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堆叠芯片封装技术的研究
李真
上海交通大学微电子学院,上海 (200030)
英特尔亚太研发有限公司,上海 (200241)
E-mail:lzdiana@163.com
摘 要:在集成电路芯片封装领域中,如何在保证不影响芯片功能和不增大封装体积的同时,
降低封装成本并提高生产效率,在国际上已成为一项非常重要和迫切的研究课题。旨在解决
此问题的堆叠内存芯片封装是一项将不同功能和大小的多个芯片堆叠并封装在一起的新技
术。本文首先回顾了集成电路芯片封装技术的发展,在详细分析了堆叠芯片封装技术现状后,
通过与其他封装技术的比较,指出了该项技术具有长远的发展前景。
关键词:封装;堆叠内存芯片封装
中图分类号:TN305.94
1.引言
电子器件和IC 器件的封装复杂程度大大增加了,新型封装结构的引入也越来越快。这
种封装形式的快速增多,归因于器件和系统应用在技术和成本方面对封装的要求。随着封装
越来越复杂,电子元件制造商也面临着困难的抉择,即必须将最终产品的功能块分割成单个
的封装。将系统集成在一个IC 封装体(单封装系统-SIP)迅速成为许多高性能小体积封装
的选择方案。
这些发展趋势使得供应链更加复杂,而且一系列的技术挑战也需要在器件、封装、终端
系统设计、制造公司之间开展更加紧密的合作才能克服。
封装形式的激增,首先是半导体器件和终端系统级产品技术持续进步的结果。从器件方
面,更小尺寸的光刻、更高的工作频率、更高的功率消耗、与其它元件的更多的互连,这些
都导致封装结构和组装技术的持续发展。功能更加丰富的终端产品的薄型化、小型化要求也
增加了对现有封装的要求。因此,整个电子供应链的成本压力会越来越大。人们必须正确地
选择和应用一种最低成本的封装结构,使其能恰好满足终端产品和器件的要求。如果在早期
设计阶段不去充分考虑这一点,那么,在市场应用方面将会产生重大的不利影响。
三维封装(3D packaging )代表了一种新的发展方向,被广泛应用在小体积的 SiP 应用
上。封装体内硅的堆叠将不同类型的器件像单一芯片那样堆叠集成在同一封装体内。当今世
界上,绝大多数手机的生产使用了这一技术。通常,FLASH 和 SRAM 存储器堆叠在单个芯
片级封装(CSP )内。2.5G 和 3G 手机,功能更强,需要更高水平的集成。许多公司将数字
基带处理器器件与其它附加功能,如 MP3 解码和 GPS 处理等,集成到更大容量的存储器器
件之中,做成堆叠结构,即本文将要详细讨论的堆叠芯片封装技术。
为了适应单个 IC 封装内的垂直堆叠,已经开发了一系列的专用技术。封装工艺中极薄
芯片(薄至 50 微米) 的加工是技术难点。有时,必须把芯片堆叠在同样尺寸的芯片上。这就
必须使用低线弧高度键合,并添加芯片间隔层以隔离金线。有时候,要将较大的芯片堆叠在
较小的芯片上,这时,上层芯片的悬空部分必须进行无损互连。当前在手机和 PDA 的大批
量生产方面,倾向于使用 3 个和 4 个芯片的堆叠在一起。7 种或 8 种有源器件的堆叠已经得
到评价和认证,但是还存在 I/O 分配和器件互连等设计方面的问题有待解决。
正是器件和系统技术的革新带动了对传统 IC 封装的需求,刺激了封装技术的改进和提
高。由于应用变得更加苛刻,必须发展封装技术,以最低成本提供最佳的解决方案。
新的封装技术带来了加工成本的降低,从而消除了从前封装增长方面的许多障碍。这一
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情况带来了新的问题,必须在较短的时间里提供大量定制化的封装解决方案。封装集成技术
的进步,使得更小更好的终端产品的生产成为可能,但是对传统的电子供应链提出了挑战。
半导体、封装和 OEM 之间必须开展新的更高水平的合作,才能向市场提供这些先进的产品。
2 .半导体封装技术的发展
2.1 传统的集成电路封装技术的改进
尽管面型阵列封装的广泛采用大大改变了 IC 封装的性质,但
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