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3D堆叠封装

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先进的3D堆叠封装技术   
近几年来,先进的封装技术已在IC制造行业开始出现,如多芯片模块(MCM)就是将多个IC芯片按功能组合进行封装,特别是三维(3D)封装首先突破传统的平面封装的概念,组装效率高达200%以上。它使单个封装体内可以堆叠多个芯片,实现了存储容量的倍增,业界称之为叠层式3D封装;其次,它将芯片直接互连,互连线长度显著缩短,信号传输得更快且所受干扰更小;再则,它将多个不同功能芯片堆叠在一起,使单个封装体实现更多的功能,从而形成系统芯片封装新思路;最后,采用3D封装的芯片还有功耗低、速度快等优点,这使电子信息产品的尺寸和重量减小数十倍。正是由于3D封装拥有无可比拟的技术优势,加上多媒体及无线通信设备的使用需求,才使这一新型的封装方式拥有广阔的发展空间。   最常见的裸芯片叠层3D封装先将生长凸点的合格芯片倒扣并焊接在薄膜基板上,这种薄膜基板的材质为陶瓷或环氧玻璃,其上有导体布线,内部也有互连焊点,两侧还有外部互连焊点,然后再将多个薄膜基板进行叠装互连。   裸芯片叠层的工艺过程为:第一步,在芯片上生长凸点并进行倒扣焊接。如果采用金凸点,则由金丝成球的方式形成凸点,在250~400 ℃下,加压力使芯片与基板互连;若用铅锡凸点,则采用 Pb95Sn5(重量比)的凸点,这样的凸点具有较高的熔点,而不致在下道工艺过程中熔化。具体方法,先在低于凸点熔点的温度(180~250 ℃)下进行芯片和基板焊接,在这一温度下它们靠金属扩散来焊接;然后加热到250~400 ℃,在这一温度下焊料球熔化,焊接完毕。第一步的温度是经过成品率试验得到的,当低于150 ℃时断路现象增加;而当高于300 ℃时,则相邻焊点的短路现象增多。第二步,在芯片与基板之间0.05 mm的缝隙内填入环氧树脂胶,即进行下填料。第三步,将生长有凸点的基板叠装在一起,该基板上的凸点是焊料凸点,其成分为Pb/Sn或Sn/Ag,熔点定在200~240 ℃。这最后一步是将基板叠装后,再在230~250 ℃的温度下进行焊接。   MCM叠层的工艺流程与裸芯片叠层的工艺流程基本一致。除上述边缘导体焊接采用互连方式外,叠层3D封装还有多种互连方式,例如引线键合叠层芯片就是一种采用引线键合技术实现叠层互连的,该方法的适用范围比较广。此外,叠层互连工艺还有叠层载带、折叠柔性电路等方式。叠层载带是用载带自动键合(TAB)实现IC互连,可进而分为印刷电路板(PCB)叠层TAB和引线框架TAB。折叠柔性电路方式是先将裸芯片安装在柔性材料上,然后将其折叠,从而形成三维叠层的封装形式。


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yanzixiaohui    


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