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3D封装

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3D封装  3D晶圆级封装,英文简称(WLP),包括CIS发射器、MEMS封装、标准器件封装。是指在不改变封装体尺寸的前提下,在同一个封装体内于垂直方向叠放两个以上芯片的封装技术,它起源于快闪存储器(NOR/NAND)及SDRAM的叠层封装。主要特点包括:多功能、高效能;大容量高密度,单位体积上的功能及应用成倍提升以及低成本。

  一:封装趋势是叠层封(PoP);低产率芯片似乎倾向于PoP。

  二:多芯片封装(MCP)方法,而高密度和高性能的芯片则倾向于MCP。

  三:以系统级封装(SiP)技术为主,其中逻辑器件和存储器件都以各自的工艺制造,然后在一个SiP封装内结合在一起。

  目前的大多数闪存都采用多芯片封装(MCP,Multichip Package),这种封装,通常把ROM和RAM封装在一块儿。多芯封装(MCP)技术是在高密度多层互连基板上,采用微焊接、封装工艺将构成电子电路的各种微型元器件(裸芯片及片式元器件)组装起来,形成高密度、高性能、高可靠性的微电子产品(包括组件、部件、子系统、系统)。技术上,MCP追求高速度、高性能、高可靠和多功能,而不像一般混合IC技术以缩小体积重量为主。但随着Flash闪存以及DRAM闪存追求体积的最小化,该封装技术由于使用了金属丝焊接,在带宽和所占空间比例上都存在劣势,而WSP封装技术将会是一个更好解决方案。

  离子注入 Ion Implantation晶圆衬底是纯硅材料的,不导电或导电性极弱。为了在芯片内具有导电性,必须在晶圆里掺入微量的不纯物质,通常是砷、硼、磷。掺杂可以在扩散炉中进行,也可以采用离子注入实现。

  一些先进的应用都是采用离子注入掺杂的。离子注入有中电流离子注入、大电流/低能量离子注入、高能量离子注入三种,适于不同的应用需求。

  热处理 Thermal Processing利用热能将物体内产生内应力的一些缺陷加以消除。所施加的能量将增加晶格原子及缺陷在物体内的振动及扩散,使得原子的排列得以重整。热处理是沉积制造工序后的一个工序,用来改变沉积薄膜的机械性能。目前热处理技术主要有两项应用:一个使用超低k绝缘体来提升多孔薄膜的硬度,另一个使用高强度氮化物来增加沉积薄膜的韧性抗张力,以提升器件性能。在紫外热处理反应器里,等离子增强化学气相沉积薄膜经过光和热的联合作用改变了膜的性能。高强度氮化薄膜中紫外热处理工艺使连接重排,空间接触更好,产生出了提高器件性能所需的高强度水平。

  化学机械研磨 CMP推动芯片技术向前发展的关键之一是每个芯片的层数在增加,一个芯片上堆叠的层数越来越多,而各层的平坦不均会增加光刻精细电路图像的困难。CMP系统是使用抛光垫和化学研磨剂选择性抛光沉积层使其平坦化。CMP包括多晶硅金属介质(PMD) 平坦化、层间绝缘膜(ILD)平坦化和钨平坦化。CMP是铜镶嵌互连工艺中的关键技术。

  在尺寸和重量方面,3D设计替代单芯片封装缩小了器件尺寸、减轻了重量。与传统封装相比,使用3D技术可缩短尺寸、减轻重量达40-50倍;在速度方面,3D技术节约的功率可使3D元件以每秒更快的转换速度运转而不增加能耗,寄生性电容和电感得以降低;3D封装更有效的利用了硅片的有效区域,与2D封装技术相比,3D技术的硅片效率超过100%;在芯片中,噪声幅度和频率主要受封装和互连的限制,3D技术在降低噪声中起着缩短互连长度的作用,因而也降低了互连伴随的寄生性。

  电路密度的提高意味着提高功率密度。采用3D技术制造元器件可提高功率密度,但必须考虑热处理问题。一般需要在两个层次进行热处理,第一是系统设计,即将热能均匀的分布在3D元器件表面;第二是采用诸如金刚石低热阻基板,或采用强制冷风、冷却液来降低3D元器件的温度。为了持续提高电路密度、性能和降低成本,芯片尺寸不断缩小,意味着设计复杂度的提高。然而,3D技术目前只完成了少量复杂的系统及元器件,因此还要改进设计以解决系统复杂度不断增加的问题。

  任何一种新技术的出现,其使用都存在着预期高成本的问题,3D技术也不例外。影响叠层成本的因素有:叠层高度及复杂性;每层的加工步骤数目;叠层前在每块芯片上采用的测试方法;硅片后处理等等。

  3D封装改善了芯片的许多性能,如尺寸、重量、速度、产量及耗能。当前,3D封装的发展有质量、电特性、机械性能、热特性、封装成本、生产时间等的限制,并且在许多情况下,这些因素是相互关联的。3D封装开发如何完成、什么时候完成?大多数IC专家认为可能会经历以下几个阶段。具有TSV和导电浆料的快闪存储器晶圆叠层很可能会发展,随后会有表面凸点间距小至5μm的IC表面-表面键合出现。最后,硅上系统将会发展到存储器、图形和其它IC将与微处理器芯片相键合。



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dolphin    


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