一、晶圓級封裝基本工藝概述

晶圓級封裝（Wafer Level Packaging，WLP）是一種在晶圓切割成單獨芯片之前就進行封裝的技術。它主要包括扇入型晶圓級芯片封裝（Fan - In WLCSP）和扇出型晶圓級芯片封裝（Fan - Out WLCSP），并且其特點是在整個封裝過程中晶圓始終保持完整。另外，重新分配層（RDL）封裝、倒片（Flip Chip）封裝及硅通孔（TSV）封裝通常也被歸類為晶圓級封裝，盡管這些封裝方法在晶圓切割前僅完成了部分工序。

二、晶圓級封裝的五項基本工藝介紹

（一）光刻（Photolithography）工藝

光刻工藝是晶圓級封裝中的關鍵步驟，其主要目的是在晶圓上繪制電路圖案。光刻工藝基于這樣一種原理：利用光刻膠（一種光敏聚合物）對光的不同反應特性來實現圖案的繪制。

• 涂覆光刻膠：首先要將光刻膠涂覆在晶圓表面。常見的涂覆方法有旋涂（Spin Coating）、薄膜層壓（Film Lamination）和噴涂（Spray Coating）。旋涂是將粘性光刻膠涂覆在旋轉著的晶圓中心，借助離心力使光刻膠向晶圓邊緣擴散，從而形成均勻厚度的光刻膠層。光刻膠的厚度與粘度和轉速有關，粘度越高轉速越低，光刻膠就越厚。不過，對于晶圓級封裝特別是倒片封裝，要形成焊接凸點，光刻膠層厚度需達到30μm至100μm，單次旋涂很難達到該厚度，這時可能需要反復旋涂光刻膠并多次進行前烘操作。而薄膜層壓方法在初始階段就能使光刻膠薄膜達到所需厚度，處理過程不會造成晶圓浪費，成本效益更高，特別是在所需光刻膠層較厚的情況更適用。對于表面非常粗糙的晶圓，則可采用噴涂方法來保持光刻膠厚度的均勻性。

• 前烘（Soft Baking）：涂覆光刻膠后，需要進行前烘操作，這是為了去除光刻膠中的溶劑，從而確保粘性光刻膠能保留在晶圓上并且維持其原本的厚度。

• 曝光（Exposure）：前烘完成后，將通過掩模把所需要的圖案投射到晶圓表面的光刻膠上。光刻膠分為正性光刻膠（Positive PR）和負性光刻膠（Negative PR），正性光刻膠在曝光后會軟化，所以使用正性光刻膠時需在掩模去除區開孔；負性光刻膠在曝光后則會硬化，因此需在掩模的保留區開孔。晶圓級封裝通常采用掩模對準曝光機（Mask Aligner）或步進式光刻機（Stepper）作為光刻工藝設備。

• 顯影（Development）：曝光后的晶圓表面光刻膠需要進行顯影操作，顯影是利用顯影液來溶解因光刻工藝而軟化的光刻膠的工藝。顯影方法包括水坑式顯影（Puddle Development，將顯影液倒入晶圓中心，并進行低速旋轉）、浸沒式顯影（Tank Development，將多個晶圓同時浸入顯影液中）和噴淋式顯影（Spray Development，將顯影液噴灑到晶圓上）。經過這些步驟后，光刻膠就形成了所需的電路圖案，光刻圖案主要用于在絕緣層上繪制圖案，進而創建電鍍層，并通過刻蝕擴散層來形成金屬線路。

（二）濺射（Sputtering）工藝

濺射工藝屬于物理氣相沉積（PVD）工藝中的一種，主要用于在晶圓表面形成金屬薄膜。

• 濺射的原理在于：在真空環境下產生等離子體，利用離子束去轟擊靶材（通常為金屬），然后使靶材上的金屬顆粒脫落并沉積在晶圓表面，從而形成均勻的金屬薄膜。在進行濺射之前，要準備好真空環境并在其中安裝好靶材。之后引入濺射氣體（如氬氣），高壓電場作用下，氬氣會被轉化為等離子體。而薄膜沉積過程中，等離子體中的離子對靶材的轟擊導致原子濺射并落在晶圓上進行薄膜沉積，沉積的金屬顆粒具有一致的方向性。

• 薄膜的構成與作用： 在晶圓級封裝中，濺射形成的金屬薄膜常常起著多種作用。在倒片封裝中，如果晶圓上形成低于凸點的金屬薄膜，被稱為凸點下金屬層（UBM，Under Bump Metallurgy），它通常由兩層或三層金屬薄膜組成。以由鈦、銅和鎳組成的薄膜為例，鈦層可增強晶圓粘合性，作為黏附層；銅層可在電鍍過程中提供電子，作為載流層；鎳層可阻止鍍層和金屬之間形成化合物并具有焊料潤濕性（Wettability），作為擴散阻擋層。在重新分配層（RDL）和晶圓級芯片尺寸封裝（WLCSP）等封裝工藝中，金屬層主要作用是形成金屬引線，故通常由可提高粘性的黏附層和載流層構成。

（三）電鍍（Electroplating）工藝

電鍍工藝是在晶圓級封裝里形成金屬線路的一個關鍵環節。

• 電鍍步驟：先是將晶圓浸入電鍍液中，然后在電流作用下，電鍍液中的金屬離子在晶圓表面發生還原反應，從而在晶圓表面形成一層金屬層。接著，要進行后處理操作，包括光刻膠去膠（PR Striping）和金屬刻蝕（Metal Etching）等工序，目的是去除多余的光刻膠和金屬層，進而形成所需的金屬線路圖案。這些圖案可充當扇入型WLCSP的引線、重新分配層封裝中的焊盤再分布以及倒片封裝中的凸點等功能。

（四）光刻膠去膠（PR Stripping）工藝

光刻膠去膠工藝是晶圓級封裝流程中用于去掉多余光刻膠的必要步驟，通常在電鍍工藝之后進行。

• 去膠主要流程：第一步是選擇合適的去膠液，所選擇的去膠液要能有效溶解光刻膠，同時不能對晶圓表面的金屬層造成損害。然后，應用去膠液到晶圓表面，常見的應用方法包括浸泡、噴淋等方式。最后，需要進行晶圓表面的清洗等操作，以此去除去膠液和已溶解的光刻膠，從而為后續的金屬刻蝕工藝做好鋪墊，確保該工藝能夠順利進行[]。

（五）金屬刻蝕（Metal Etching）工藝

金屬刻蝕工藝是晶圓級封裝中用以形成金屬線路的最后一道工序。

• 工藝原理： 通過化學刻蝕或者等離子體刻蝕等方法，去除晶圓表面多余的金屬層，最終形成想要的金屬線路圖案。該工藝形成的線路圖案能夠用于扇入型WLCSP的引線、重新分配層封裝中的焊盤再分布，和倒片封裝中的凸點等功能。此外，研發合適的水基清洗劑并配合適宜的清洗工藝，可以為芯片封裝前提供潔凈的界面條件，這有助于保證金屬刻蝕工藝的效果以及整個封裝的質量。

三、晶圓級封裝五項基本工藝的詳細步驟

（一）光刻工藝詳細步驟

1. 光刻膠涂覆準備：根據晶圓表面狀態、所需光刻膠厚度等因素選擇合適的涂覆方法（旋涂、薄膜層壓或噴涂）。若采用旋涂，將光刻膠放置于旋轉的晶圓中心，確定合適的轉速等參數，如果想通過單次旋涂得到相對厚的光刻膠層，可以降低轉速同時選擇較高粘度的光刻膠，但要注意到對于某些封裝（如倒片封裝）需求厚度（30μm - 100μm），單次旋涂很難達到，可能需要多次旋涂。而薄膜層壓對于厚光刻膠層能起始就達到厚度要求且不造成晶圓浪費，適宜厚光刻膠需求時。噴涂對粗糙表面的晶圓保持光刻膠厚度均勻有優勢。

2. 前烘操作：將涂覆光刻膠后的晶圓放入前烘設備，設定合適溫度與時間參數，以將光刻膠內溶劑去除掉，保持光刻膠粘性并維持原本厚度，具體的溫度和時間參數需要依據光刻膠類型等因素確定。

3. 曝光實施：使用掩模對準曝光機或步進式光刻機對晶圓進行曝光操作。如果是正性光刻膠，將掩模需要去除區開啟讓光照射；若為負性光刻膠，則掩模保留區開啟接受光照。在曝光設備中設置精確的參數，確保掩模上的圖案精準地轉移到晶圓光刻膠表面。

4. 顯影處理：根據光刻膠類型選取合適的顯影方法（水坑式顯影、浸沒式顯影或噴淋式顯影）。對于水坑式顯影，要控制好顯影液用量以及晶圓低速旋轉的速度；浸沒式顯影要關注顯影液濃度以及浸泡晶圓的時間等；噴淋式顯影則要調整好顯影液噴灑的壓力和流量等參數，從而確保將光刻工藝軟化后的光刻膠溶解到正確的程度，進而形成最終的電路圖案『』。

（二）濺射工藝詳細步驟

1. 真空環境與靶材準備：將濺射設備內部抽真空，營造真空環境，然后將金屬靶材（根據要形成的金屬薄膜性質選擇，比如形成UBM可能選擇鈦、銅、鎳等金屬的靶材）安裝到設備特定位置，保證靶材安裝穩固，連接良好。

2. 濺射氣體引入與等離子體產生：將高純氬氣（依據濺射工藝需求氣體可能為氬氣或者其它合適氣體）等濺射氣體引入到濺射設備反應腔室內。在設備的高壓電場部分施加足夠高的電壓，使氬氣電離轉化為等離子體，要精確設定電場強度、氣體流量等參數以保證等離子體的形成質量。

3. 薄膜沉積：在等離子體穩定形成后，離子開始轟擊靶材。調整離子能量與轟擊時間以及晶圓相對于靶材的位置等參數，使從靶材濺射出來的金屬原子均勻沉積到晶圓表面形成金屬薄膜。薄膜的厚度、均勻性等特性通過這些參數的精確調控得以滿足不同封裝工藝要求。

（三）電鍍工藝詳細步驟

1. 電鍍前準備：將制作有光刻圖案且涂有光刻膠的晶圓浸入特定的電鍍液（根據最終要形成的金屬層如銅層、金層等來選擇合適的電鍍液）中，并且合理連接好電鍍設備的電極，保證晶圓浸入電鍍液中的深度合適而且在電鍍過程中有均勻的電流分布，可能需要借助專門的夾具等裝置來固定晶圓位置。

2. 電鍍操作：開啟電鍍電源，設置合適的電流參數、電鍍時間等以控制電鍍沉積過程。如形成厚的金屬線路時需要較大電流且較長時間，此時要密切注意由于電鍍過程中可能出現的發熱、電流分布不均等問題，通過設備的冷卻裝置或者優化電極分布等來確保電鍍質量。

3. 后處理操作：電鍍完成后，取出晶圓并先進行光刻膠去膠處理，選擇合適的去膠液和對應的工藝（浸泡、噴淋去膠液等方式）去除光刻膠，再進行金屬刻蝕操作，采用化學刻蝕或等離子體刻蝕等方法按照預先設計的線路圖案去除多余的金屬層，最終得到符合要求的金屬線路。

（四）光刻膠去膠工藝詳細步驟

1. 去膠液選取：對晶圓表面已完成電鍍的情況進行評估。如果是形成銅線路基礎上的光刻膠去膠，就需要選擇對銅層無腐蝕作用，同時能夠高效溶解光刻膠的去膠液；若是金或者其它金屬線路則要根據金屬性質進行去膠液挑選，要依據產品手冊以及以往實驗結果甚至進行小批量測試來確定最合適的去膠液。

2. 去膠液應用：如果采用浸泡方式，要根據晶圓尺寸選擇合適大小的容器盛裝去膠液并將晶圓完全浸泡，確定浸泡的時間，通常依據不同型號光刻膠和去膠液的溶解標準時間范圍，浸泡過程中可適當攪拌溶液確保溶解均勻。對于噴淋方式，則要設計好噴淋設備的噴頭布局，使去膠液均勻噴灑到晶圓各個部分，注意控制好噴淋的壓力和流量。

3. 清潔處理：去膠液浸泡或者噴淋完成后，使用高純度的清洗液（如去離子水或者專門的芯片清洗液）對晶圓進行清洗操作，要多次沖洗直至將晶圓表面的去膠液和溶解的光刻膠徹底清除干凈，同時可以結合超聲波清洗等手段提高清洗效果，清洗后通過干燥裝置（如氮氣吹干或者真空干燥等方式）對晶圓進行干燥處理，防止殘留的水漬等對后續工序的影響。

（五）金屬刻蝕工藝詳細步驟

1. 刻蝕準備：根據要刻蝕的金屬層（如鋁層、銅層等）選擇適當的刻蝕方法（化學刻蝕或等離子體刻蝕）。若是化學刻蝕，要準備好對應的刻蝕液（如刻蝕鋁的特定混合溶液）；若是采用等離子體刻蝕則要選擇合適的反應氣體（如對于某些金屬刻蝕可采用三氯化硼和氯氣的混合氣體等），并調整好刻蝕設備（如反應腔室的壓力、氣體流量等參數）。

2. 刻蝕實施：如果是化學刻蝕，將晶圓放入刻蝕液中一段時間，在這段時間內，刻蝕液與金屬層發生化學反應將多余的金屬逐步去除，需要注意時間和溫度的控制，因為不同的金屬刻蝕速度對時間和溫度有特定要求。對于等離子體刻蝕而言，開啟刻蝕設備后，反應氣體在電場作用下形成等離子體，等離子體中的活性離子與金屬表面發生反應實現刻蝕，過程中要精確調控電場強度、功率、氣體流量以及刻蝕時間等參數來保證刻蝕的精度以及圖形轉移的準確性。

3. 后處理檢查：刻蝕完成后取出晶圓，再次用清洗液進行清洗以去除刻蝕過程中產生的殘留物，然后利用光學顯微鏡、電子顯微鏡等設備對晶圓表面刻蝕形成的金屬線路進行檢查，查看線路的完整性、精度、金屬層厚度是否達到預期要求，如果發現缺陷要及時追溯工藝過程進行調整改進。

四、晶圓級封裝基本工藝的原理和特點

（一）光刻工藝原理和特點

• 原理：光刻是一種基于光化學反應的圖形轉移技術。光刻膠對特定波長的光具有靈敏性，當暴露在光照下，光刻膠內部分子結構會依據其是正性還是負性光刻膠發生不同的反應（如正性光刻膠曝光區域高分子鏈斷開變得可溶，負性光刻膠曝光區域則發生聚合變得不溶）。通過掩模限制光線的傳播路徑從而使晶圓表面光刻膠上呈現出掩模上特定的圖案，經過顯影就實現了電路圖案從掩模到晶圓光刻膠層的轉移。

• 特點：光刻工藝具有很高的精度，可以制作出非常精細的圖形。能夠在小面積的芯片上形成高度復雜的電路圖案，這也是現代集成電路能夠不斷提高集成度的基礎。然而，光刻工藝設備昂貴，制造過程對于環境要求高（例如對于溫度、塵埃顆粒數等都有嚴格限制），而且光刻膠本身也是一種精細化學品，成本也較高，工藝步驟相對較多且復雜，輕微的參數控制不當就可能導致產品的失敗。

（二）濺射工藝原理和特點

• 原理：濺射屬于物理氣相沉積，主要原理是在高真空環境下，通過將氬氣等惰性氣體電離形成等離子體，等離子體中的高能離子在電場加速下撞擊靶材。靶材原子在離子的撞擊下獲得足夠能量后脫離靶材表面并飛向晶圓，在晶圓表面沉積形成薄膜。這個過程中入射離子的能量、撞擊角度等都會影響濺射原子的能量和運動方向，進而影響薄膜的質量和性能。

• 特點：濺射工藝可以在不同的材料表面形成均勻的薄膜，包括一些比較難熔的金屬。由于是物理過程，相對于化學沉積而言不容易引入雜質。能精確控制薄膜的厚度、層結構（如多層金屬薄膜組成凸點下金屬層時）和成分，適用于各種金屬薄膜在晶圓表面的沉積需求。不過，濺射設備比較昂貴，工藝運行成本較高（如氬氣的消耗等）且濺射速率相對某些化學氣相沉積方式較慢，大規模生產時可能會限制產能。

（三）電鍍工藝原理和特點

• 原理：電鍍是一種電解過程，依據電化學原理。晶圓作為陰極浸入到含有欲鍍金屬離子的電鍍液中，另外選取合適的金屬或者石墨等作為陽極。當接通電源后，陽極發生氧化反應溶解出金屬離子補充到電鍍液中，同時電鍍液中的金屬離子在陰極（晶圓表面）得到電子被還原成金屬原子并沉積在晶圓表面。隨著電鍍時間的增長和電流大小的控制，晶圓表面的金屬層逐漸加厚形成所需的金屬線路。

• 特點：電鍍工藝可以在晶圓表面形成較厚的金屬層，這是如制作凸點等一些需要一定厚度金屬結構的必要工藝。能夠比較靈活地控制金屬層的厚度，并且根據不同線路需求可在不同區域分別鍍不同金屬。但是該工藝相對復雜，電鍍液需要定期分析和調整其成分，以確保電鍍質量；后處理（如去膠和刻蝕）要求較高并且電鍍過程中可能因金屬離子分布不均勻等出現質量問題（如厚度不一致、表面粗糙度問題等）。

（四）光刻膠去膠工藝原理和特點

• 原理：光刻膠去膠是一種溶解過程。整個工藝基于選擇合適的化學溶劑（去膠液），去膠液中的化學成分能夠與光刻膠分子相互作用，從而使光刻膠分子分解或者溶解在去膠液中。對于不同類型光刻膠（正性、負性以及不同成分、服役狀態下的光刻膠），需要選擇適配的去膠液。而且一些去膠工藝會采用輔助手段，如加熱、超聲波振蕩等，以提高去膠效率。

• 特點：光刻膠去膠工藝是后續工藝的前置保障工序，去膠效果很大程度影響后續金屬刻蝕等工序的質量。工藝看似簡單，但去膠液的選擇有時候需要反復調試，確保能高效去除光刻膠同時保護晶圓表面其他結構。而且清洗過程同樣重要，殘留去膠液可能導致多種問題如影響金屬與晶圓的附著力、電路短路等。操作過程中也要避免因去膠液使用不當（如浸泡時間過長、沖洗過度等）對晶圓或者已有金屬結構造成損害。

（五）金屬刻蝕工藝原理和特點

• 原理：金屬刻蝕工藝有化學刻蝕和等離子體刻蝕等多種方式。化學刻蝕主要包括濕化學刻蝕，是利用化學溶液與金屬發生化學反應將不需要的金屬部分溶解去除。例如，某些酸對鋁金屬的刻蝕。等離子體刻蝕則是在真空腔室內，通過反應氣體電離形成等離子體，等離子體中的活性粒子與金屬原子發生反應使之變成揮發性的化合物而被去除。

• 特點：該工藝是形成最終精確金屬線路的關鍵一步。可以精準地按照預先設定的圖案在晶圓上進行加工，去除多余的金屬部分。化學刻蝕通常具有較好的選擇性，但各向異性較差，可能在刻蝕過程中引起橫向鉆蝕等問題。等離子體刻蝕各向異性好，能夠實現高精度圖案轉移，但設備復雜而且工藝控制難度較大，需要嚴格控制相關的氣體組成、流量、功率等多種參數才能保證刻蝕的質量和穩定性。

五、晶圓級封裝五項基本工藝的應用案例

（一）光刻工藝應用案例

在高端集成電路芯片的制造與封裝中，光刻工藝不可或缺。如在CPU、GPU芯片的制造，光刻被用來創建微米甚至納米級別的電路圖案。例如目前先進的7nm、5nm芯片技術的實現，光刻工藝技術在高分辨率掩模制作、極紫外光刻（EUV）等技術進展下突破了傳統光刻極限，在極其微小的芯片面積內繪制出數十億甚至上百億個晶體管的連接線路圖案。另外，在圖像傳感器芯片（如CMOS傳感器）的制造過程中，光刻技術用于形成像素陣列、信號處理電路等各種精細的電路和光學結構，包括微透鏡、彩色濾光片等相關結構的精準定位和制作也是基于光刻工藝的高準確性來實現的。

（二）濺射工藝應用案例

在扇出型晶圓級芯片封裝（Fan - Out WLCSP）中，濺射工藝被廣泛用于形成凸點下金屬層（UBM）。UBM旨在為后續制作的焊點或者金屬凸點提供良好的連接基礎，涉及到多層金屬薄膜的濺射沉積，例如鈦/銅/鎳三層結構，其中鈦作為黏附層增強與晶圓表面硅或者鈍化層的結合力，銅作為載流層為電鍍過程供應電子以便形成厚的凸點金屬層，鎳作為擴散阻擋層，阻止焊點材料與下層金屬之間發生擴散和反應，從而提高焊點的可靠性和長期穩定性。此外，在LED芯片封裝中，濺射工藝可用于在芯片電極上層沉積金屬反射層（如鋁層），提高出光效率。

（三）電鍍工藝應用案例

電鍍工藝在內存芯片（如DDR4、DDR5等）的封裝過程中發揮關鍵作用。內存芯片的數據引腳（金手指）常常需要通過電鍍工藝形成一層厚厚的金層，以確保良好的電學連接性能、耐腐蝕性和插拔耐久性。在邏輯芯片的扇入型晶圓級芯片封裝（Fan - In WLCSP）里，電鍍工藝用來構建從芯片內部電路連接到外圍焊點的精密引線。另外，在功率半導體芯片（如IGBT）的封裝環節，電鍍工藝可用于在芯片引腳或者散熱電極部分進行厚銅層的電鍍，增強電流承載能力和散熱能力。

（四）光刻膠去膠工藝應用案例

在多層金屬布線結構的芯片封裝時，每一層金屬布線完成電鍍之后都要進行光刻膠去膠工藝以便進行下一層的加工。比如在先進的3D - NAND閃存芯片制造以及之后的封裝過程中，由于具備多層存儲單元結構，每一層光刻、電鍍之后的光刻膠去膠操作就極為重要。這關系到上層加工時下層圖案的完整性、金屬層之間的絕緣性以及芯片整體的電氣性能。如果光刻膠去除不完全，殘留的光刻膠在后續高溫工藝下碳化等可能會破壞已有的金屬線路或者產生短路等問題。

（五）金屬刻蝕工藝應用案例

在射頻（RF）芯片的封裝中，金屬刻蝕工藝用于形成特定頻率下的電感和電容的高精度金屬圖案。例如，將大面積的金屬層刻蝕成復雜的螺旋形狀來作為電感元件，或者刻蝕出梳狀結構形成平行板電容等結構，通過精確的金屬刻蝕工藝能夠精準控制元件的參數（如電感值、電容值）。在系統級芯片（SoC）封裝中，從芯片內部不同功能模塊到外部管腳的線路布局是極為復雜的，金屬刻蝕工藝負責把大面積金屬層按照設計要求刻蝕成各種精細的線路和圖案，滿足功能模塊之間的低延遲、高帶寬通信需求等。

晶圓級封裝清洗劑W3300介紹:

晶圓級封裝清洗劑W3300是一款適用電子組裝、元器件、半導體器件焊后清洗的水基清洗劑。該產品能夠有效去除半導體元器件、電路板組裝件等助焊劑、錫膏焊后殘留物。W3300適用于超聲波清洗工藝，配合去離子水漂洗，能達到非常好的清洗效果。W3300具有良好的兼容性，可以兼容用于電子裝配、晶圓凸點和先進封裝制造過程和清洗過程中的材料兼容。

晶圓級封裝清洗劑W3300的產品特點：

1、處理鋁、銀等特別是敏感材料時確保了極佳的材料兼容性。

2、能夠有效清除元器件底部細小間隙中的殘留物，清洗后焊點保持光亮。

3、清洗速度快，效率高。

4、本產品與水相溶性好，易被水漂洗干凈。

5、配方中不含鹵素成分且低揮發、低氣味。

6、不含氟氯化碳和有害空氣污染物。

晶圓級封裝清洗劑W3300的適用工藝：

晶圓級封裝清洗劑W3300主要用于超聲波清洗工藝。

晶圓級封裝清洗劑W3300產品應用：

W3300半水基清洗劑主要用來去除電路板組裝件、陶瓷電容器元器件等器件上的助焊劑和錫膏焊后殘留物。