晶圓級封裝是指晶圓切割前的工藝。晶圓級封裝分為扇入型晶圓級芯片封裝（Fan-In WLCSP）和扇出型晶圓級芯片封裝（Fan-Out WLCSP），其特點是在整個封裝過程中，晶圓始終保持完整。除此之外，重新分配層（RDL）封裝、倒片（Flip Chip）封裝及硅通孔（TSV）封裝通常也被歸類為晶圓級封裝，盡管這些封裝方法在晶圓切割前僅完成了部分工序。不同封裝方法所使用的金屬及電鍍（Electroplating）繪制圖案也均不相同。不過，在封裝過程中，這幾種方法基本都遵循如下順序。

完成晶圓測試后，根據(jù)需求在晶圓上制作絕緣層（Dielectric Layer）。初次曝光后，絕緣層通過光刻技術(shù)再次對芯片焊盤進(jìn)行曝光。然后，通過濺射（Sputtering）工藝在晶圓表面涂覆金屬層。此金屬層可增強在后續(xù)步驟中形成的電鍍金屬層的黏附力，同時還可作為擴(kuò)散阻擋層以防止金屬內(nèi)部發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。此外，金屬層還可在電鍍過程中充當(dāng)電子通道。之后涂覆光刻膠（Photoresist）以形成電鍍層，并通過光刻工藝?yán)L制圖案，再利用電鍍形成一層厚的金屬層。電鍍完成后，進(jìn)行光刻膠去膠工藝，采用刻蝕工藝去除剩余的薄金屬層。最后，電鍍金屬層就在晶圓表面制作完成了所需圖案。這些圖案可充當(dāng)扇入型WLCSP的引線、重新分配層封裝中的焊盤再分布，以及倒片封裝中的凸點。下文將對每道工序進(jìn)行詳細(xì)介紹。

光刻對應(yīng)的英文是Photolithography，由“-litho（石刻）”和“graphy（繪圖）”組成，是一種印刷技術(shù)，換句話說，光刻是一種電路圖案繪制工藝。首先在晶圓上涂覆一層被稱為“光刻膠”的光敏聚合物，然后透過刻有所需圖案的掩模，選擇性地對晶圓進(jìn)行曝光，對曝光區(qū)域進(jìn)行顯影，以繪制所需的圖案或圖形。該工藝的步驟如圖2所示。

濺射是一種在晶圓表面形成金屬薄膜的物理氣相沉積（PVD）工藝。如果晶圓上形成的金屬薄膜低于倒片封裝中的凸點，則被稱為凸點下金屬層（UBM，Under Bump Metallurgy）。通常凸點下金屬層由兩層或三層金屬薄膜組成，包括：增強晶圓粘合性的黏附層；可在電鍍過程中提供電子的載流層；以及具有焊料潤濕性（Wettability）,并可阻止鍍層和金屬之間形成化合物的擴(kuò)散阻擋層。例如薄膜由鈦、銅和鎳組成，則鈦層作為黏附層，銅層作為載流層，鎳層作為阻擋層。因此，UBM對確保倒片封裝的質(zhì)量及可靠性十分重要。在RDL和WLCSP等封裝工藝中，金屬層的作用主要是形成金屬引線，因此通常由可提高粘性的黏附層及載流層構(gòu)成。

如圖8所示，在濺射工藝中，首先將氬氣轉(zhuǎn)化為等離子體（Plasma），然后利用離子束碰擊靶材（Target），靶材的成分與沉積正氬離子的金屬成分相同。碰擊后，靶材上的金屬顆粒會脫落并沉積在晶圓表面。通過濺射，沉積的金屬顆粒具有一致的方向性。盡管晶圓平坦區(qū)經(jīng)過沉積后厚度均勻，但溝槽或垂直互連通路（通孔）的沉積厚度可能存在差異，因此就沉積厚度而言，此類不規(guī)則形狀會導(dǎo)致平行于金屬沉積方向的基板表面的沉積厚度，比垂直于金屬沉積方向的基板表面沉積厚度薄。

電鍍是將電解質(zhì)溶液中的金屬離子還原為金屬并沉積在晶圓表面的過程，此過程是需要通過外部提供的電子進(jìn)行還原反應(yīng)來實現(xiàn)的。在晶圓級封裝中，采用電鍍工藝形成厚金屬層。厚金屬層可充當(dāng)實現(xiàn)電氣連接的金屬引線，或是焊接處的凸點。如圖9所示，陽極上的金屬會被氧化成離子，并向外部電路釋放電子。在陽極處被氧化的及存在于溶液中的金屬離子可接收電子，在經(jīng)過還原反應(yīng)后成為金屬。在晶圓級封裝的電鍍工藝中，陰極為晶圓。陽極由作為電鍍層的金屬制成，但也可使用如鉑金的不溶性電極（Insoluble Electrode）。如果陽極板由作為鍍層的金屬制成，金屬離子就會從陽極板上溶解并持續(xù)擴(kuò)散，以保持溶液中離子濃度的一致性。如果使用不溶性電極，則必須定期補充溶液中因沉積到晶圓表面而消耗的金屬離子，以維持金屬離子濃度。圖10展示了陰極和陽極分別發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)。

在放置晶圓電鍍設(shè)備時，通常需確保晶圓的待鍍面朝下，同時將陽極置于電解質(zhì)溶液中。當(dāng)電解質(zhì)溶液流向晶圓并與晶圓表面發(fā)生強力碰撞時，就會發(fā)生電鍍。此時，由光刻膠形成的電路圖案會與待鍍晶圓上的電解質(zhì)溶液接觸。電子分布在晶圓邊緣的電鍍設(shè)備上，最終電解質(zhì)溶液中的金屬離子與光刻膠在晶圓上繪制的圖案相遇。隨后，電子與電解質(zhì)溶液中的金屬離子結(jié)合，在光刻膠繪制圖案的地方進(jìn)行還原反應(yīng)，形成金屬引線或凸點。

在所有使用光刻膠圖案的工藝步驟完成后，必須通過光刻膠去膠工藝來清除光刻膠。光刻膠去膠工藝是一種濕法工藝，采用一種被稱為剝離液（Stripper）的化學(xué)溶液，通過水坑式、浸沒式，或噴淋式等方法來實現(xiàn)。通過電鍍工藝形成金屬引線或凸點后，需清除因濺射形成的金屬薄膜。這是非常必要的一個步驟，因為如果不去除金屬薄膜，整個晶圓都將被電氣連接從而導(dǎo)致短路。可采用濕刻蝕（Wet Etching）工藝去除金屬薄膜，以酸性刻蝕劑（Etchant）溶解金屬。這種工藝類似于光刻膠去膠工藝，隨著晶圓上的電路圖案變得越來越精細(xì)，水坑式方法也得到了更廣泛的應(yīng)用。