3D 封裝的定義和特點

3D 封裝是一種新型的電子元器件封裝技術(shù)，它采用三維結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)芯片、封裝和基板之間的互聯(lián)，以滿足高性能、高可靠性、小尺寸、輕量化、低功耗的要求。

• 特點

• 相比傳統(tǒng)二維平面封裝，具有更高的可靠性、更低的功耗和更小的封裝體積。

• 直接將芯片堆疊起來，通過硅穿孔來連結(jié)上下不同芯片的電子訊號。

• 能夠在不改變封裝體尺寸的前提下，在同一個封裝體內(nèi)于垂直方向疊放兩個以上芯片。

• 封裝面積更小、功耗更低，擁有超大帶寬，但存在嚴重的散熱問題，且在長期可靠性方面受限。

• 優(yōu)勢

• 多功能、高效能，單位體積上的功能及應(yīng)用成倍提升。

• 大容量高密度，能夠在較小的空間內(nèi)實現(xiàn)更多的功能。

• 降低成本，在尺寸和重量方面，3D 設(shè)計替代單芯片封裝縮小了器件尺寸、減輕了重量。

• 改善了芯片的許多性能，如尺寸、重量、速度、產(chǎn)量及耗能。

• 技術(shù)難點

• 在超高密度硅通孔技術(shù)深寬比大于 15∶1 的制備技術(shù)中，TSV 硅通孔的孔徑在不斷縮小的過程中，TSV 孔內(nèi)絕緣層、粘附層和阻擋層需要進一步降低成本的方案。

• 三維扇出技術(shù)的可靠性問題需要解決，例如線寬如何進一步微縮到 1 微米，芯片偏移和重組后晶圓翹曲管控等難題亟待解決。

• 在超高密度芯片堆疊技術(shù)中，節(jié)距小于 1 微米的超高精度 C2W 無凸點鍵合技術(shù)和裝備需要進一步完善。

• 高密度重布線（RDL）技術(shù)面臨著亞微米級別和大于五層布線的需求，從材料到設(shè)備工藝都需要進一步研發(fā)升級。

• 三維芯片堆疊的散熱方式、材料和工藝需要根據(jù)芯片功耗進行優(yōu)化。

• 3D 封裝電性、微區(qū)失效分析日趨復(fù)雜，需要在測試方面作進一步優(yōu)化。

TSV 技術(shù)的定義和特點

TSV 是英文 Through-Silicon Via 的縮寫，即是穿過硅基板的垂直電互連。

• 特點

• 作為唯一的垂直電互連技術(shù)，是半導(dǎo)體先進封裝最核心的技術(shù)之一。

• 具有最短的電傳輸路徑以及優(yōu)異的抗干擾性能。

• 賦予了芯片縱向維度的集成能力。

• 應(yīng)用廣泛，幾乎可以應(yīng)用于任何芯片的封裝以及任何類型的先進封裝，包括 LED、MEMS 等。

• 核心技術(shù)

• 深硅刻蝕和電鍍是現(xiàn)代 TSV 的兩項核心技術(shù)。

• 應(yīng)用和優(yōu)勢

• 允許將由不同部分組成的復(fù)雜處理器分離在幾個不同的芯片上，垂直連接允許更多數(shù)量的連接，有助于實現(xiàn)更大的帶寬，而無需額外的帶寬。

• 能夠垂直堆疊多個芯片，大大減少了它們占用的面積。

• 對于像 CMOS Image Sensor（CIS，CMOS 圖像傳感器）、High Bandwidth Memory（HBM）以及 Silicon interposer（硅轉(zhuǎn)接板）都極其重要。

3D 封裝與 TSV 技術(shù)的關(guān)系

TSV 技術(shù)是實現(xiàn) 3D 封裝的關(guān)鍵技術(shù)之一。通過硅通孔（TSV）銅互連的立體（3D）垂直整合，為 3D 封裝提供了有效的垂直電連接方式。

• 硅片通孔（TSV）是三維疊層硅器件技術(shù)的最新進展，利用短的垂直電連接或通過硅晶片 的“通孔”，以建立從芯片的有效側(cè)到背面的電連接，為最終的 3D 集成創(chuàng)造了一條途徑。

• 由于 TSV 技術(shù)的誕生，半導(dǎo)體裸片和晶圓可以實現(xiàn)以較高的密度互連堆疊在一起，這也成為了先進封裝技術(shù)的標志之一。

• 賽微電子指出 TSV（硅通孔）技術(shù)同時是實現(xiàn) 3D（三維）系統(tǒng)集成封裝所必須的首要工藝，該項技術(shù)擁有良好的應(yīng)用前景。

3D 封裝與 TSV 技術(shù)的區(qū)別

• 3D 封裝是一種封裝形式，強調(diào)的是芯片的堆疊和整體封裝結(jié)構(gòu)，旨在實現(xiàn)更高的集成度、性能和更小的封裝體積。

• TSV 技術(shù)則側(cè)重于提供芯片之間的垂直電互連通道，是實現(xiàn) 3D 封裝中芯片高效互聯(lián)的關(guān)鍵手段之一。

• TSV 技術(shù)存在一些工藝和技術(shù)難點，如通孔的形成、相關(guān)特殊晶片的制作、通孔的金屬化和 TSV 鍵合等。而 3D 封裝面臨的挑戰(zhàn)更多在于散熱、長期可靠性、高密度堆疊的精度控制等方面。

先進芯片封裝清洗介紹

·         合明科技研發(fā)的水基清洗劑配合合適的清洗工藝能為芯片封裝前提供潔凈的界面條件。

·         水基清洗的工藝和設(shè)備配置選擇對清洗精密器件尤其重要，一旦選定，就會作為一個長期的使用和運行方式。水基清洗劑必須滿足清洗、漂洗、干燥的全工藝流程。

·         污染物有多種，可歸納為離子型和非離子型兩大類。離子型污染物接觸到環(huán)境中的濕氣，通電后發(fā)生電化學(xué)遷移，形成樹枝狀結(jié)構(gòu)體，造成低電阻通路，破壞了電路板功能。非離子型污染物可穿透PC B 的絕緣層，在PCB板表層下生長枝晶。除了離子型和非離子型污染物，還有粒狀污染物，例如焊料球、焊料槽內(nèi)的浮點、灰塵、塵埃等，這些污染物會導(dǎo)致焊點質(zhì)量降低、焊接時焊點拉尖、產(chǎn)生氣孔、短路等等多種不良現(xiàn)象。

·         這么多污染物，到底哪些才是最備受關(guān)注的呢？助焊劑或錫膏普遍應(yīng)用于回流焊和波峰焊工藝中，它們主要由溶劑、潤濕劑、樹脂、緩蝕劑和活化劑等多種成分，焊后必然存在熱改性生成物，這些物質(zhì)在所有污染物中的占據(jù)主導(dǎo)，從產(chǎn)品失效情況來而言，焊后殘余物是影響產(chǎn)品質(zhì)量最主要的影響因素，離子型殘留物易引起電遷移使絕緣電阻下降，松香樹脂殘留物易吸附灰塵或雜質(zhì)引發(fā)接觸電阻增大，嚴重者導(dǎo)致開路失效，因此焊后必須進行嚴格的清洗，才能保障電路板的質(zhì)量。

·         合明科技運用自身原創(chuàng)的產(chǎn)品技術(shù)，滿足芯片封裝工藝制程清洗的高難度技術(shù)要求，打破國外廠商在行業(yè)中的壟斷地位，為芯片封裝材料全面國產(chǎn)自主提供強有力的支持。