芯片設(shè)計中再分布層(RDL)技術(shù)的優(yōu)勢

Redistribution layer (再分布層，RDL)，是添加到集成電路或微芯片中以重新分配電氣連接的金屬層。這種RDL技術(shù)是一種用于集成電路（IC）的先進(jìn)封裝解決方案，允許將多個芯片集成到單個封裝中。它是在介電層頂部創(chuàng)建圖案化金屬層的過程，該金屬層將 IC 的輸入/輸出 （I/O） 重新分配到新位置。新位置通常位于芯片的邊緣，這允許使用標(biāo)準(zhǔn)表面貼裝技術(shù) （SMT） 將 IC 連接到印刷電路板 （PCB）。RDL 技術(shù)使設(shè)計人員能夠以緊湊、高效的方式放置芯片，從而減少器件的整體尺寸。

在芯片設(shè)計和制造中，再分布層 （RDL） 在擴(kuò)展和互連 XY 平面方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。如下圖是CoWoS-R的圖示，這是臺積電開發(fā)的一種3D集成技術(shù)，可在單個封裝中堆疊多個芯片。（來源：臺積電）

RDL 技術(shù)帶來以下優(yōu)勢：

(1). 重新分配 I/O 連接: I/O（輸入/輸出）焊盤是芯片引腳處理模塊，通常分布在芯片的邊緣或外圍。它們可以處理芯片引腳的信號，并在處理后將芯片的信號輸出到引腳。RDL 有助于將 I/O 連接從芯片重新分配到封裝。RDL 將芯片上的焊盤連接到封裝引線或焊球，從而簡化組裝和提高 IC 的性能。

這對于鍵合線工藝來說自然是方便的，但對于倒裝芯片來說卻有些挑戰(zhàn)。因此，RDL成為這一時刻的關(guān)鍵。它在芯片表面沉積金屬層和相應(yīng)的介電層，形成金屬線，并將IO端口重新設(shè)計到一個新的、更寬敞的區(qū)域，形成表面陣列布局。

(2). 路由信號和電源: 此外，RDL還提供了一種在IC內(nèi)路由信號和電源的方法。隨著IC變得越來越復(fù)雜，需要更多的I/O連接，RDL的使用變得越來越重要。它們用于廣泛的應(yīng)用，例如微處理器、存儲芯片和傳感器。

(3). 減少占用面積: RDL 技術(shù)允許將多個芯片集成到單個封裝中，從而減小器件的整體尺寸。這使設(shè)計人員能夠創(chuàng)建更小、更緊湊的電子設(shè)備，這對于智能手機(jī)、可穿戴設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備等應(yīng)用至關(guān)重要。

(4). 提高電氣性能: RDL 技術(shù)使設(shè)計人員能夠以緊湊而高效的方式放置芯片，從而縮短互連的長度。這反過來又減少了信號延遲并提高了器件的電氣性能。RDL技術(shù)還降低了寄生電容和電感，從而提高了器件的信號完整性。

(5). 降低成本: RDL技術(shù)消除了引線鍵合和倒裝芯片鍵合的需要，這些工藝既昂貴又耗時。RDL技術(shù)還減少了器件所需的元件數(shù)量，從而進(jìn)一步降低了器件的成本。RDL 技術(shù)是一種經(jīng)濟(jì)高效的解決方案，用于創(chuàng)建需要小尺寸的高性能 IC。

RDL 技術(shù)是一個復(fù)雜的過程，涉及許多步驟，例如介電沉積、金屬沉積、圖案化和蝕刻。再分布層技術(shù)基于工藝來說，一般有兩種類型的再分布層 （RDL） 技術(shù)：扇入和扇出。扇入式 RDL 技術(shù)用于封裝單個芯片，而扇出式 RDL 技術(shù)用于封裝多個芯片。

(1). 扇入式 RDL 技術(shù)：扇入式 RDL 技術(shù)用于封裝單個芯片。扇入式 RDL 技術(shù)也稱為晶圓級封裝 （WLP），它是直接在晶圓上建立封裝的過程。扇入式 RDL 技術(shù)是一種經(jīng)濟(jì)高效的解決方案，用于創(chuàng)建小型和薄型封裝。

扇入式 RDL 工藝用于生產(chǎn)先進(jìn)的封裝解決方案，例如晶圓級芯片級封裝 （WLCSP） 和系統(tǒng)級封裝 （SiP） 設(shè)計。它允許更高的集成度、更小的外形尺寸和更高的半導(dǎo)體器件性能。該過程涉及以下多個步驟：

該過程從進(jìn)料晶圓開始，然后在步驟 1 中涂覆 PI（光刻膠絕緣體）。接下來是第 2 步的 PI 曝光、第 3 步的 PI 顯影以及第 4 步的 PI 固化。

在步驟5中，將種子層濺射到晶圓上，然后在步驟6中涂上抗蝕劑。然后在步驟7中暴露光刻膠，在步驟8中顯影，并在步驟9中鍍上RDL。

之后，在步驟10中剝離光刻膠，并在步驟11中將干膜層壓到晶圓上。然后在步驟12中暴露干膜，并在步驟13中顯影。接下來，在步驟14中將銅柱鍍在晶圓上，并在步驟15中剝離干膜。

在步驟16中，對種子層進(jìn)行蝕刻，在步驟17中，創(chuàng)建正面模具。然后在步驟18中固化模具，并在步驟19中對晶圓進(jìn)行機(jī)械拋光。最后，在步驟20中，多余的銅被蝕刻回去，完成扇入式RDL工藝流程。

扇入式 RDL 技術(shù)適用于傳感器、MEMS 器件、射頻器件、微處理器和存儲器件等應(yīng)用。

(2). 扇出 RDL 技術(shù)：扇出 RDL 技術(shù)用于封裝多個芯片。扇出 RDL 技術(shù)也稱為晶圓級扇出 （WLFO），它是在重組晶圓上創(chuàng)建封裝的過程。扇出式 RDL 技術(shù)是一種經(jīng)濟(jì)高效的解決方案，用于創(chuàng)建具有小尺寸的高性能封裝。

與扇入式 RDL 工藝類似，扇出式 RDL 工藝也是一種創(chuàng)建具有更多連接的更小、性能更高的芯片封裝的方法。以下是制造步驟：

1. 晶圓探針：這是對晶圓的初步測試，以確保其符合所需的規(guī)格，然后再進(jìn)行后續(xù)的加工步驟。
2. 晶圓背磨：將晶圓的背面研磨到規(guī)定的厚度，以減小封裝的厚度。
3. 晶圓切割：將晶圓切割成單獨的芯片。
4. KGD（已知合格芯片）拾取和放置：將合格的芯片拾取并轉(zhuǎn)移到帶有粘合劑的載體晶圓上。

5a. 晶圓模具：將芯片附著在載體晶圓上的晶圓用介電材料模制而成，形成扇出結(jié)構(gòu)。

5b. 載體和臨時膠粘劑去除：將載體晶圓從扇出晶圓上取下，并去除過程中使用的任何臨時膠粘劑。

5c. 扇出晶圓清潔：扇出晶圓經(jīng)過清潔以去除任何殘留的顆?；螂s質(zhì)。

6. 聚合物1涂層：在扇出晶圓的表面涂上聚合物層，作為介電層。
7. 聚合物1 成像/顯影/固化：使用光刻技術(shù)對聚合物層進(jìn)行圖案化，以創(chuàng)建所需的 RDL 結(jié)構(gòu)形狀和尺寸。
8. RDL種子層濺射：使用濺射在聚合物層的頂部沉積一層薄薄的銅或其他導(dǎo)電材料。
9. 光刻膠涂層：在種子層上涂上一層光刻膠材料。
10. 光刻膠成像/顯影：使用光刻技術(shù)對光刻膠層進(jìn)行圖案化，以創(chuàng)建所需的 RDL 結(jié)構(gòu)形狀和尺寸。
11. RDL銅圖案板：使用電鍍將銅沉積在種子層的暴露區(qū)域的頂部，從而形成所需的RDL圖案。
12. 光刻膠去除：去除剩余的光刻膠材料，只留下銅RDL圖案。
13. 種子層蝕刻：使用蝕刻去除種子層中不需要的部分。
14. 聚合物2涂層：在RDL結(jié)構(gòu)的頂部施加另一層聚合物層，作為介電層。
15. 聚合物2 成像/顯影/固化：使用光刻技術(shù)對聚合物層進(jìn)行圖案化，以創(chuàng)建所需的形狀和尺寸的 UBM 結(jié)構(gòu)。
16. UBM晶種層濺射：使用濺射在聚合物層的頂部沉積一層薄薄的銅或其他導(dǎo)電材料。
17. 光刻膠涂層：在種子層上涂上一層光刻膠材料。
18. 光刻膠成像/顯影：光刻技術(shù)對光刻技術(shù)對光刻膠層進(jìn)行圖案化，以創(chuàng)建所需的 UBM 結(jié)構(gòu)形狀和尺寸。
19. UBM圖案板：使用電鍍將銅沉積在種子層的暴露區(qū)域的頂部，從而形成所需的UBM圖案。
20. 光刻膠去除：去除剩余的光刻膠材料，只留下銅UBM圖案。
21. 種子層蝕刻：使用蝕刻去除種子層中不需要的部分。
22. 助焊劑貼?。簩⒅竸┎牧蠎?yīng)用于UBM焊盤。
23. 錫球掉落：將錫球放在 UBM 焊盤上。
24. 回流焊：將焊球加熱熔化，并在 UBM 焊盤和外部引線或凸塊之間形成連接。
25. 扇出晶圓探針：對封裝的IC進(jìn)行測試，以確保其符合所需的規(guī)格。
26. 激光標(biāo)記：使用激光將唯一標(biāo)識符或條形碼蝕刻在IC表面。
27. 晶圓切割：將扇出的晶圓切割成單獨的封裝。
28. 編帶包裝：單個封裝的 IC 安裝在卷軸上，便于處理和運輸。

扇出 RDL 技術(shù)適用于圖形處理器、片上系統(tǒng) （SoC）、存儲設(shè)備、功率器件和 LED 器件等應(yīng)用。