3D 封装的定义和特点

3D 封装是一种新型的电子元器件封装技术，它采用三维结构来实现芯片、封装和基板之间的互联，以满足高性能、高可靠性、小尺寸、轻量化、低功耗的要求。

• 特点

• 相比传统二维平面封装，具有更高的可靠性、更低的功耗和更小的封装体积。

• 直接将芯片堆叠起来，通过硅穿孔来连结上下不同芯片的电子讯号。

• 能够在不改变封装体尺寸的前提下，在同一个封装体内于垂直方向叠放两个以上芯片。

• 封装面积更小、功耗更低，拥有超大带宽，但存在严重的散热问题，且在长期可靠性方面受限。

• 优势

• 多功能、高效能，单位体积上的功能及应用成倍提升。

• 大容量高密度，能够在较小的空间内实现更多的功能。

• 降低成本，在尺寸和重量方面，3D 设计替代单芯片封装缩小了器件尺寸、减轻了重量。

• 改善了芯片的许多性能，如尺寸、重量、速度、产量及耗能。

• 技术难点

• 在超高密度硅通孔技术深宽比大于 15∶1 的制备技术中，TSV 硅通孔的孔径在不断缩小的过程中，TSV 孔内绝缘层、粘附层和阻挡层需要进一步降低成本的方案。

• 三维扇出技术的可靠性问题需要解决，例如线宽如何进一步微缩到 1 微米，芯片偏移和重组后晶圆翘曲管控等难题亟待解决。

• 在超高密度芯片堆叠技术中，节距小于 1 微米的超高精度 C2W 无凸点键合技术和装备需要进一步完善。

• 高密度重布线（RDL）技术面临着亚微米级别和大于五层布线的需求，从材料到设备工艺都需要进一步研发升级。

• 三维芯片堆叠的散热方式、材料和工艺需要根据芯片功耗进行优化。

• 3D 封装电性、微区失效分析日趋复杂，需要在测试方面作进一步优化。

TSV 技术的定义和特点

TSV 是英文 Through-Silicon Via 的缩写，即是穿过硅基板的垂直电互连。

• 特点

• 作为唯一的垂直电互连技术，是半导体先进封装最核心的技术之一。

• 具有最短的电传输路径以及优异的抗干扰性能。

• 赋予了芯片纵向维度的集成能力。

• 应用广泛，几乎可以应用于任何芯片的封装以及任何类型的先进封装，包括 LED、MEMS 等。

• 核心技术

• 深硅刻蚀和电镀是现代 TSV 的两项核心技术。

• 应用和优势

• 允许将由不同部分组成的复杂处理器分离在几个不同的芯片上，垂直连接允许更多数量的连接，有助于实现更大的带宽，而无需额外的带宽。

• 能够垂直堆叠多个芯片，大大减少了它们占用的面积。

• 对于像 CMOS Image Sensor（CIS，CMOS 图像传感器）、High Bandwidth Memory（HBM）以及 Silicon interposer（硅转接板）都极其重要。

3D 封装与 TSV 技术的关系

TSV 技术是实现 3D 封装的关键技术之一。通过硅通孔（TSV）铜互连的立体（3D）垂直整合，为 3D 封装提供了有效的垂直电连接方式。

• 硅片通孔（TSV）是三维叠层硅器件技术的最新进展，利用短的垂直电连接或通过硅晶片 的“通孔”，以建立从芯片的有效侧到背面的电连接，为最终的 3D 集成创造了一条途径。

• 由于 TSV 技术的诞生，半导体裸片和晶圆可以实现以较高的密度互连堆叠在一起，这也成为了先进封装技术的标志之一。

• 赛微电子指出 TSV（硅通孔）技术同时是实现 3D（三维）系统集成封装所必须的首要工艺，该项技术拥有良好的应用前景。

3D 封装与 TSV 技术的区别

• 3D 封装是一种封装形式，强调的是芯片的堆叠和整体封装结构，旨在实现更高的集成度、性能和更小的封装体积。

• TSV 技术则侧重于提供芯片之间的垂直电互连通道，是实现 3D 封装中芯片高效互联的关键手段之一。

• TSV 技术存在一些工艺和技术难点，如通孔的形成、相关特殊晶片的制作、通孔的金属化和 TSV 键合等。而 3D 封装面临的挑战更多在于散热、长期可靠性、高密度堆叠的精度控制等方面。

先进芯片封装清洗介绍

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