模塊封裝將通過半導體工藝技術而改變

張翼

摘? ?要：近些年來，電氣行業的高速發展，使越來越多的電氣設備不斷涌現，并給人們的生活帶來了巨大便利。與此同時，電氣設備對模塊基板的要求也不斷提高，由于模塊基板一直發揮著PCB主板的作用，這也使模塊封裝技術會給產品性能造成很大影響，如何提高模塊封裝技術水平，也已成為諸多半導體廠商和元器件生產廠在研發核心元器件過程中迫切需要解決的問題，半導體工藝技術的出現，勢必會為模塊封裝技術帶來全新的改變，其能夠有效提高模塊基板性能，以此滿足電氣設備的功能要求。鑒于此，本文便對模塊封裝中的半導體工藝技術進行深入的研究。

關鍵詞：模塊封裝? 半導體? 工藝技術

中圖分類號：TN305? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）11（a）-0097-02

一直以來，人們都是將元器件在PCB板上進行直接組裝，科技的不斷發展，使這些元器件能夠集成在一個很小的封裝模塊中，這也使功能模塊變得多種多樣，從而有效滿足了電子設備的功能要求。通過模塊基板，可使PCB板部件與半導體器件進行有效連接，目前，市面中的模塊基板主要有Sip模塊、BGA模塊、MCM模塊以及TAB模塊等，隨著模塊基板市場的不斷發展，元器件生產場和半導體廠商也將研發出更多先進的技術方案。

1? 模塊封裝的重要性

近年來，我國在模塊化技術上發展迅速，這使模塊逐漸代替了以往的PCB主板，而這也使模塊封裝技術會給產品性能帶來很大影響。例如，NEC電子公司便將通用微控制器與門列陣集成在PFESIP模塊中，通過PFESIP模塊，能夠充分利用微控制器來削弱噪聲影響，在微控制器與門陣列中，通過直接鍵合將兩者進行連接，并在設計過程中對輸入/輸出緩沖器的驅動力進行了降低，這樣，相比于以往要分別裝入微控制器與門列陣，然后在PCB中進行組裝，這種封裝方法有著更短的布線長度，從而使數據能夠以幾十兆赫茲的速率進行傳輸，并且因噪聲源至緩沖器的輸出電流降低，使其在對數據進行高速率傳輸時，也不會受到噪聲影響。模塊基板的作用主要有兩個，第一個作用是對各種元器件進行集成，以此滿足設備的功能要求，另一個作用則是充分轉接板來進行使用。現階段，我國在芯片制造工藝水平上不斷提高，這也使芯片的面積將變得越來越小，其芯片制造成本也將逐步降低。不過，在芯片工藝發展過程中，轉接板仍舊是造成其成本下降緩慢的重要原因。例如，電子技術的發展，使存儲器具有了更大的容量，并且其邏輯處理能力也顯著增強，這也使邏輯電路與存儲器間需要更大的總線寬度，進而造成轉接板具備更大的布線密度。通常來說，轉接板的布線寬度及間隔需要控制在20μm以內，而且對布線層數也有較高的要求，通常需要對布線進行6～8層的布置，這樣才能使轉接板具備更高的性能。但是，由于轉接板的材料主要是以樹脂基板為主，這也使樹脂基板很難被制作成20μm布線寬度/布線間隔的成品，從而造成轉接板的成本仍舊非常高昂。為了解決該問題，越來越多的企業都紛紛提出相應的技術高案，以此實現對模塊基板的高密度封裝，如利用硅轉接板，將電路連接線在硅芯片上進行制作，或是通過可埋置元器件機板，使其能夠在樹脂基板中對電路和無源元器件進行集成等。由此可見，我國在模塊封裝技術的工藝要求正變得越來越嚴格。

2? 模塊封裝中存在的技術問題

為了使電氣設備的功能要求得到有效滿足，需要將無源元器件集成到硅轉接板之中，該技術又被稱之為IPD技術，IPD技術能夠在封裝基帶電路與RF電路的同時，還能實現對無源元器件的封裝與集成，并可使模塊變得更薄。在應用了IPD技術后，模塊芯片的厚度最小可達到0.3mm，當采用WLCSP來封裝組合硅芯片時，便可不用進行整體封裝。當需要將兩塊芯片的布線層進行貼合時，所制作的CoC模塊最小高度可達到0.7mm左右。除此之外，在2007年的日本東京展會中，東芝公司還展示了一種全新的產品，即硅轉接板，這種硅轉接板的布線寬度及間隔可達到1μm。不過，采用硅轉接板尚有以下技術問題需要進行逐一解決：其一是硅轉接板所集成的元器件存在數量限制，這使其能夠埋置的靜態電容以及電感會非常小，而且無法對電感器進行集成;其二是需要對硅轉接板進行大批量生產，這樣才能降低其制作成本，但只有當IPD的生產量超過100萬個以上時，其制作成本才可與其他模塊封裝技術的成本相同，這也導致其只能適用于有薄度要求但不需要考慮制作成本的模塊制作;其三是由于樹脂轉接板需要與硅轉接板進行共同使用，這使得硅轉接板與主板相連接的一側不能預留引腳，而一旦在轉接板中裝上硅轉接板，便需要通過引腳鍵合來連接，為此，只有確保布線能夠集中在硅轉接板內部進行，以便于對轉接板層數進行削減，才能使制作成本得到有效控制。

3? 半導體工藝技術在模塊封裝中的應用

面對轉接板布線困難的問題，要想解決上述三個技術難題，可以通過半導體工藝的應用來實現，通過在工序的最后環節來對芯片布線進行重新制作，以此代替原有的樹脂轉接板，可使轉接板布線難度大幅降低。這種工藝方法是由飛思卡爾半導體公司所提出的，其在應用該工藝時，需要按照20cm的直徑來對芯片進行硅晶圓排列，然后通過樹脂進行固定，最后通過半導體工藝來重新布置芯片的布線，從而實現對獨立芯片的制作，這種芯片便是RCP芯片。PCB主板與半導體器件進行連接時，可通過該布線層來進行承擔，在布線寬度以及布線間隔方面，目前公司已經研制出兩種規格，分別是30μm/30μm與25μm/25μm。由于RCP芯片的制作工藝并不是采用微細化工藝來制作的，因此在加工難度上比較簡單，有著較高的成品率。在對RCP進行制作時，需要利用樹脂來對排列完畢的無源元器件及若干芯片進行固定，然后再對相應的Sip模塊進行制成，由于在制作中采用了樹脂進行固定，這使得技術人員能夠將線路布置在背面，進而使元器件高度差異得到了有效彌補。還可以將貫通電極設置在樹脂密封部分之中，然后對其封裝的正面與背面進行布線，這樣也可能將其它半導體器件層疊于專賣店裝之上，并通過下部引腳來連接PCB主板。除此之外，其它半導體器件乃至無源元器件也可封裝于RCP芯片之上，從而使其能夠當作模塊基板來進行使用。不過，由于RCP芯片封裝的半導體工藝尚未得到全面普及，這也使其需要結合多家公司來進行聯合的技術研發，這樣才能使該工藝技術得到應用。近年來，LTCC基板、可埋置元件基板等厚度也逐漸達到上限，這也使許多廠商開始對現有的技術方案進行改進，對于可埋置元器件來說，基板厚度一直都是其主要問題，這是因為樹脂絕緣層需要同時埋置芯片與無源元器件，為了解決該問題，TDK公司采用厚度為300μm的基板，然后進行四層布線，并對埋置在基板中的芯片進行研磨，可使厚度降低至50μm。而對于LTCC基板，則通過樹脂來對基板強度進行增強，通過LR襯底的方法，可在降低LTCC基板厚度的同時，使基板面積增加15mm2。

4? 結語

總而言之，隨著電子技術的發展，將有越來越多的工藝技術被應用于模塊封裝中，進而有效解決轉接板布線困難問題，使模塊封裝后具有更薄的厚度，從而使模塊基板能夠有效滿足各類電氣設備的功能要求。

參考文獻

[1] 吳義伯，戴小平，王彥剛，等.IGBT功率模塊封裝中先進互連技術研究進展[J].大功率變流技術，2015（2）：6-11.

[2] 戴小平，王彥剛，吳義伯，等.電動汽車功率半導體模塊封裝的現狀與趨勢[J].電力電子技術，2017，51（9）：34-36.

[3] 黃小娟，王豹子，葉娜，等.IGBT模塊封裝底板的氧化程度對焊接空洞率的影響分析[J].電子產品世界，2016，23（5）：62-64.