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什么是晶圓級封裝？

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       晶圓級封裝(Wafer Level Packaging，縮寫WLP)是一種先進的封裝技術(shù)，因其具有尺寸小、電性能優(yōu)良、散熱好、成本低等優(yōu)勢，近年來發(fā)展迅速。根據(jù)Verified Market Research 研究數(shù)據(jù)，晶圓級封裝市場 2020 年為 48.4 億美元，預(yù)計到 2028 年將達到 228.3 億美元，從 2021 年到 2028 年的復(fù)合年增長率為 21.4%。

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晶圓級封裝較傳統(tǒng)封裝工藝的優(yōu)點

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   不同于傳統(tǒng)封裝工藝，晶圓級封裝是在芯片還在晶圓上的時候就對芯片進行封裝，保護層可以黏接在晶圓的頂部或底部，然后連接電路，再將晶圓切成單個芯片。

相比于傳統(tǒng)封裝，晶圓級封裝具有以下優(yōu)點：

1.封裝尺寸小  由于沒有引線、鍵合和塑膠工藝，封裝無需向芯片外擴展，使得WLP的封裝尺寸幾乎等于芯片尺寸。

2.高傳輸速度  與傳統(tǒng)金屬引線產(chǎn)品相比，WLP一般有較短的連接線路，在高效能要求如高頻下，會有較好的表現(xiàn)。

3.高密度連接   WLP可運用數(shù)組式連接，芯片和電路板之間連接不限制于芯片四周，提高單位面積的連接密度。

4.生產(chǎn)周期短   WLP從芯片制造到、封裝到成品的整個過程中，中間環(huán)節(jié)大大減少，生產(chǎn)效率高，周期縮短很多。

5.工藝成本低   WLP是在硅片層面上完成封裝測試的，以批量化的生產(chǎn)方式達到成本最小化的目標(biāo)。WLP的成本取決于每個硅片上合格芯片的數(shù)量，芯片設(shè)計尺寸減小和硅片尺寸增大的發(fā)展趨勢使得單個器件封裝的成本相應(yīng)地減少。WLP可充分利用晶圓制造設(shè)備，生產(chǎn)設(shè)施費用低。

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晶圓級封裝應(yīng)用及其相關(guān)環(huán)保問題

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   目前，晶圓級封裝技術(shù)已廣泛用于閃速存儲器、EEPROM、高速DRAM、SRAM、LCD驅(qū)動器、射頻器件、邏輯器件、電源／電池管理器件和模擬器件(穩(wěn)壓器、溫度傳感器、控制器、運算放大器、功率放大器)等領(lǐng)域。

隨著應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴展，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)過程中所固有的環(huán)境問題越來越突出，半導(dǎo)體制造工藝中，需使用不含任何離子、顆粒、氯或二氧化硅的超純水（Ultra-Pure Water，簡稱UPW）來制造不含任何雜質(zhì)的半導(dǎo)體，根據(jù)資料顯示：每塊 30 厘米長的集成電路板在您的手機中安裝芯片至少需要2,000 加侖的 水才能生產(chǎn)。這是因為每個芯片都需要用超純水 (UPW) 沖洗 - 純水被認(rèn)為是工業(yè)溶劑 - 以去除制造過程中的碎屑(離子、顆粒、二氧化硅等)并防止芯片受到污染. 制造 1,000 加侖的 UPW需要1,400-1,600 加侖的自來水。水資源循環(huán)利用已經(jīng)成為各大半導(dǎo)體晶圓工廠關(guān)注的重中之重問題。

以影像傳感芯片晶圓級封裝為例，其生產(chǎn)流程主要如下圖

其中清洗，金屬化，增厚，腐蝕等環(huán)節(jié)均產(chǎn)生相應(yīng)的生產(chǎn)廢水。

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晶圓級封裝廢水成分及處理方法

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由傳感器芯片晶圓級封裝生產(chǎn)流程可知，生產(chǎn)廢水包括高濃度廢液、工件切割廢水、研磨含硅廢水、酸堿廢水、含重金屬 （鎳、鈀、銅、鋅、金）廢水、含氰廢水、含氮廢水和超純化水。工廠會對廢水進行分類收集、分質(zhì)處理。

高濃度廢液一般委托有資質(zhì)單位處置；工件切割廢水經(jīng)處理后回用于生產(chǎn)，濃水與研磨含硅廢水經(jīng)處理達標(biāo)后進市政污水管網(wǎng)；酸堿廢水經(jīng)處理達標(biāo)后進市政污水管網(wǎng)；含金清洗廢水收集后直接委托有資質(zhì)單位處理；含氰廢水經(jīng)精密過濾+陰離子交換器破氰后可回用于漂洗槽；產(chǎn)生的超純化廢水回收到純水制備設(shè)備用作制純水用；含氮廢水通過廢水收集池單獨收集后，經(jīng)廠內(nèi)物化處理+膜分離濃縮系統(tǒng)+低溫蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)，處理達標(biāo)后回用，無廢液外排；含重金屬（鎳、鈀、銅、鋅、鈦）廢水分類收集，采用物化處理+高效抗污染膜分離濃縮系統(tǒng)（多介質(zhì)過濾器+UF 成套+樹脂吸附+RO 系統(tǒng)）+蒸發(fā)結(jié)晶一體系統(tǒng)處理后全部回用不外排。

含重金屬廢水使用蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)得以實現(xiàn)廢液近零排，企業(yè)可在工廠內(nèi)處理含重金屬廢水，無需受制于排放量約束，產(chǎn)能可大大提高。于此同時，蒸餾水還可回用至產(chǎn)線，減少淡水使用成本。以合盾蒸發(fā)結(jié)晶一體設(shè)備EVCM-250為例，可將含重金屬廢水濃縮至95%-98%，產(chǎn)生的蒸餾水經(jīng)純水制備后，回用至三級漂洗車間；分離后極少量重金屬廢泥委外處理。企業(yè)一般3-6個月即可收回投資成本。項目應(yīng)用于多家半導(dǎo)體廠家，均通過當(dāng)?shù)丨h(huán)保驗收，排污總量可控，排口監(jiān)測數(shù)據(jù)穩(wěn)定達標(biāo)。

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結(jié)語

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   隨著半導(dǎo)體需求增長，晶圓級先進封裝技術(shù)應(yīng)用必將擴大，半導(dǎo)體行業(yè)使用、處理和管理水資源變得愈加重要。面對這一挑戰(zhàn)，關(guān)于廢水再生、減少浪費和提高效率的方案，將持續(xù)被關(guān)注，合盾環(huán)保助力半導(dǎo)體企業(yè)評估和改善產(chǎn)品在其整個生命周期內(nèi)的耗水量和環(huán)境影響，在共同實現(xiàn)廢水再生方面發(fā)揮主導(dǎo)作用。未來，合盾將攜手半導(dǎo)體企業(yè)將從一些老舊廢水處理設(shè)備，含重金屬廢水整合到更合理的綜合廢水處理設(shè)備，減少重金屬廢水總量，并改善排放水的質(zhì)量，我們相信科技能夠打造更美好的世界。