激光在集成电路系统级封装中能做什么

本文利用图文和视频简要介绍系统级封装中的激光应用。

2024-02-18 12:30

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激光在集成电路系统级封装中能做什么？

01 什么是系统级封装（SiP）？

1) 传统的三级封装模式

电子产品，比如台式电脑，第一级封装是将单颗晶圆晶片封装成单颗独立的集成电路，如CPU、存储器等；第二级封装用这些集成电路插装在印刷电路板上，形成特定功能的板卡，比如内存条、显示驱动卡等；第三级封装是将这些单一功能的板卡插装在主板上，再加上外壳，构成完整功能的系统。

图1：电子产品的三级封装

2) 系统级封装 (SiP)

随着封测技术的发展，一个封装体内可以容纳多颗裸晶片，从而使一颗集成电路即可构成完整的系统。这种封装方式就称为系统级封装。

图2：苹果手表S1芯片，内部集成了来自不同供应商的晶片，构成包括CPU、存储器、显示驱动器全部基本电脑功能，还囊括Wi-Fi、蓝牙、NFC、FM等通讯功能。（资料来源：《电子产品世界》2015年9月22日新闻）。

系统级封装具有如下优点：

封装密度高，内部寄生电容、寄生电感低，适合高主频运行；
低功耗，使移动终端设备具备更长的待机时间；
新产品开发时，可选用现有大批量供货的各种功能性标准晶片，灵活集成新产品，缩短开发周期，降低产品开发成本和批量供货成本。

02 激光在SiP中的应用

1) CPS 电磁屏蔽

如图2所示，SiP模块中集成了Wi-Fi、蓝牙、NFC等射频电路，这些RF器件对周边的CPU、存储器、显示驱动等被动元件造成干扰，必须予以屏蔽。传统的做法是将这些RF器件单独封装，用金属盖子做屏蔽，或用真空溅镀屏蔽，或银浆喷涂屏蔽。

图3：金属盖屏蔽，增加了封装体积

图4：真空溅镀整体屏蔽，封装体内部无法同时植入被动元件和RF器件

为了将RF器件和被动元件同时封装到同一个SiP模组中，须将两类器件分区布置，然后在想办法设置隔离金属墙。目前效果最好的制程是封装后沿预设隔离线对封装体开沟槽，在沟槽中灌注银浆，最后做银奖喷涂或真空溅镀金属屏蔽层，如图5。

图5：隔仓屏蔽（Compartment Shielding）工艺

开沟槽的较佳手段是激光，其优点是沟槽窄(窄至100um) 节省面积，位置精度高(10um) ，深度可控制到基板上预设的屏新线表面。

图6：高通5G基带芯片采用局部隔仓屏蔽，将被动元件保护起来

图7展示SCM-300型激光开槽机在生产中所开沟槽的实测几何构型。

图7: SCM-300所开沟槽的三维测绘，符合芯片设计要求

视频短片：SCM-300型激光开槽机生产高通5G基带芯片，开槽位置精度≤10μm，沟槽尺寸精度≤±3μm。

2) 立体封装中的激光钻孔

为进一步提高封装密度而采用立体封装，方法有双面封装(2.5D)和单面堆叠封装(POP)。

下图展示多层堆叠封装的工艺制程，激光钻孔用于层间信号连接。

图8: POP立体封装制程

双面封装中，芯片基板上预留的I/O触点位置被塑封体覆盖了，因而无法用传统方法制作I/O触点。激光钻孔工艺用来打开I/O悍盘上方的封装体，再置入锡球，锡球融化后形成略高于封装体表面的I/O触点阵列。下图示意双面封装中I/O触点制作的工艺流程。

图9：双面封装SiP模组的I/O触点制作流程

Dialog公司为移动终端设备设计的一款电源管理露采用了双面封装技术，触点尺寸235微米，触点pitch 300微米，300多个点，要求孔的位置精度<±10μm；触点共面性要求钻孔的尺寸精度<±3μm。

图10：SCM-322型TMV钻孔机孔型尺寸精度测量

图11：SCM-322型TMV钻孔机钻孔位号精度，10.9环!

视频短片：SCM-322型TMV激光钻孔设备生产双面封装电源管理器模组

3) 板级封装芯片的激光分切

SiP芯片多用于移动终端设备，由于紧凑性要求，它的外形通常需要契合产品的外壳形状，因而不是规则的矩形，比如指纹辨识片、miniSD卡、SIM卡等，无法用轮刀进行分切。而激光刻切割出任何你需要的形状。
视频短片：SCM-320型激光分切机，多料夹自动上料，同轴视觉定位，分切后AOI视觉检测，不良品自动分拣，JEDEC料盘自动收料，满料料盘自动码垛。