晶圆凸点工艺（Bumping）厂商盘点及倒装封装（FC）技术难点梳理

晶圆凸点工艺（Bumping）是倒装封装工艺的前置工艺，也是FC的核心工序之一，但一直以来由晶圆Fab厂负责加工。

凸点（Bump）如何形成？在倒装封装的前置工艺中，先通过溅射、蒸镀、化学镀等方式在晶圆上形成金属化层，将晶圆中的内层电路引出，再在金属化层上形成金属Bump。该Bump相当于内层电路的金属连接端，与基板上的焊盘直接连接，起到电路通路的作用 。

图片来源：Fraunhofer，Bump示例

惯例上，早期IDM企业或Foundry一般自己完成Bumping工艺，IC设计企业委托Foundry进行晶圆凸点加工，然后将加工好的晶圆送去封测企业完成最后的封装和测试工序。2010年以后，先进制程的Fab投资规模越来越大，Foundry为了保证制程的先进性，慢慢减少了晶圆凸点工艺等辅助工序的投资。同时，封测企业出现向上游晶圆中段工艺领域发展的趋势，封测企业开始投资、自建晶圆凸点工艺生产线，好处有两个：一是增强封测企业的盈利能力；二是在代工厂产能紧张或者有限的情况下，封测企业能够提供bump工艺+CP测试+封测服务等一站式服务，能够提升封测企业的竞争力。

晶圆凸点工艺产线投资规模较大，设备通用性较差（专用性强），有一定的技术门槛，只能为部分封装产品提供中道加工工序。在大部分封测厂中，有资金实力和技术能力提供晶圆凸点工艺服务的厂商还比较少，自建晶圆凸点加工产线的封测企业包括长电科技、通富微电、华天科技、颀中科技（苏州）、矽品等少数企业。

盛合晶微：原名中芯长电，首期重点发展先进的12英寸凸块加工 （Bumping）及配套晶圆芯片测试（CP Testing） 业务。

颀中科技（苏州）：提供金、铜镍金、铜柱、锡银凸块等各类晶圆凸块加工服务，以及配套晶圆芯片测试业务。

纳沛斯半导体：提供各类晶圆凸块加工服务和晶圆芯片测试业务。

芯健半导体：主要提供铜凸块加工服务和晶圆芯片测试业务。

壹度科技：主要提供铜凸块加工服务和晶圆芯片测试业务。

除了Bump加工，倒装封装的技术难度有如下几点：

1、倒装芯片在封装过程中，需经过回流焊、塑封等诸多热加工环节，不同材料因热加工产生的应力不同、形变程度不同，封装企业需通过材料选型搭配、封装结构设计、工艺流程控制、EDA仿真等诸多技术手段降低封装过程中可能产生的晶圆低介电常数层破裂风险（ELK Crack）。由于先进制程硅片一般使用低介电常数（Low-K）材料生产，为降低介电常数会在材料中添加纳米级空洞，大幅降低了材料的结构强度，导致晶圆的低介电层极易因外力破裂。

图片来源：forehope-elec，芯片封装过程中的ELK Crack失效

2、封装企业需要具备强大的工艺设计能力，同时考虑工艺设计、IC设计企业晶圆布线、封装体内部结构以及主要原材料匹配性。比如，倒装工艺所使用的基板需由封装企业设计并请基板厂定制化生产，封装企业需对基板布线密度和层间结构进行设计，使其既满足IC设计企业晶圆布线要求，又不影响自身封装工艺的实施。比如计算各层基板中铜导线的比例在热加工时对基板整体膨胀系数的影响，在满足布线密度的同时降低基板形变可能导致的金属凸点共面性不良缺陷。封装企业根据自身工艺特点，需要思考多层基板各层采用不同材质对封装加工的影响，比如：不同材质的玻璃化温度、热膨胀系数和收缩率等，从而选择最适合本企业工艺的材质。

3、由于晶圆凸点的间距随着制程的演进不断微缩。目前凸点间距已缩小到 70um-80um的极细间距，单芯片上的金属凸点超过1500 个，需要每个凸点都和基板上的线路形成良好电气接触。高密度凸点布局对装片工艺的精度、可靠性和散热性提出了极高要求，需要封装企业对生产设备进行定制化设计（例如晶粒吸嘴结构设计、配套装具设计等）、对设备参数进行自主定义、对配套辅料进行工艺实验，以解决封装过程中凸点同基板线路焊点桥接失效难题，以及提高底部填充材料导热效率难题。

图片来源：forehope-elec，芯片封装过程中的焊点桥接失效

小结：Bumping是倒装风封装的核心工艺之一。为了提升盈利能力和竞争能力，封测企业呈现向上游Bumping工艺发展的趋势，国内能做Bumping工艺的封测企业并不多。倒装封装工序较长，涉及装片、回流焊、塑封、植球等多道工艺，不同工序均有独特的技术难点。

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