晶圆级封装（Wafer Level Packaging，简称 WLP）作为近年来备受瞩目的先进封装技术，正以独特的优势和特点，逐渐改变着半导体封装领域的格局。本文将深入解读晶圆级封装，看看这项技术究竟有何优缺点，又为何可靠。

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一、晶圆级封装可靠性的关键要素

当谈到晶圆级封装技术时，可靠性无疑是重中之重。对于封装厂来说，向用户提供完备的可靠性资料是基本责任；要是没提供，用户可得主动向封装制造厂索取。这些资料里，焊点的典型失效机理、可靠性试验条件都是关键内容。像焊料疲劳、锈蚀、电迁移等，就是焊点失效机理的典型代表。以焊料疲劳为例，在芯片工作过程中，由于温度变化等因素，焊点会不断受到热应力和机械应力的作用，久而久之，就可能产生疲劳裂纹，最终导致焊点失效 。

不同用户对可靠性试验条件的要求差异很大。就拿手机电话的热循环测试来说，有的用户要求在 -40℃~125℃的温度区间内循环 500 次，而另一些用户则要求 0~100℃、800 次循环 。再比如 DRAM - SRAM，常见要求是 -40℃~100℃、600 - 1000 次循环。所以，封装厂得精准把握用户需求，开展针对性的试验与研究，确定最常见的失效机理，提供详细的试验条件资料。

二、晶圆级封装的显著优点

1.超高封装效率与低成本

晶圆级封装的加工过程决定了它有着超高的封装效率。它是在整个晶圆上完成封装操作的，一次能对一个或多个晶圆同时加工。在保证成品率的前提下，晶圆直径越大，加工效率就越高，单个元器件的封装成本也就越低。比如 300mm（12 英寸）直径的硅晶圆，面积比 200mm（8 英寸）圆片大一倍还多，前者单个管芯的加工成本能比后者低不少 。这就好比批量生产东西，量大了，平摊下来的成本自然就降了，对于大规模生产芯片的厂商来说，吸引力巨大。

2.“轻、薄、短、小” 的特性

晶圆级封装完美融合了倒装芯片封装（FCP）和芯片尺寸封装（CSP）“轻、薄、短、小” 的优点。一方面，WLP 直接从晶圆切割分离而来，引出端不会横向超出管芯外形，所以封装在印制板上所占面积基本等于管芯面积，封装效率接近 1 。也正因如此，它被称为晶圆级 - 芯片尺寸封装（WL - CSP），是 CSP 里的重要类型。

另一方面，WLP 一级封装内不能用传统的引线键合（WB），而是直接从管芯焊盘制作 I/O 引出端，把管芯上窄节距、密排列的焊盘再分布成封装上面阵列的 I/O 焊盘。这样一来，I/O 引出端都在芯片有源器件面，在印制电路板（PCB）上都是 “面向下倒装焊”，属于倒装芯片（FC）或倒装芯片封装（FCP）的一种 。和单纯的倒装芯片不同，WLP 是一级封装，多数带有再分层或一级封装结构。它的封装外形小巧，在 PCB 上所占面积和芯片差不多；厚度也很薄，通常就是芯片厚度加上焊凸点高度，或者再加上单面的薄膜塑包封、液体树脂滴封，高度一般在 0.4 - 1.2mm ；质量轻，外引出端引线短，能大幅提升整机的封装密度。这些特点让它特别适合便携式电子装置，像手提电脑、手机、数码相机等，毕竟这类设备都追求小巧轻薄。

3.优异的电、热性能

WLP 从芯片上的 I/O 焊盘到封装引出端的距离很短，这使得引线电感、引线电阻等寄生参数变得很小 。而且引出端焊盘都在芯片下方，这种结构让它的电性能十分出色，信号传输的损耗小、速度快。在热性能方面，较短的路径也有利于热量传导，能更高效地把芯片产生的热量散发出去，避免芯片过热影响性能和寿命。对于高性能芯片，比如手机处理器、电脑 CPU 等，良好的电、热性能至关重要。

4.成熟工艺与易推广性

制作 WLP 的工艺技术大多是早就存在的，像溅射、光刻、芯片上多层布线、电镀、植球、分割等 。虽然需要根据 WLP 的特点做些改进，以适应厚胶光刻、厚膜电镀、芯片上引线再分布、窄节距植球等要求，但总体来说，技术门槛相对没那么高。并且，WLP 符合表面贴装技术（SMT）的发展潮流，可以直接使用当前标准的 SMT 进行二级封装，对于二级封装用户来说，不需要重新投入大量成本和精力去改变生产工艺，很容易接受，这也为它的推广应用提供了便利。

三、晶圆级封装的局限性

1.出端数量受限

由于 WLP 的所有外引出端都只能分布在管芯有源面一侧的面内，无法扩展到管芯外形之外，这就导致它的外引出端数量不可能太多。一般来说，采用焊凸点（或焊球）的 I/O 数在 4 - 100，采用金凸点以 FC 形式直接键合的 I/O 数在 8 - 400 。对于一些功能复杂、需要大量引脚连接的芯片，比如高端处理器、大规模集成电路等，WLP 的引出端数量就不够用了，这大大限制了它在部分领域的应用。

2.准化程度较低

目前，晶圆级封装在具体结构形式、封装工艺、支撑设备等方面都还不够完善，有待进一步优化 。不同厂商采用的技术和标准不太一样，这就导致行业内缺乏统一的规范。没有标准化，就会增加产品开发、生产和质量控制的难度，也不利于不同厂商之间的产品兼容和互换，影响了 WLP 的快速推广。比如，不同厂家生产的 WLP 芯片，在引脚间距、封装尺寸等方面可能存在差异，这给下游用户的使用带来了不便。

3.靠性数据积累不足

尽管 WLP 发展迅速，但相比一些传统封装技术，它的可靠性数据积累还比较有限 。前面咱们也提到了可靠性对封装技术的重要性，缺乏足够的可靠性数据，用户在选择时就会有所顾虑，不敢轻易大规模使用。尤其是对于一些对可靠性要求极高的领域，如航空航天、汽车电子等，WLP 需要积累更多长期、全面的可靠性数据，才能获得用户的信任。

4.本优化仍有空间

虽然 WLP 在大规模生产时能降低单个元器件的封装成本，但目前在一些环节上，成本仍然较高 。比如，为了满足 WLP 的工艺要求，对设备和材料的精度、质量要求都比较高，这就增加了设备采购和材料成本；而且在研发和生产过程中，由于技术还在不断完善，可能会出现一些工艺不稳定、良率不高的情况，也会导致成本上升。如何进一步降低成本，是 WLP 实现更广泛应用需要解决的重要问题。