3D封裝材料技術(shù)及其優(yōu)點

隨著移動電話等電子器件的不斷飛速增長，這些器件中安裝在有限襯底面積上的半導(dǎo)體封裝也逐漸變小變薄。3D封裝對減少裝配面積非常有效。此外，系統(tǒng)級封裝(SiP)技術(shù)(將二個或多個芯片安裝在一個封裝件中)對于提高處理速度和改善功耗的作用顯著(圖1)。為滿足這一要求，不僅是每一種封裝材料的特性非常重要，而且這些材料的組合也變得很重要。

　　本文重點介紹了材料、材料設(shè)計技術(shù)以及二者的結(jié)合，例如多芯片疊層封裝、用于堆疊封裝的環(huán)氧模塑料和襯底以及用于先進倒裝芯片封裝的底充膠材料。

　　3D封裝用的先進材料技術(shù)

　　先進封裝(包括3D封裝)將用到各種不同的材料。例如前道材料中的低K材料、緩沖涂層和CMP研磨料，后道材料中的芯片鍵合膜、漿料、環(huán)氧模塑料、液態(tài)模封材料、襯底、阻焊劑等等。采用這些材料可以制作各種各樣的先進封裝。

　　用于多芯片疊層封裝的芯片鍵合膜

　　存儲器件廣泛關(guān)注多芯片疊層封裝能否實現(xiàn)性能更高、體積更小且更薄。圖2(上)示出了多芯片疊層封裝的典型結(jié)構(gòu)和發(fā)展趨勢。此時，芯片鍵合膜(DAF)的性質(zhì)對提高封裝性能極為重要。晶圓厚度與日俱減，堆疊芯片的數(shù)目則不斷增加。由此產(chǎn)生了下列問題(圖2下)：DAF層壓DAF后薄晶圓的翹曲;將芯片粘到襯底后封裝的翹曲;熱循環(huán)測試過程中的分層和芯片破裂。

　　為了解決這些問題，研發(fā)了用于DAF的新穎聚合物合金系統(tǒng)。這一材料的彈性模量低，抗熱性能好，能有效地減少疊層CSP的翹曲和熱應(yīng)力。

　　堆疊封裝(PoP)用的環(huán)氧模塑料和襯底

　　PoP是堆積一個或多個芯片封裝的安裝形式。一般說來，PoP是將存儲器封裝堆疊在邏輯封裝之上，以節(jié)省PCB空間。由于在PoP中的總封裝高度增加了，必須盡可能減薄襯底和模塑材料的厚度(圖3)。較薄封裝的麻煩之處是PoP的連接問題，這一點在頂層封裝和底層封裝的翹曲程度不一樣時尤為嚴重。所以，控制或減少每一封裝的翹曲很重要。由于襯底、環(huán)氧模塑料(EMC)和底充膠材料(UF)的熱膨脹性質(zhì)直接影響封裝的翹曲，因此，調(diào)整這些材料的性質(zhì)比過去更為重要。

　　襯底和EMC的熱膨脹系數(shù)(CTE)對封裝的翹曲有直接影響。用新樹脂系材料可以開發(fā)出適合于薄封裝的低熱膨脹系數(shù)襯底和高熱膨脹系數(shù)EMC.

　　先進倒裝芯片封裝用的底充膠材料

　　如表1所示，倒裝芯片封裝的發(fā)展趨勢是密度更高、芯片與襯底間間隙更窄、芯片尺寸更大、速度更快(更低k值)。低應(yīng)力和窄間隙填充將來對底充膠材料越來越重要。另外，對超窄間隙封裝和硅通孔(TSV)封裝來說，迫切需要像不流動的底充膠材料和底充膠膜等預(yù)涂材料。正在開發(fā)滿足這一需求的新穎高強度樹脂系材料，這些材料對減少低k大芯片的破裂很有用。最新開發(fā)的底充膠膜特別適用于減少一些綜合工藝步驟。