WLPとは?――ウェハ状態で端子と再配線を作るパッケージ技術
Wafer Level Packagingの基本構造、Fan-In WLP、製造工程、小型化の利点と端子数・信頼性の制約を説明する。
この記事の結論
- WLPはウェハを切り分ける前に再配線や外部端子を形成する
- Fan-In WLPはPackage寸法をチップに近づけやすい
- 端子配置面積、基板との熱膨張差、ウェハ状態での歩留まりが課題になる
まず結論
WLPはWafer Level Packagingの略で、半導体ウェハを個片へ切り分ける前に、再配線、保護膜、BumpなどのPackage機能を形成する技術です。
Package寸法をDieに近づけられるため、小型・薄型が求められるスマートフォンや携帯機器などで使われます。
図の大きな茶色の丸は、プリント基板とはんだ付けする**Solder Ball(はんだボール)**です。緑色のRDLとViaによって、Solder BallをDie Pad(チップ電極)へ接続します。
一般的な流れ
- 前工程を終えたWaferを検査する
- 絶縁膜を形成し、電極を開口する
- RDLで元の電極位置を外部端子位置へ引き直す
- UBMやSolder Bumpを形成する
- 必要な保護と検査を行う
- Dicingで個片化する
製品や方式により、再配線層数、端子材料、処理順は異なります。
Fan-In WLP
端子を元のDie面積内へ収める方式をFan-In WLPと呼びます。Package外形がDieとほぼ同じになるため、Chip Scale Packageの一種として扱われます。
電気経路が短く、寄生抵抗・容量・Inductanceを小さくしやすい一方、Die面積内に配置できる端子数には限界があります。
メリットとデメリット
| 観点 | メリット | 注意点 |
|---|---|---|
| 寸法 | 小型・薄型にしやすい | Die寸法に端子数が制約される |
| 電気 | 配線が短い | 微細RDL・Bump品質が重要 |
| 生産 | Wafer単位で一括加工 | 不良Dieへの加工コストが生じ得る |
| 信頼性 | 部品点数を減らせる | 基板との熱膨張差を受けやすい |
WLPとFan-Outの違い
Fan-Inは基本的にDie外形内へ端子を置きます。Fan-OutではDie周囲へ樹脂などの領域を作り、その上までRDLを広げます。端子数や配置自由度を増やせる代わりに、再構成や反り制御などの工程が増えます。
設計で重要なこと
端子Pitch、RDLの線幅・厚さ、絶縁膜の密着、Bump高さ、Wafer反り、Underfillの有無、実装基板との熱膨張差を考えます。Packageが小さいほど、基板曲げや落下衝撃の影響が問題になる場合もあります。
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