新型微電子封裝技術(shù)探討

　　3D封裝主要有三種類型，即埋置型3D封裝，當(dāng)前主要有三種途徑：一種是在各類基板內(nèi)或多層布線介質(zhì)層中埋置R、C或IC等元器件，最上層再貼裝SMC和SMD來實(shí)現(xiàn)立體封裝，這種結(jié)構(gòu)稱為埋置型3D封裝;第二種是在硅圓片規(guī)模集成(WSl)后的有源基板上再實(shí)行多層布線，最上層再貼裝SMC和SMD，從而構(gòu)成立體封裝，這種結(jié)構(gòu)稱為有源基板型3D封裝;第三種是在2D封裝的基礎(chǔ)上，把多個(gè)裸芯片、封裝芯片、多芯片組件甚至圓片進(jìn)行疊層互連，構(gòu)成立體封裝，這種結(jié)構(gòu)稱作疊層型3D封裝。在這些3D封裝類型中，發(fā)展最快的是疊層裸芯片封裝。原因有兩個(gè)。一是巨大的手機(jī)和其它消費(fèi)類產(chǎn)品市場的驅(qū)動(dòng)，要求在增加功能的同時(shí)減薄封裝厚度。二是它所用的工藝基本上與傳統(tǒng)的工藝相容，經(jīng)過改進(jìn)很快能批量生產(chǎn)并投入市場。據(jù)Prismarks預(yù)測，世界的手機(jī)銷售量將從2001年的393M增加到2006年的785M～1140M。年增長率達(dá)到15～24%。因此在這個(gè)基礎(chǔ)上估計(jì)，疊層裸芯片封裝從目前到2006年將以50～60%的速度增長。圖6示出了疊層裸芯片封裝的外形。它的目前水平和發(fā)展趨勢示于表3。

　　疊層裸芯片封裝有兩種疊層方式，一種是金字塔式，從底層向上裸芯片尺寸越來越小;另一種是懸梁式，疊層的芯片尺寸一樣大。應(yīng)用于手機(jī)的初期，疊層裸芯片封裝主要是把FlashMemory和SRAM疊在一起，目前已能把FlashMemory、DRAM、邏輯IC和模擬IC等疊在一起。疊層裸芯片封裝所涉及的關(guān)鍵技術(shù)有如下幾個(gè)。①圓片減薄技術(shù)，由于手機(jī)等產(chǎn)品要求封裝厚度越來越薄，目前封裝厚度要求在1.2mm以下甚至1.0mm。而疊層芯片數(shù)又不斷增加，因此要求芯片必須減薄。圓片減薄的方法有機(jī)械研磨、化學(xué)刻蝕或ADP(Atmosphere DownstreamPlasma)。機(jī)械研磨減薄一般在150μm左右。而用等離子刻蝕方法可達(dá)到100μm，對(duì)于75-50μm的減薄正在研發(fā)中;②低弧度鍵合，因?yàn)樾酒穸刃∮?50μm，所以鍵合弧度高必須小于150μm。目前采用25μm金絲的正常鍵合弧高為125μm，而用反向引線鍵合優(yōu)化工藝后可以達(dá)到75μm以下的弧高。與此同時(shí)，反向引線鍵合技術(shù)要增加一個(gè)打彎工藝以保證不同鍵合層的間隙;③懸梁上的引線鍵合技術(shù)，懸梁越長，鍵合時(shí)芯片變形越大，必須優(yōu)化設(shè)計(jì)和工藝;④圓片凸點(diǎn)制作技術(shù);⑤鍵合引線無擺動(dòng)(NOSWEEP)模塑技術(shù)。由于鍵合引線密度更高，長度更長，形狀更復(fù)雜，增加了短路的可能性。使用低粘度的模塑料和降低模塑料的轉(zhuǎn)移速度有助于減小鍵合引線的擺動(dòng)。目前已發(fā)明了鍵合引線無擺動(dòng)(NOSWEEP)模塑技術(shù)。

　　3.4系統(tǒng)封裝(SIP)

　　實(shí)現(xiàn)電子整機(jī)系統(tǒng)的功能，通常有兩個(gè)途徑。一種是系統(tǒng)級(jí)芯片(Systemon Chip)，簡稱SOC。即在單一的芯片上實(shí)現(xiàn)電子整機(jī)系統(tǒng)的功能;另一種是系統(tǒng)級(jí)封裝(SysteminPackage)，簡稱SIP。即通過封裝來實(shí)現(xiàn)整機(jī)系統(tǒng)的功能。從學(xué)術(shù)上講，這是兩條技術(shù)路線，就象單片集成電路和混合集成電路一樣，各有各的優(yōu)勢，各有各的應(yīng)用市場。在技術(shù)上和應(yīng)用上都是相互補(bǔ)充的關(guān)系，作者認(rèn)為，SOC應(yīng)主要用于應(yīng)用周期較長的高性能產(chǎn)品，而SIP主要用于應(yīng)用周期較短的消費(fèi)類產(chǎn)品。

　　SIP是使用成熟的組裝和互連技術(shù)，把各種集成電路如CMOS電路、GaAs電路、SiGe電路或者光電子器件、MEMS器件以及各類無源元件如電容、電感等集成到一個(gè)封裝體內(nèi)，實(shí)現(xiàn)整機(jī)系統(tǒng)的功能。主要的優(yōu)點(diǎn)包括：①采用現(xiàn)有商用元器件，制造成本較低;②產(chǎn)品進(jìn)入市場的周期短;③無論設(shè)計(jì)和工藝，有較大的靈活性;④把不同類型的電路和元件集成在一起，相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)。美國佐治亞理工學(xué)院PRC研究開發(fā)的單級(jí)集成模塊(SingleIntegrated Module)簡稱SLIM，就是SIP的典型代表，該項(xiàng)目完成后，在封裝效率、性能和可靠性方面提高10倍，尺寸和成本較大下降。到2010年預(yù)期達(dá)到的目標(biāo)包括布線密度達(dá)到6000cm/cm2;熱密度達(dá)到100W/cm2;元件密度達(dá)到5000/cm2;I/O密度達(dá)到3000/cm2。

　　盡管SIP還是一種新技術(shù)，目前尚不成熟，但仍然是一個(gè)有發(fā)展前景的技術(shù)，尤其在中國，可能是一個(gè)發(fā)展整機(jī)系統(tǒng)的捷徑。

　　4 思考和建議

　　面對(duì)世界蓬勃發(fā)展的微電子封裝形勢，分析我國目前的現(xiàn)狀，我們必須深思一些問題。

　　(1)微電子封裝與電子產(chǎn)品密不可分，已經(jīng)成為制約電子產(chǎn)品乃至系統(tǒng)發(fā)展的核心技術(shù)，是電子行業(yè)先進(jìn)制造技術(shù)之一，誰掌握了它，誰就將掌握電子產(chǎn)品和系統(tǒng)的未來。

　　(2)微電子封裝必須與時(shí)俱進(jìn)才能發(fā)展。國際微電子封裝的歷史證明了這一點(diǎn)。我國微電子封裝如何與時(shí)俱進(jìn)?當(dāng)務(wù)之急是研究我國微電子封裝的發(fā)展戰(zhàn)略，制訂發(fā)展規(guī)劃。二是優(yōu)化我國微電子封裝的科研生產(chǎn)體系。三是積極倡導(dǎo)和大力發(fā)展屬于我國自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的原創(chuàng)技術(shù)。否則，我們將越跟蹤越落后。在這一點(diǎn)上，我們可以很好地借鑒韓國和臺(tái)灣的經(jīng)驗(yàn)。

　　(3)高度重視微電子三級(jí)封裝的垂直集成。我們應(yīng)該以電子系統(tǒng)為龍頭，牽動(dòng)一級(jí)、二級(jí)和三級(jí)封裝，方能占領(lǐng)市場，提高經(jīng)濟(jì)效益，不斷發(fā)展。我們?cè)h把手機(jī)和雷達(dá)作為技術(shù)平臺(tái)發(fā)展我國的微電子封裝，就是出于這種考慮。

　　(4)高度重視不同領(lǐng)域和技術(shù)的交叉及融合。不同材料的交叉和融合產(chǎn)生新的材料;不同技術(shù)交叉和融合產(chǎn)生新的技術(shù);不同領(lǐng)域的交叉和融合產(chǎn)生新的領(lǐng)域。我們國家已經(jīng)有了一定的基礎(chǔ)，在電子學(xué)會(huì)，已經(jīng)有不少分會(huì)和機(jī)構(gòu)。技術(shù)領(lǐng)域已涉及電子電路、電子封裝、表面貼裝、電子裝聯(lián)、電子材料、電子專用設(shè)備、電子焊接和電子電鍍等。過去，同行業(yè)交流很多，但不同行業(yè)交流不夠。我們應(yīng)該充分發(fā)揮電子學(xué)會(huì)各分會(huì)的作用，積極組織這種技術(shù)交流。

　　(5)我們的觀念、技術(shù)和管理必須與國際接軌，走國際合作之路，把我們民族的精華與精彩的世界溶為一體，共同發(fā)展。