李振華+加海+田光偉

摘要：在目前的集成電路市場(chǎng)上的發(fā)展趨勢(shì)是逐漸微小化和多功能化，比如手機(jī)、PAD、便攜傳感器等等，所展現(xiàn)的體積越來越小，但是表現(xiàn)出來的功能卻越來越強(qiáng)大。本次文章重點(diǎn)介紹了SIP封裝堆疊工藝的技術(shù)進(jìn)展。

關(guān)鍵詞：堆疊封裝、技術(shù)進(jìn)展、組裝流程。

1 微電子封裝技術(shù)概述

第二十一世紀(jì)是信息科學(xué)與技術(shù)的世紀(jì)。社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與信息科學(xué)技術(shù)的發(fā)展程度密切相關(guān)。一個(gè)國家的信息化程度已成為衡量一個(gè)國家現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，微電子技術(shù)得到了極大的發(fā)展。微電子技術(shù)是信息技術(shù)的基礎(chǔ)，它的發(fā)展促進(jìn)了現(xiàn)代電子工業(yè)的發(fā)展，尤其是通信、計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展。微電子系統(tǒng)的小型化、高性能、高密度和高可靠性要求導(dǎo)致微電子封裝設(shè)計(jì)和制造技術(shù)的不斷發(fā)展。為了滿足移動(dòng)電話、數(shù)碼相機(jī)和其他無線設(shè)備的發(fā)展要求，逐漸開發(fā)出越來越多的先進(jìn)技術(shù)，如BGA、CSP、SIP、WLP、POP的出現(xiàn)。電子封裝已成為當(dāng)今世界上一個(gè)獨(dú)立的重要產(chǎn)業(yè)，它已成為集成電路設(shè)計(jì)、集成電路制造和集成電路測(cè)試的四大支柱產(chǎn)業(yè)。隨著綠色環(huán)保電子時(shí)代的到來，微電子封裝技術(shù)必將面臨更大的挑戰(zhàn)和機(jī)遇，并將具有廣闊的市場(chǎng)前景。

2 堆疊封裝（Package on Package，PoP）技術(shù)

堆疊封裝POP技術(shù)的發(fā)展在推動(dòng)了電子產(chǎn)品向高可靠性、低能耗、低制造成本和小尺寸方面起到了重要的作用。底部模塊使用倒裝封裝，從而降低了堆疊封裝產(chǎn)品的總體高度，通過采用多層的PoP技術(shù)在每一層上封裝芯片，封裝芯片的數(shù)目比其他的封裝形式多。新的穿透模塑通孔（TMV）技術(shù)的使用減小了底部封裝模塊的厚度，減少制造的成本。因此，堆疊封裝PoP封裝形式成為大多數(shù)的移動(dòng)電子產(chǎn)品的首選，得到了人們的廣泛認(rèn)可，并且隨著堆疊PoP的技術(shù)不斷改善提高，堆疊封裝PoP必將是三維封裝技術(shù)重要部分。

2.1 PoP封裝簡(jiǎn)介

伴隨著移動(dòng)電子產(chǎn)品市場(chǎng)在人們生活中重要性的提高，堆疊封裝PoP技術(shù)已經(jīng)是目前主要的三維封裝技術(shù)的解決方案。堆疊封裝PoP可以在裝配前單獨(dú)對(duì)各個(gè)產(chǎn)品進(jìn)行良品率測(cè)試，從而使總的制造成本降低。目前一些先進(jìn)的移動(dòng)電子設(shè)備生產(chǎn)廠商都使用了PoP。目前，PoP由頂層和底層通過堆疊的形式封裝而成，頂層模塊包括邏輯芯片，底層模塊包括了存儲(chǔ)芯片，底層是采用引線鍵合或倒裝封裝的器件，底部模塊的下表面存在有很多的引腳，上表面是焊盤。通常，采用回流焊工藝使頂層和底層互連。

堆疊封裝PoP具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）封裝體的尺寸小，質(zhì)量輕；（2）頂層封裝模塊和底層封裝模塊的電子元件可以在組裝前進(jìn)行測(cè)試并替換，使得瑕疵率大大降低、良品比率升高，成本也大度下降；（3）在采取垂直互連的方式對(duì)上層和下層進(jìn)行連接，大大的減小了引線長度，減少了寄生電容、寄生電感，電源損耗減小，信號(hào)的傳輸速度更快；（4）模塊中的存儲(chǔ)芯片和邏輯芯片可以由不同的商家提供，使產(chǎn)品的生產(chǎn)時(shí)間縮短，效率提高。

2.2 PoP封裝的發(fā)展

信息產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展使半導(dǎo)體集成電路的集成度越來越高，封裝引腳數(shù)目增多，出現(xiàn)多種形式的高密度封裝，在倒芯片技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上出現(xiàn)了元件堆疊技術(shù)。經(jīng)過十多年的不斷發(fā)展，PoP封裝技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)成為移動(dòng)電子產(chǎn)品的主要封裝形式，堆疊元件的層數(shù)為2層到8層，國內(nèi)外頂級(jí)封裝測(cè)試生產(chǎn)商如日月光集團(tuán)（Advanced SemiconductorEngineering，ASE）、安靠封裝測(cè)試有限公司（Amkor Technology）、星科金朋（STATSChip PAC）等都有自己的PoP封裝形式。

移動(dòng)電子產(chǎn)品主要需要解決的是信號(hào)的高速傳輸問題，即要求信號(hào)高速傳輸，增加輸入/輸出引腳數(shù)。在IC封裝方面專家的協(xié)同設(shè)計(jì)和共同開發(fā)下封裝模塊引腳間距尺寸將進(jìn)一步縮小以確保下一代PoP的成本和性能最佳。

2003面，首次提出了一種新的PoP解決方案，是在一個(gè)封裝體內(nèi)將邏輯器和存儲(chǔ)器共同集成在一起。由于這種方式展現(xiàn)出來的巨大潛力，PoP在一段時(shí)間內(nèi)得到人們的強(qiáng)烈關(guān)注。然而，由于智能手機(jī)長期沒有普及和技術(shù)上的原因，PoP暫時(shí)消失了。

在2007年的時(shí)候，蘋果公司發(fā)布了令世界側(cè)目的iphone。一經(jīng)發(fā)布，便拆開給大家展示出來，此時(shí)，PoP技術(shù)重新得到人們的強(qiáng)烈關(guān)注。之后的幾年，隨著人們的需求漸漲，全世界主流的手機(jī)制造商均開始使用這種技術(shù)，這是能夠引領(lǐng)產(chǎn)品快遞發(fā)展的催化劑。我們所接觸到的每一部手機(jī)，里面至少都含有一個(gè)疊層封裝，并且，還在有不斷增加的趨勢(shì)。

幾乎可以說，人們需求的增加，促進(jìn)了手機(jī)的加速發(fā)展，同時(shí)也促進(jìn)了封裝技術(shù)不斷的改革和創(chuàng)新。在手機(jī)剛剛發(fā)展出來的時(shí)候，僅僅只有相互撥打電話和互發(fā)短信的簡(jiǎn)單功能，手機(jī)里只有基本的處理器以及非常小容量的內(nèi)存。但是在現(xiàn)在，手機(jī)已經(jīng)有了豐富的功能，任何事情都可以在手機(jī)上處理完畢，只有你想不到的，沒有你做不到的，其內(nèi)部的處理器不亞于電腦，并且存儲(chǔ)力也越來越大。這也是基于PoP的技術(shù)。

數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)，在未來幾年內(nèi)，智能高端手機(jī)市場(chǎng)的年復(fù)合增長率將達(dá)到25%，而到2014年底，全球手機(jī)產(chǎn)量預(yù)計(jì)將達(dá)到13億左右。因?yàn)槭謾C(jī)中邏輯加存儲(chǔ)是有著標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的，所以在這一塊會(huì)有越來越多的供應(yīng)商，PoP更容易實(shí)現(xiàn)高密度包裝，并且其成本會(huì)越來越低，其技術(shù)優(yōu)勢(shì)將使POP有更廣闊的應(yīng)用前景。

隨著許多新產(chǎn)品的采用，它的前景也越來越非常光明，但還是需要進(jìn)行性能改進(jìn)、形狀因子降低和不同的內(nèi)存配置和接口。它現(xiàn)在正處于快速發(fā)展階段，和多樣化，以滿足日益增長的需求。PoP已經(jīng)證明它的成熟，其他應(yīng)用程序也受益于它的使用，將不僅僅局限在手機(jī)上。

隨著POP的廣泛應(yīng)用，POP生產(chǎn)線的產(chǎn)品產(chǎn)量和產(chǎn)品的服務(wù)可靠性越來越受到人們的重視。目前，焊接生產(chǎn)線中出現(xiàn)的缺陷，原因主要有兩點(diǎn)，一是不完全融合的焊料回流焊工藝，二是由于在加熱過程中芯片翹曲使得加熱熔融焊料的液橋斷裂，但當(dāng)在冷卻后不能及時(shí)融合。與此同時(shí)，影響使用年限的一個(gè)重要因素是焊點(diǎn)上的的拉伸應(yīng)力和壓應(yīng)力。很明顯，焊點(diǎn)的拉伸和壓縮應(yīng)力是由芯片的熱翹曲引起的。在不久的將來，POP將面臨更小的芯片封裝尺寸的挑戰(zhàn)，并且熱翹曲的影響將更加突出。因此，對(duì)芯片熱翹曲變形的研究已成為解決POP器件成品率和使用可靠性問題的前提。endprint

在此之前，研究芯片熱變形的主要方法是利用有限元模擬方法模擬芯片的結(jié)構(gòu)，并通過合理應(yīng)用載荷，來進(jìn)行分析，之后得到結(jié)果。然而，由于芯片翹曲，它的變形導(dǎo)致了焊球共面的破壞，焊點(diǎn)形狀也是千差萬別，在焊點(diǎn)的拉應(yīng)力的精確分析的有限元法仿真建模和網(wǎng)格劃分時(shí)遇到的大問題，因此，對(duì)新研究的建模過程的簡(jiǎn)化方法具有重要的實(shí)用價(jià)值。

3 封裝堆疊 Po P 的組裝流程

PoP在組裝時(shí)要考慮元器件間的間隙，以減小元器件之間的應(yīng)力，提高封裝器件的良品率和可靠性。在板PoP的典型工藝流程，包括以下的主要過程：采用印刷設(shè)備將焊膏印刷在 PCB板上，通過表面貼裝技術(shù)將底部的元器件和其他器件貼裝在PCB板上，拾取頂部的模塊浸蘸焊膏或助焊劑，它連接到底部模塊。在回流焊爐中，電路板回流焊接，在電路板上的焊料球陣列中注入較低的填料，填充固定。

4 結(jié)論

PoP（Package on Package）堆疊裝配技術(shù)的出現(xiàn)更加模糊了一級(jí)封裝與二級(jí)裝配之間的界線，大大提高了邏輯運(yùn)算功能和存儲(chǔ)空間的同時(shí)，也為用戶提供了一種可能的組合裝置的自由選擇，生產(chǎn)成本可更有效地控制。對(duì)于3G手機(jī)來說，PoP絕對(duì)是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。毫無疑問，隨著小型化的高密度封裝的出現(xiàn)，對(duì)于高速和高精度的組裝要求變得越來越重要。相關(guān)的裝配設(shè)備和工藝也更先進(jìn)，高度靈活。其技術(shù)必須經(jīng)受新的挑戰(zhàn)。

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