晶圆级芯片尺寸封装(WLCSP)是将芯片尺寸封装(CSP)和晶圆级封装(WLP)融合为一体的新兴封装技术。芯片尺寸封装(CSP)是指封装面积与芯片面积之比小于1.2:1 的技术,该技术有效促进集成电路的小型化;晶圆级封装(WLP)是指在晶圆前道工序完成后,直接对晶圆进行封装,再切割分离成单一芯片,相对于传统封装将晶圆切割成单个芯片后再进行封装,WLP 技术在封装成本方面具有明显的优势。晶圆级芯片尺寸封装(WLCSP)结合上述两种封装方式的优点,先在整片晶圆上进行封装和测试,然后才切割成单一芯片,无需经过打线和填胶程序,封装后的芯片尺寸与裸芯片几乎一致。因此,晶圆级芯片尺寸封装(WLCSP)的封装方式,不仅能明显缩小 IC尺寸,符合移动电子产品对高密度体积空间的需求,同时,由于芯片可以以最短的电路路径,通过锡球直接与电路板连接,还能大幅度提升信息传输速度,有效降低杂讯干扰几率。与传统封装技术 QFP 和 BGA 封装产品相比,晶圆级芯片尺寸封装的产品比 QFP产品小75%、重量轻 85%,比BGA 尺寸小50%、重量轻40%。
晶圆级芯片尺寸封装与传统封装的区别

目前晶圆级芯片尺寸封装(WLCSP)主要采用晶圆凸点封装(Wafer Bumping)和 Shellcase 系列WLCSP 两种封装技术。晶圆凸点封装是一种技术难度相对较低的WLCSP 封装形式,它的主要特点是在芯片正面直接引出电路及焊垫,而Shellcase 系列WLCSP 不仅可以在芯片正面直接引出电路及焊垫,也可以将芯片的电路引至芯片的背面后再制作焊垫, Shellcase 系列 WLCSP 封装包括了 Wafer Bumping 的技术要点,其技术难度要高于晶圆凸点封装,且工艺流程也较晶圆凸点封装复杂。
虽然晶圆凸点封装(Wafer Bumping)本身也是一种先进的封装形式,但Shellcase 系列 WLCSP 优势比较明显,其应用领域更广且更符合封装技术的发展趋势:首先,Shellcase 系列 WLCSP 在影像传感器芯片封装领域具有天然优势。由于影像传感芯片的作用主要是光学成像,其功能的实现需要吸纳、反馈物体光线,这势必要求芯片正面无视觉障碍物,即封装的焊垫不能放在芯片正面,否则会阻碍光线成像。 Shellcase 系列 WLCSP 在芯片的正反两面黏贴玻璃基板(或其他绝缘材料),将芯片线路、焊垫引至背面,玻璃基板具有透明特性,因此,Shellcase 系列 WLCSP 在影像传感器封装上具有绝佳的优势,而晶圆凸点封装由于在芯片正面引出焊垫,无法应用至影像传感器等领域。Shellcase 系列 WLCSP 从诞生之起,慢慢侵占传统封装在影像传感器市场的份额,至今全球约35%的 CMOS 影像传感器采用 Shellcase 系列 WLCSP 技术封装(资料来源:《A Market&Technology Analysis Of WLP Solution For Ics,CMOS Image Sensors&MEMS》,Yole Développement );其次,Shellcase 系列 WLCSP 技术更符合三维(3D)封装发展趋势。硅通孔(TSV)的三维封装技术被业界认为是超越摩尔定律的主要解决方案,是未来半导体封装技术发展的发展趋势,而Shellcase 系列 WLCSP 技术由于能够在芯片正反面引出电路及焊垫,两者工艺十分相似,掌握 Shellcase 系列 WLCSP 技术能快速进入硅通孔技术领域。目前本公司封装产品微机电系统(MEMS)芯片就是采用 Shellcase 系列 WLCSP技术来实现硅通孔(TSV)的三维封装。
Shellcase 系列 WLCSP 和晶圆凸点封装的特征和应用领域比较

目前全球只有少数专业封测服务商掌握了 Shellcase 系列 WLCSP 封装相关技术,全球最大的两家能大规模提供影像传感器晶圆级芯片尺寸封装(WLCSP)量产服务的专业封测公司为精材科技股份有限公司和本公司。