经过长达六年时间的开发,Freescale Semiconductor Inc. 开发的再分布封装(RCP)技术即将进入早期商业生产阶段,该公司的RCP运营经理Navjot Chhabra这样介绍。

Chhabra称,5月初飞思卡尔位于亚利桑那州Tempe的工厂已收到用来制作用于MP3播放器的RCP优化芯片的晶圆,两个月后将生产飞思卡尔为日本的数码相机客户设计的IC。经过在Tempe进行两个月的试产并经最早的两位客户进行产品鉴定后,RCP将于2009年第一季度在Tempe进入大规模生产。飞思卡尔在Tempe已经建立12,000平方英尺的RCP工厂,产能约为每周八十万件。在Tempe的工厂约有35位专业制造员工,另有35位研发工程师提供技术支持。
该技术已通过商业级可靠性鉴定。明后两年,飞思卡尔的计划是将RCP用于减小芯片尺寸 和提高性能,首先生产无线IC,随后用于生产高性能网络芯片、数字信号处理器(DSP)和微处理器。
Chhabra说:“我们的目标是从简单的芯片设计和封装向系统级设计和系统封装转移。我们会沿着价值链往上走。”
受预期无线RCP模块在X、Y和Z三个方向都可减小30%的激励,飞思卡尔自2002年以来就一直在开发RCP技术。Chhabra介绍,由于RCP技术能够一次处理25块300毫米的面板,因此它还具备成本优势,对于球栅阵列(BGA)来说尤其如此。传统的BGA封装使用昂贵的衬底和金线。RCP利用光学对准机和湿法刻蚀工艺定义特征尺寸为25-30 μm的I/O连接。他说,该技术利用“技术含量低的、类似组装的制造工具使得RCP生产的成本较低”,建立和封装I/O连接。
分阶段采用
最基本的情形是用RCP取代BGA衬底。飞思卡尔的计划不止于此,其目标重点放在系统上,将异质元器件集成至一小块衬底或平台上。对于飞思卡尔部分45 nm和32 nm产品,裸片本身的I/O将会进行RCP优化,而不会设计在裸片边缘进行压焊。
以系统为目标,飞思卡尔的工程师们能够去掉部分滤波器和一些被动元件,减小噪音和寄生电容。
Chhabra介绍,第二阶段是为外部和内部客户进行单芯片RCP封装。他说第二阶段是指一年以后,将利用RCP把各种元器件组装成系统模块。他指出,并非所有的元器件都必须是RCP封装。
第三阶段将用具有RCP模块优化I/O的芯片。
“目前芯片是为压焊而设计,所有I/O都分布在芯片周围。这种方式浪费了大量面积。RCP就和倒装芯片一样,通孔直接设置在芯片的中央。利用RCP,我们能够设计出面积小得多的芯片,因此在前端成本方面具有极大的优势。”
这种技术还支持更简单的电路板技术。不必使用10层电路板,RCP系统可以采用只有三层或四层线路的PCB,具有显著的成本优势。
Chhabra说:“我们必须在毛利方面有优势,这意味着我们的成品率必须和压焊技术一样好,甚至更好。压焊技术的成品率高于98%。”
飞思卡尔的管理层于2006年12月决定建造一条试产线。18个月后,终于迎来了试产。“我们做出了承诺。”Chhabra介绍,“现在我们在加速生产,已经证实这种工艺是合适的。在飞思卡尔的产品库中,我们正在考虑将五到六种部件率先采用RCP大规模生产。我们在已有一席之地的市场上销售两款我们最先生产的芯片。最后,我们正在开展试图取代所有BGA压焊技术的业务,但我们知道不能立即取代这种技术。”
材料上的挑战
Chhabra透露飞思卡尔已经克服了材料方面的挑战,特别是封装和介质材料。他说:“这个理念相当简单;挑战在于材料方面。将这些材料集成在一起并满足可靠性要求,多年来人们一直在为解决这些问题而努力。”
RCP技术从切割含有经测定是好芯片的晶圆开始。芯片在前端工艺就定义了一个用于RCP技术的互连层。用拾取和贴装设备将700到2000块的单一芯片放置在300毫米的面板上。封装材料必须将芯片保持在面板上不动,使得投影式光刻机能够在I/O建设过程中定义通孔。挑战之一在于找到能够保持芯片不动并能满足飞思卡尔对填充物、固化和温度要求的封装材料。
另一个挑战是开发一种可以承受压力和张力而不会破裂的介质。RCP介质必须能够以平面形式旋转涂覆,并且可感光,具有适用于1500μm厚的薄膜的理想性质。
“关于介质方面有很多问题。”Chhabra介绍,“必须要能够对其显影。特征尺寸并不是在芯片本身所看到的,它们必须能够感光,一开始是30μm的线条和间隙,慢慢缩减到10μm。我们开始是做80μm的通孔,而后计划最终减小到40μm。一旦我们解决这个问题,我们必须能够固化介质而不用缩小它,而且我们必须确保没有热膨胀问题。当我们做好所有薄层后,我们必须能够清楚的分割介质。并且介质最后要成为保护层。”
许多测试产品,从无线芯片到高端DSP,都已经通过了热应力测试和跌落测试。
“过去一年半以来,我们解决了材料性能方面的基本问题。”他说,“这使得我们能够利用具有一到六层的再分布使封装满足可靠性要求。”