（Redistribution Layer, RDL）‌

‌目的‌：将芯片I/O焊盘重新布局到更易封装的位置。

‌步骤‌：

① 沉积介电层（如PI或SiO₂）；

② 光刻开孔；

③ 溅射/电镀金属（Cu或Al）形成导线；

④ 重复多层RDL以实现高密度互连。

‌凸点（Bump）制作‌

‌技术类型‌：

‌焊球凸点‌：通过电镀或植球法形成SnAg/Cu焊球。

‌铜柱凸块（Cu Pillar）‌：用于高密度、高性能芯片（如先进处理器）。

‌关键工艺‌：光刻胶图形化、金属电镀、去胶、回流焊。

‌晶圆级封装成型‌

‌塑封（Molding）‌：在晶圆表面覆盖环氧树脂，保护芯片并增强机械强度。

‌扇出型（Fan-Out WLP）‌：将芯片重新布局到更大载体，扩展I/O数量（如苹果A系列处理器）。

‌晶圆切割与测试‌

切割封装后的晶圆为单颗芯片。

电性测试（Probe Test）筛选良品。

‌二、关键技术分类‌

‌扇入型（Fan-In WLP）‌

I/O引脚在芯片区域内，适用于低引脚数器件（如CIS）。

‌扇出型（Fan-Out WLP）‌

I/O扩展到芯片外部，支持高密度互连（如移动SoC）。

‌3D WLP（TSV集成）‌

通过硅通孔（TSV）实现垂直堆叠，提升集成度（如HBM内存）。

‌三、核心优势‌

‌小型化‌：封装尺寸≈芯片尺寸，适合便携式设备。

‌高密度互连‌：RDL技术实现微米级布线精度。

‌电性能优化‌：短互连路径降低电阻/电感，提升高频性能。

‌成本效率‌：批量处理晶圆，降低单颗芯片封装成本。

‌四、典型应用场景‌

‌图像传感器（CIS）‌：如手机摄像头芯片（索尼/三星）。

‌射频前端模组‌：5G/Wi-Fi 6E芯片（Qorvo/Broadcom）。

‌MEMS器件‌：陀螺仪、压力传感器（博世/意法半导体）。

‌先进逻辑芯片‌：移动处理器、AI加速器（台积电InFO技术）。

‌五、技术挑战‌

‌工艺复杂度高‌：多层RDL和微凸点需纳米级精度。

‌热管理‌：高密度封装易导致局部过热。

‌材料匹配‌：介电层与金属的热膨胀系数需兼容。

‌成本门槛‌：设备投资大（如电镀机、光刻机）。

‌六、未来趋势（2025年视角）‌

‌异构集成‌：结合Chiplet和WLP实现多功能芯片堆叠。

‌超薄封装‌：<100μm厚度满足可穿戴设备需求。

‌新材料‌：低温焊接材料、高导热塑封胶的应用。

总结

晶圆级封装通过“晶圆级批量处理”和“高密度互连”技术，成为5G、AI、IoT时代的关键封装方案，未来将向三维集成、超薄化方向持续演进。

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