微電子3D封裝技術發展

山東大學（威海）機電與信息工程學院 周梓博 翟 強

隨著電子信息技術產業的飛速發展，電子產品向著小型化、多功能化、高集成化等方向發展，而微電子封裝技術作為電子信息技術的核心，更是扮演著極為重要的角色。本文對微電子3D封裝技術進行了簡要介紹，并著重探討了疊層型3D封裝技術的技術現狀、應用范圍以及發展方向等，以期為我國微電子行業的高質量發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的高質量發展。時至今日，微電子封裝技術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信息社會發展最快、最重要的技術之一。而3D封裝技術作為微電子封裝領域發展前景最好、最具代表性的技術，其在信息、能源、通訊等各類新興產業領域都具有極高的應用價值。基于此，關于微電子3D封裝技術研究發展的探究具有重大意義。

1 微電子三維（3D）封裝技術的研究

1.1 3D封裝技術的種類

目前該技術主要有三種：疊層型3D封裝（PoP）、硅圓片規模集成封裝（WSI）以及埋置型3D封裝。如圖1所示。

圖1 3D封裝技術種類及工作機理簡圖

目前，在所有3D封裝技術中發展最為迅速的是疊層型3D封裝，其主要優勢如下：

●采用“疊裝互連”的封裝方法，推動封裝的體積向小型化發展；

●相比之下，疊層型3D封裝具有更好的兼容性，易于進行規模化的生產；

●3D封裝技術功耗小，可使3D元件以更快的轉換速度運轉，提高工作效率。

下文將著重介紹疊層型3D封裝技術的研究和未來發展趨勢。

1.2 疊層型3D封裝技術的研究

1.2.1 疊層型3D封裝技術的工作機理

在2D平面電子封裝的基礎上，利用高密度的互連技術，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，實現高帶寬、低功耗，如今3D封裝已從芯片堆疊發展到封裝堆疊。

1.2.2 疊層型3D封裝技術的類型

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構

其中的裸芯片疊層（硅片疊層）安裝互連技術分為兩種：

（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孔內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封裝技術的應用

一方面，由于該技術具有體積小、多功能性、集成度高的優勢，因此其在便攜式電子產品領域具有極為廣泛的應用，例如：移動端設備、mp3、數碼相機等小型電子產品。

另一方面，在我國不斷推進芯片技術的過程中，阻礙其發展的一大因素是芯片的數據傳輸速度。隨著芯片工作時間的增加，組成芯片的各元件壽命降低，會導致芯片間的數據傳輸速度變慢。而疊層型3D封裝技術具有高效率、規模化程度高的特點，則可以在降低生產成本的同時，提高芯片運轉過程的工作速度。如圖4所示。

圖4 硅片穿孔式工作簡圖

2 微電子3D封裝的未來發展趨勢

目前3D封裝技術在芯片中的應用是一大發展趨勢，芯片技術作為衡量國家科技實力的核心技術，要實現質的飛躍必然需要在研究方法中尋求創新。該技術在芯片中的應用具有以下特點：

●由二維到三維，從平面型封裝轉為立體型封裝；

●單芯片轉為多芯片發展；

●獨立芯片封裝轉為系統集成封裝。

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品的狂熱追求下，立體封裝和系統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、封裝性價比等優勢資源整合后，微電子3D封裝技術已達到規模化生產的標準，為未來電子信息市場打下了堅實的基礎。

微電子技術作為微電子制造技術的分支，不僅能夠提高集成電路產品的天花板，還有助于確保各類電子產品的質量，從而促進電子信息產業的變革升級。

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