先進封裝製程WLCSP-FSM製程

FSM 製程的簡介

Power MOSFET在完成了前段Foundry FAB的製程後,緊接著還要在Top Metal上製作圖形化正面金屬(Front Side Metallization,簡稱FSM)
晶圓薄化並將背面鍍上金屬後(簡稱BGBM),進行CP測試;完成測試後,再將晶圓(Wafer)切割成晶片(chip)。
這幾個步驟是現今前段晶圓廠及後段封裝廠(assembly house)較少投入資源開發的地方。

正面金屬化製程(FSM)是MOSFET晶圓薄化前的一個關鍵製程,由於MOSFET具備高開關切換速度,低輸入阻抗與低功率耗損之特性,
必須承受大電流,因此在製程上,必須使用銅夾銲接(Clip Bond)加大電流路徑來取代金屬打線焊接(Wire Bond),藉此降低導線電阻與RDS(on)(導通阻抗)。

而正面金屬化製程的目的,就是藉由濺鍍或化鍍方式形成凸塊下金屬層(Under Bump Metallurgy,UBM),接著做銅夾銲接,以降低導線電阻。
在使用夾焊時,由於鋁墊上方必須要有UBM,來做為鋁墊和銅夾(Clip)之間的銲接表面(Solder Surface)。

Clip bond & Mixed bond之差異

但並非所有IC晶片都需經過正面金屬化製程。
如果MOSFET元件需要進行夾焊或是混合焊(Mixed Bond, 指Source用Clip Bond,Gate用Wire Bond)時,需要在鋁墊上方做出UBM,
以和Clip接合,所以若是MOSFET並沒有大電流應用時會做Wire Bond,可直接打線在鋁墊上,便不需要進行FSM。

FSM-Typical Sputter濺鍍
車用電子及高階應用製造商之選擇

濺鍍製程是以高真空濺鍍機台於晶圓片成長鈦/鎳釩/銀,
再塗佈光阻,接著以光罩曝光顯影(黃光製程),將鋁墊上方進行遮蔽,
再將多餘的UBM以蝕刻的方式進行移除(蝕刻製程)。


這是一套非常成熟、穩定且高可靠度的製程,許多車用電子業者與高階應用製造商均已使用此製程。

濺鍍製程必須經過濺鍍金屬、光阻塗佈顯影、濕蝕刻金屬、光阻去除等多道製程 (如下圖)



FSM-Chemical plating
化鍍
MOSFET正面金屬化製程高CP值選擇

成本導向的消費性電子產品所應用的MOSFET則較適合使用化鍍來做,可以有較低的成本及較短的生產時間。

化鍍,一般稱為化學鍍,也稱無電鍍(Electro-less Plating),在沒有外加電流的條件下,
利用化學藥劑形成一連串可控制的氧化還原反應,使得化學藥劑中的金屬離子在晶圓上還原成金屬的一種成膜的方式。
化鍍製程最大特色是,只需利用一連串的氧化還原反應,將鎳金/鎳鈀金選擇性的成長在鋁墊上,
完全不需要經過高真空濺鍍/黃光製程/蝕刻製程,因此成本可降低,生產時間也可改善。

化鍍製程,僅需一部化鍍機台自動化執行一連串的化鍍步驟,化鍍製程相對簡易,卻可達到相同目的 (如下圖)

FSM 化鍍VS濺鍍

所以若產品有需要使用正面金屬化製程,化鍍的特性是可以選擇性的在鋁墊上長出鎳鈀金,
適合單純Clip Bond,追求高CP值及成本導向客戶使用;
濺鍍的特性是使用高真空設備濺鍍金屬並使用光阻定義圖形,可靠度優異,適合追求高品質高可靠度客戶使用。

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