在半導體領域，晶圓級封裝憑借其在提升芯片性能、縮小封裝尺寸等方面的顯著優勢，成為行業發展的關鍵方向。錫膏作為實現電氣連接與機械固定的關鍵材料，在晶圓級封裝的多種工藝中扮演著不可或缺的角色。今天，傲牛科技的工程師從錫膏廠家的視角，深入探討晶圓級封裝的常見工藝，以及錫膏在其中的具體應用環節、所涉及的工藝與設備。

一、晶圓級封裝常見工藝

晶圓級封裝主要包括扇入型（Fan-In）、扇出型（Fan- Out）、倒裝芯片（Flip Chip）及硅通孔（TSV）封裝等工藝。

1、扇入型晶圓級芯片封裝（Fan-In WLCSP）

該工藝是在晶圓切割前，將芯片的輸入輸出（I/O）引腳重新分布在芯片有源區周圍，實現芯片尺寸與封裝尺寸的接近。其基本流程為：先在晶圓表面通過濺射工藝形成金屬膜，接著涂覆光刻膠并利用光刻工藝繪制電路圖案，隨后進行銅電鍍形成金屬引線，去除光刻膠和多余金屬膜后，制備絕緣層（阻焊層），再通過光刻去除錫球放置區域的絕緣層，最后進行植球工藝。

2、扇出型晶圓級芯片封裝（Fan-Out WLCSP）

扇出型工藝則突破了芯片原有的邊界限制，將芯片的 I/O 引腳擴展到芯片之外。其操作過程是，先在載片上貼附薄膜，切割晶圓后把優質芯片按間距貼在薄膜上，對芯片間隔區域進行模塑形成新形狀，移除載片和薄膜，然后在新晶圓上利用設備創建金屬導線，并附著錫球，最后切割成獨立封裝體。

3、倒裝芯片封裝（Flip Chip）

倒裝芯片封裝是將芯片有源面朝下，通過凸點與基板直接互連。在晶圓階段，需先制作凸點下金屬層（UBM），再通過光刻、電鍍等工藝形成凸點，凸點材料常為銅柱搭配錫銀合金等焊料，之后進行回流焊使凸點成球。

4、硅通孔封裝（TSV）

硅通孔封裝主要應用于芯片的3D堆疊，實現芯片間的垂直互連。在晶圓制造過程中先形成通孔，封裝時在晶圓正面形成焊接凸點，將晶圓貼附在載片上進行背面研磨，在背面也形成凸點，最后切割晶圓并進行芯片堆疊。

二、錫膏在不同工藝中的應用環節

1、扇入型與扇出型工藝中的植球環節

在扇入型和扇出型晶圓級封裝的植球工藝中，錫膏都發揮著關鍵作用。植球前，通常會先通過鋼網印刷將錫膏精確地涂覆在晶圓的焊盤上。以扇入型為例，在完成絕緣層制備且去除錫球放置區域的絕緣層后，需確保錫膏準確覆蓋焊盤，為后續錫球的附著提供基礎。在扇出型工藝中，在創建金屬導線后，同樣要借助錫膏將錫球固定在正確位置，以實現芯片與外部電路的可靠連接。

2、倒裝芯片工藝的凸點制作與互連

倒裝芯片工藝中，凸點制作是核心步驟。一種常見方式是通過鋼網印刷在 UBM 上印刷錫膏，再經回流焊形成具有一定高度和形狀的凸點。此外，在芯片與基板互連時，也會使用錫膏。將涂有錫膏的芯片倒裝在基板上，經過回流焊，錫膏熔化并在芯片凸點與基板焊盤間形成牢固的電氣與機械連接，確保信號的高效傳輸。

3、硅通孔封裝的連接環節

在硅通孔封裝中，當完成晶圓正面和背面的凸點制作后，進行芯片堆疊時，錫膏可用于芯片之間以及芯片與基板之間的連接。通過控制錫膏的涂覆量與位置，在回流焊后能形成穩定的焊點，實現芯片在三維結構中的可靠互連，滿足高性能芯片對數據傳輸速度和密度的要求。

三、錫膏應用所涉及的工藝與設備

1、鋼網印刷工藝與設備

無論是在植球還是凸點制作等環節，鋼網印刷都是將錫膏精準涂覆到晶圓焊盤的關鍵工藝。印刷時，先將錫膏放置在具有特定圖案開孔的鋼網上，通過刮刀以一定的壓力、速度和角度推動錫膏，使其通過鋼網開孔沉積到晶圓焊盤上。鋼網與晶圓間的距離（印刷間隙）、印刷角度、壓力、速度以及錫膏自身的流變特性，都是影響印刷質量的關鍵參數。

在設備方面，高精度的鋼網印刷機被廣泛應用。這類印刷機能夠精確控制刮刀的運動參數，確保錫膏均勻、準確地填充鋼網開孔，并在晶圓焊盤上形成穩定的錫膏圖形。

同時，為了適應不同的晶圓級封裝需求，業內常選用納米涂層鋼網和電鑄鋼網。納米涂層鋼網是在激光切割鋼網的基礎上，經清洗、內壁打磨拋光后涂覆納米涂層，可降低鋼網表面能，利于錫膏脫模；電鑄鋼網則是通過光刻技術制備模板，再直流電鑄而成，其開孔內壁光滑，印刷脫模表現穩定，尤其適用于超細間距應用，但價格相對昂貴。

2、回流焊工藝與設備

回流焊是使錫膏熔化并形成焊點的重要工藝。在完成錫膏印刷或錫球放置后，將晶圓放入回流焊設備中。回流焊設備會按照特定的溫度曲線對晶圓進行加熱，使錫膏中的焊料熔化，在表面張力作用下，焊料回流并在焊盤與相關連接部位之間形成冶金結合，冷卻后形成牢固的焊點。

常見的回流焊設備有基于發熱板的回流焊設備以及對流熱風回流焊設備等。在晶圓級封裝中，基于發熱板的回流焊設備應用較為廣泛，它能在不同加工階段對晶圓施加精準的溫度控制，滿足回流焊操作所需的溫度條件，確保封裝工藝流程順利進行，保障焊點的質量與可靠性。

晶圓級封裝中的多種工藝對半導體芯片的性能提升與小型化發展意義重大，而錫膏在各個關鍵環節的應用，配合先進的鋼網印刷和回流焊等工藝及設備，為實現高質量的芯片封裝提供了有力支撐。隨著行業的不斷發展，對錫膏性能、印刷精度以及焊接可靠性等方面的要求也在持續提高，這也促使相關工藝與設備不斷創新與優化，以適應半導體產業日益增長的技術需求。