微電子3D封裝技術(shù)發(fā)展

山東大學（威海）機電與信息工程學院 周梓博 翟 強

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。本文對微電子3D封裝技術(shù)進行了簡要介紹，并著重探討了疊層型3D封裝技術(shù)的技術(shù)現(xiàn)狀、應用范圍以及發(fā)展方向等，以期為我國微電子行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展起到一定的推動作用。

自21世紀以來，我國大力推動電子信息技術(shù)的高質(zhì)量發(fā)展。時至今日，微電子封裝技術(shù)不僅成為衡量國家科技硬實力的一項重要指標，還成為當今我國工業(yè)信息社會發(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、通訊等各類新興產(chǎn)業(yè)領域都具有極高的應用價值。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

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。

圖1 3D封裝技術(shù)種類及工作機理簡圖

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)勢如下：

●采用“疊裝互連”的封裝方法，推動封裝的體積向小型化發(fā)展；

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

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

下文將著重介紹疊層型3D封裝技術(shù)的研究和未來發(fā)展趨勢。

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)的工作機理

在2D平面電子封裝的基礎上，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)的類型

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

圖2 疊層型封裝的類型和結(jié)構(gòu)

其中的裸芯片疊層（硅片疊層）安裝互連技術(shù)分為兩種：

（1）引線鍵合式：是一種使用細金屬線，使芯片的I/O端與對應的封裝引腳或基板上布線焊區(qū)互連，再此基礎上利用加熱、加壓、超聲波能量等營造塑性變形，使金屬引線與基板焊盤緊密焊合。由此實現(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。

圖3 引線鍵結(jié)合工作簡圖

（2）硅片穿孔式：在硅片穿孔后形成的通孔中填充金屬，在元件具有導電性的基礎下即可實現(xiàn)孔內(nèi)金屬焊點和金屬層在垂直方向的互相連通，由此完成硅片穿孔過程。

1.2.2 疊層型3D封裝技術(shù)的應用

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，因此其在便攜式電子產(chǎn)品領域具有極為廣泛的應用，例如：移動端設備、mp3、數(shù)碼相機等小型電子產(chǎn)品。

另一方面，在我國不斷推進芯片技術(shù)的過程中，阻礙其發(fā)展的一大因素是芯片的數(shù)據(jù)傳輸速度。隨著芯片工作時間的增加，組成芯片的各元件壽命降低，會導致芯片間的數(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)?；潭雀叩奶攸c，則可以在降低生產(chǎn)成本的同時，提高芯片運轉(zhuǎn)過程的工作速度。如圖4所示。

圖4 硅片穿孔式工作簡圖

2 微電子3D封裝的未來發(fā)展趨勢

目前3D封裝技術(shù)在芯片中的應用是一大發(fā)展趨勢，芯片技術(shù)作為衡量國家科技實力的核心技術(shù)，要實現(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)在芯片中的應用具有以下特點：

●由二維到三維，從平面型封裝轉(zhuǎn)為立體型封裝；

●單芯片轉(zhuǎn)為多芯片發(fā)展；

●獨立芯片封裝轉(zhuǎn)為系統(tǒng)集成封裝。

不僅如此，近年來在移動便攜設備的需求量激增和大眾對功能豐富的電子產(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，致力于將電子設備最小化的同時保留其完整的功能性。在將設備性能、綜合工藝、封裝空間、封裝性價比等優(yōu)勢資源整合后，微電子3D封裝技術(shù)已達到規(guī)?；a(chǎn)的標準，為未來電子信息市場打下了堅實的基礎。

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，還有助于確保各類電子產(chǎn)品的質(zhì)量，從而促進電子信息產(chǎn)業(yè)的變革升級。

時至今日，科技發(fā)展是推動國家硬實力發(fā)展的第一引擎，隨著國家和社會各界對微電子封裝行業(yè)的大力投入以及重視，不斷推進微電子封裝技術(shù)的發(fā)展，越來越成為高科技武裝中國的一條必由之路。