來源：艾邦半導(dǎo)體網(wǎng)

今天我們來介紹PLCSP（Panel Level Chip Scale Packaging）。同理，PLCSP是一種將面板級(jí)封裝（PLP）和芯片尺寸封裝（CSP）合為一體的封裝技術(shù)。芯片尺寸封裝（CSP）是指整個(gè)package的面積相比于silicon總面積不超過120%的封裝技術(shù)。

相對(duì)于晶圓級(jí)封裝，面板級(jí)封裝是一種更高效的封裝技術(shù)。這得益于兩大優(yōu)勢(shì)：面積利用率比晶圓級(jí)封裝高以及面板通常面積比晶圓面積大得多。由于晶圓的圓形和芯片的矩形不一致，取決于芯片的大小，通常在封裝過程中硅晶圓面積浪費(fèi)掉10-20%。而面板本身是矩形的，所以可以大大減少邊角料的浪費(fèi)。另外，常見的面板有18寸乘24寸，20寸乘 20寸，510 mm乘515 mm，600 mm乘600 mm，甚至700 mm乘700 mm等等，是晶圓面積的3-7倍。一個(gè)面板上可以放置多個(gè)晶圓。

（a）

（b）

圖一：（a）面板級(jí)和晶圓級(jí)面積利用率對(duì)比; （b）面板級(jí)和晶圓級(jí)單個(gè)芯片制造成本對(duì)比

然而，目前無論中國(guó)市場(chǎng)還是全球，面板級(jí)封裝的市場(chǎng)規(guī)模都只有晶圓級(jí)封裝的一個(gè)零頭。筆者在這里羅列其中的主要原因：

面板級(jí)封裝行業(yè)缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，比如各個(gè)面板級(jí)封測(cè)廠所用的面板尺寸本身五花八門，不像晶圓級(jí)封裝那樣統(tǒng)一

面板級(jí)封裝的設(shè)備和材料與晶圓級(jí)封裝相比不夠成熟，晶圓級(jí)封裝的時(shí)間積累要遠(yuǎn)比面板級(jí)封裝深厚

目前面板級(jí)工藝需要進(jìn)一步提升，尤其是要提高高端（線距線寬5微米以下的）的封裝良品率。目前很多基于基板和顯示屏的設(shè)備無法完全滿足

相比于晶圓級(jí)封裝，面板級(jí)封裝潛在的低成本優(yōu)勢(shì)目前還停留在紙面上。隨著整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的不斷完善，筆者相信面板級(jí)封裝的高效生產(chǎn)能會(huì)得到體現(xiàn)，將會(huì)在相當(dāng)?shù)念I(lǐng)域來替代晶圓級(jí)封裝，以及部分傳統(tǒng)封裝。

接下來我們分別討論無保護(hù)和有保護(hù)的PLCSP。類似無保護(hù)的WLCSP，我們不會(huì)將晶圓切割成一個(gè)個(gè)單芯片。為了更好地利用面板的面積，我們將部分晶圓切成一半或者四份。如圖二所示，我們用一個(gè)20寸乘20寸的面板作為例子，將一個(gè)整晶圓和兩個(gè)半晶圓和一個(gè)四分之一晶圓用貼片的方式貼在面板載板上。相比于有保護(hù)的WLCSP, 無保護(hù)的PLCSP多了面板準(zhǔn)備這一流程。一般的工藝步驟是首先層壓雙面熱離型膠帶面板載板上。然后將另一個(gè)有相應(yīng)空腔的PCB面板并用膠帶固定在面板載板上。然后將未切割和部分切割的晶圓放進(jìn)PCB面板上相應(yīng)的空腔中，并由膠固定在載板上。接下去的流程步驟跟無保護(hù)的WLCSP類似：敷上ABF介質(zhì)層、激光鉆孔、種子層沉積，干膜，激光直接成像（LDI）和顯影，電鍍銅，種子層蝕刻，焊盤表面處理和植球，切割成單獨(dú)的芯片。

圖二：一個(gè)整晶圓和兩個(gè)半晶圓和一個(gè)四分之一晶圓貼在一個(gè)20寸乘20寸的面板

以下為無保護(hù)PLCSP的主要工藝流程：

a.面板載板清洗，面板可以是金屬的，也可以是玻璃或其他材料

b.在面板載板上貼上雙面熱離型膠膜，我們也可以考慮光解鍵合膠，其相應(yīng)地載板材料通常是可以通光的玻璃載板

c.在另一個(gè)面板模具（通常是PCB面板）上制作相應(yīng)的空腔。如圖二所示，我們需要一個(gè)300毫米的全圓，兩個(gè)半圓和一個(gè)四分之一圓。這個(gè)模具通常是用激光來加工的

d.將帶空腔的面板模具粘到連接到面板載板上

e.將未切割和切割好的晶圓放進(jìn)模具的空腔中，并由step b中的雙面膠固定

f.在整個(gè)面板上層壓ABF介質(zhì)層，通常ABF的厚度在15-50微米。它的功能就像常用的聚酰亞胺一樣，但是ABF的成本要遠(yuǎn)低于聚酰亞胺。然而，基于ABF的重布層的線距線寬會(huì)遠(yuǎn)大于聚酰亞胺所能提供的

g.在ABF介質(zhì)層上激光鉆通孔。常用的激光器有二氧化碳激光，UV激光器。光束頂部通孔的典型直徑為50-100微米，由于via側(cè)壁存在taper angle底部孔直接要比ABF上表面開口要小些

h.Desmear去污，同時(shí)使得ABF表面更加粗糙來增加金屬層的粘附力

i.通常是化學(xué)鍍種子層銅，在特殊情況下我們也可以用PVD物理氣相沉積來形成種子層

j.光刻膠涂敷，由于面板的矩形，spin coating很少被用到。常用的方法有薄膜壓層，液體光刻膠的slit coating and spray coating，干膜光刻膠是最常用的材料

k.通過曝光顯影等來定義金屬層結(jié)構(gòu)，我們可以用LDI激光直寫的方式或者用掩模版stepper方法

l.在光刻膠開口處電鍍銅，也可以根據(jù)需要來電鍍鎳鈀金

m.剝離光刻膠

n.蝕刻掉鈦銅種子層

o.根據(jù)需要，可以重復(fù)step g至n來增加buildup layer數(shù)量

p.在整個(gè)晶片上濺射鈦銅種子層

q.在表面介質(zhì)層，通常solder resist,也可以是PI等材料

r.在表面介質(zhì)層使用激光打孔或者曝光顯影等方式在bump pads處開口

s.形成種子層

t.涂上光刻膠和掩模，然后用光刻技術(shù)打開凸點(diǎn)焊盤上的通孔以暴露帶有 UBM 的區(qū)域

u.電鍍銅芯

v.電鍍焊料，通常是SnAg等材料。也可以使用直接植球的方式

w.剝離光刻膠

x.蝕刻掉鈦銅種子層

y.涂抹助焊劑并回流焊料

z.從載板上debond所有的晶圓

aa.使用晶圓級(jí)設(shè)備進(jìn)行die singulation

圖三：無保護(hù)PLCSP的晶圓貼片流程步驟

圖四：無保護(hù)的PLCSP的主要制造流程步驟

正如我們?cè)谥霸诎畎雽?dǎo)體網(wǎng)上發(fā)表的《WLCSP封裝簡(jiǎn)介》一文中提到無保護(hù)的WLCSP的可靠性稍差。如圖五威布爾圖形所示，在特定的測(cè)試條件下有保護(hù)的PLCSP的可靠性要比無保護(hù)的PLCSP好上3倍左右。

圖五：無保護(hù)和有保護(hù)的PLCSP的solder joints可靠性對(duì)比

最后我們來聊一聊五面和六面保護(hù)的PLCSP兩種常用的制造工藝。這和五面和六面保護(hù)的WLCSP那兩種制造工藝非常類似，所以在這里我們只概述一下。

第一種方法跟面板級(jí)扇出型封裝非常類似。Device wafer經(jīng)過CP測(cè)試后被切割成一個(gè)個(gè)芯片。良品芯片被選擇出來重新面朝下貼裝到一個(gè)面板載板上。塑封后把芯片從面板載板脫離開。在芯片的正面做重布線層，植球等，最后切割成一個(gè)個(gè)單顆PLCSP芯片。類似的，我們也可以采用芯片面朝上貼裝到面板載板上，塑封后再做grinding來露出bump pillars在芯片朝上的正面做重布線層，植球等工藝。芯片的背面還可以通過塑封，粘膠等方式實(shí)現(xiàn)6面保護(hù)的PLCSP。

第二種方法可以是在無保護(hù)PLCSP的生產(chǎn)工藝基礎(chǔ)上改進(jìn)而來。在上述step z后就轉(zhuǎn)換到相應(yīng)的WLCSP的工藝，即：

a)晶圓厚度部分切割

b)晶圓正面塑封

c)背部研磨直到都出環(huán)氧樹脂層

d)芯片背部塑封

e)切割成單顆芯片

最后，目前PLCSP相比于WLCSP的成本優(yōu)勢(shì)還只停留在紙面上，并沒有充分發(fā)揮出來。這和很多因素有關(guān)，主要有：

規(guī)模效應(yīng)，相比于晶圓級(jí)封裝目前面板級(jí)封裝還是小眾的。面板級(jí)封裝設(shè)備和材料都是還沒有大規(guī)模量產(chǎn)，這使得設(shè)備和材料成本還是偏高。另一方面是產(chǎn)品端的還缺乏一些有巨量的應(yīng)用。隨著面板級(jí)封裝應(yīng)用逐步推廣，這一狀況會(huì)得到比較好的改觀。

工藝還有待進(jìn)一步完善，得以進(jìn)一步提高良品率。這需要大量的人才積累，技術(shù)迭代。

針對(duì)某些特定應(yīng)用場(chǎng)景的高性價(jià)比材料有待研發(fā)?，F(xiàn)在可供面板級(jí)封裝的材料種類選擇比較少。很多的應(yīng)用場(chǎng)景使用的材料性能遠(yuǎn)超其所需。在特定應(yīng)用領(lǐng)域，專門開發(fā)出合適的材料，或許材料的成本可以進(jìn)一步大幅降低。

審核編輯：湯梓紅