山東大學(xué)（威海）機(jī)電與信息工程學(xué)院 周梓博 翟 強(qiáng)

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(duì)微電子3D封裝技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)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(yīng)用范圍以及發(fā)展方向等，以期為我國(guó)微電子行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展起到一定的推動(dòng)作用。

自21世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)大力推動(dòng)電子信息技術(shù)的高質(zhì)量發(fā)展。時(shí)至今日，微電子封裝技術(shù)不僅成為衡量國(guó)家科技硬實(shí)力的一項(xiàng)重要指標(biāo)，還成為當(dāng)今我國(guó)工業(yè)信息社會(huì)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(lǐng)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(lǐng)域都具有極高的應(yīng)用價(jià)值?；诖?，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(jī)理簡(jiǎn)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(shì)如下：

●采用“疊裝互連”的封裝方法，推動(dòng)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(jìn)行規(guī)?；纳a(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(yùn)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(lái)發(fā)展趨勢(shì)。

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(jī)理

在2D平面電子封裝的基礎(chǔ)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(shí)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(xì)金屬線，使芯片的I/O端與對(duì)應(yīng)的封裝引腳或基板上布線焊區(qū)互連，再此基礎(chǔ)上利用加熱、加壓、超聲波能量等營(yíng)造塑性變形，使金屬引線與基板焊盤(pán)緊密焊合。由此實(shí)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(jiǎn)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(dǎo)電性的基礎(chǔ)下即可實(shí)現(xiàn)孔內(nèi)金屬焊點(diǎn)和金屬層在垂直方向的互相連通，由此完成硅片穿孔過(guò)程。

1.2.2 疊層型3D封裝技術(shù)的應(yīng)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(shì)，因此其在便攜式電子產(chǎn)品領(lǐng)域具有極為廣泛的應(yīng)用，例如：移動(dòng)端設(shè)備、mp3、數(shù)碼相機(jī)等小型電子產(chǎn)品。

另一方面，在我國(guó)不斷推進(jìn)芯片技術(shù)的過(guò)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(shí)間的增加，組成芯片的各元件壽命降低，會(huì)導(dǎo)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(diǎn)，則可以在降低生產(chǎn)成本的同時(shí)，提高芯片運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程的工作速度。如圖4所示。

圖4 硅片穿孔式工作簡(jiǎn)圖

2 微電子3D封裝的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

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

●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(dú)立芯片封裝轉(zhuǎn)為系統(tǒng)集成封裝。

不僅如此，近年來(lái)在移動(dòng)便攜設(shè)備的需求量激增和大眾對(duì)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(shì)，致力于將電子設(shè)備最小化的同時(shí)保留其完整的功能性。在將設(shè)備性能、綜合工藝、封裝空間、封裝性價(jià)比等優(yōu)勢(shì)資源整合后，微電子3D封裝技術(shù)已達(dá)到規(guī)模化生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)，為未來(lái)電子信息市場(chǎng)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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(jìn)電子信息產(chǎn)業(yè)的變革升級(jí)。

時(shí)至今日，科技發(fā)展是推動(dòng)國(guó)家硬實(shí)力發(fā)展的第一引擎，隨著國(guó)家和社會(huì)各界對(duì)微電子封裝行業(yè)的大力投入以及重視，不斷推進(jìn)微電子封裝技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越成為高科技武裝中國(guó)的一條必由之路。