隨著電子信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展,電子產(chǎn)品向著小型化?多功能化?高集成化等方向發(fā)展,而微電子封裝技術(shù)作為電子信息技術(shù)的核心,更是扮演著極為重要的角色?本文對(duì)微電子3D封裝技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹,并著重探討了疊層型3D封裝技術(shù)的技術(shù)現(xiàn)狀?應(yīng)用范圍以及發(fā)展方向等,以期為我國(guó)微電子行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展起到一定的推動(dòng)作用?

自21世紀(jì)以來(lái),我國(guó)大力推動(dòng)電子信息技術(shù)的高質(zhì)量發(fā)展?時(shí)至今日,微電子封裝技術(shù)不僅成為衡量國(guó)家科技硬實(shí)力的一項(xiàng)重要指標(biāo),還成為當(dāng)今我國(guó)工業(yè)信息社會(huì)發(fā)展最快?最重要的技術(shù)之一?而3D封裝技術(shù)作為微電子封裝領(lǐng)域發(fā)展前景最好?最具代表性的技術(shù),其在信息?能源?通訊等各類(lèi)新興產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域都具有極高的應(yīng)用價(jià)值?基于此,關(guān)于微電子3D封裝技術(shù)研究發(fā)展的探究具有重大意義?

1微電子三維(3D)封裝技術(shù)的研究

1.1 3D封裝技術(shù)的種類(lèi)

目前該技術(shù)主要有三種:疊層型3D封裝(PoP)?硅圓片規(guī)模集成封裝(WSI)以及埋置型3D封裝?如圖1所示?

目前,在所有3D封裝技術(shù)中發(fā)展最為迅速的是疊層型3D封裝,其主要優(yōu)勢(shì)如下:

(1)采用“疊裝互連”的封裝方法,推動(dòng)封裝的體積向小型化發(fā)展;

(2)相比之下,疊層型3D封裝具有更好的兼容性,易于進(jìn)行規(guī)模化的生產(chǎn);

(3)3D封裝技術(shù)功耗小,可使3D元件以更快的轉(zhuǎn)換速度運(yùn)轉(zhuǎn),提高工作效率?

下文將著重介紹疊層型3D封裝技術(shù)的研究和未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)?

1.2 疊層型3D封裝技術(shù)的研究

1.2.1疊層型3D封裝技術(shù)的工作機(jī)理

在2D平面電子封裝的基礎(chǔ)上,利用高密度的互連技術(shù),讓芯片在水平和垂直方向上獲得延展,在其正方向堆疊2片以上互連的裸芯片封裝,實(shí)現(xiàn)高帶寬?低功耗,如今3D封裝已從芯片堆疊發(fā)展到封裝堆疊?

1.2.2疊層型3D封裝技術(shù)的類(lèi)型

疊層型3D封裝分為三大類(lèi):載體疊層?裸芯片疊層(硅片疊層)?硅圓片疊層(WIP)?如圖2所示?

其中的裸芯片疊層(硅片疊層)安裝互連技術(shù)分為兩種:

（1）引線(xiàn)鍵合式:是一種使用細(xì)金屬線(xiàn),使芯片的I/O端與對(duì)應(yīng)的封裝引腳或基板上布線(xiàn)焊區(qū)互連,在此基礎(chǔ)上利用加熱?加壓?超聲波能量等營(yíng)造塑性變形,使金屬引線(xiàn)與基板焊盤(pán)緊密焊合?由此實(shí)現(xiàn)芯片與基板間的電氣互連和芯片間的信息互通?如圖3所示?

（2）硅片穿孔式:在硅片穿孔后形成的通孔中填充金屬,在元件具有導(dǎo)電性的基礎(chǔ)下即可實(shí)現(xiàn)孔內(nèi)金屬焊點(diǎn)和金屬層在垂直方向的互相連通,由此完成硅片穿孔過(guò)程?

1.2.3疊層型3D封裝技術(shù)的應(yīng)用

一方面,由于該技術(shù)具有體積小?多功能性?集成度高的優(yōu)勢(shì),因此其在便攜式電子產(chǎn)品領(lǐng)域具有極為廣泛的應(yīng)用,例如:移動(dòng)端設(shè)備?mp3?數(shù)碼相機(jī)等小型電子產(chǎn)品?

另一方面,在我國(guó)不斷推進(jìn)芯片技術(shù)的過(guò)程中,阻礙其發(fā)展的一大因素是芯片的數(shù)據(jù)傳輸速度?隨著芯片工作時(shí)間的增加,組成芯片的各元件壽命降低,會(huì)導(dǎo)致芯片間的數(shù)據(jù)傳輸速度變慢?而疊層型3D封裝技術(shù)具有高效率?規(guī)模化程度高的特點(diǎn),則可以在降低生產(chǎn)成本的同時(shí),提高芯片運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程的工作速度?如圖4所示?

2 微電子3D封裝的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

目前3D封裝技術(shù)在芯片中的應(yīng)用是一大發(fā)展趨勢(shì),芯片技術(shù)作為衡量國(guó)家科技實(shí)力的核心技術(shù),要實(shí)現(xiàn)質(zhì)的飛躍必然需要在研究方法中尋求創(chuàng)新?該技術(shù)在芯片中的應(yīng)用具有以下特點(diǎn):

(1)由二維到三維,從平面型封裝轉(zhuǎn)為立體型封裝;

(2)單芯片轉(zhuǎn)為多芯片發(fā)展;

(3)獨(dú)立芯片封裝轉(zhuǎn)為系統(tǒng)集成封裝?

不僅如此,近年來(lái)在移動(dòng)便攜設(shè)備的需求量激增和大眾對(duì)功能豐富的電子產(chǎn)品的狂熱追求下,立體封裝和系統(tǒng)集成封裝成為主流封裝趨勢(shì),致力于將電子設(shè)備最小化的同時(shí)保留其完整的功能性?在將設(shè)備性能?綜合工藝?封裝空間?封裝性?xún)r(jià)比等優(yōu)勢(shì)資源整合后,微電子3D封裝技術(shù)已達(dá)到規(guī)模化生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn),為未來(lái)電子信息市場(chǎng)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)?

微電子技術(shù)作為微電子制造技術(shù)的分支,不僅能夠提高集成電路產(chǎn)品的天花板,還有助于確保各類(lèi)電子產(chǎn)品的質(zhì)量,從而促進(jìn)電子信息產(chǎn)業(yè)的變革升級(jí)?

時(shí)至今日,科技發(fā)展是推動(dòng)國(guó)家硬實(shí)力發(fā)展的第一引擎,隨著國(guó)家和社會(huì)各界對(duì)微電子封裝行業(yè)的大力投入以及重視,不斷推進(jìn)微電子封裝技術(shù)的發(fā)展,越來(lái)越成為高科技武裝中國(guó)的一條必由之路?

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