3D封裝材料技術及其優點簡介

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，系統級封裝(SiP)技術(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、材料設計技術以及二者的結合，例如多芯片疊層封裝、用于堆疊封裝的環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

　　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、環氧模塑料、液態模封材料、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

　　存儲器件廣泛關注多芯片疊層封裝能否實現性能更高、體積更小且更薄。圖2(上)示出了多芯片疊層封裝的典型結構和發展趨勢。此時，芯片鍵合膜(DAF)的性質對提高封裝性能極為重要。晶圓厚度與日俱減，堆疊芯片的數目則不斷增加。由此產生了下列問題(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;熱循環測試過程中的分層和芯片破裂。

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

　　堆疊封裝(PoP)用的環氧模塑料和襯底

　　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、環氧模塑料(EMC)和底充膠材料(UF)的熱膨脹性質直接影響封裝的翹曲，因此，調整這些材料的性質比過去更為重要。

　　襯底和EMC的熱膨脹系數(CTE)對封裝的翹曲有直接影響。用新樹脂系材料可以開發出適合于薄封裝的低熱膨脹系數襯底和高熱膨脹系數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涂材料。正在開發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。最新開發的底充膠膜特別適用于減少一些綜合工藝步驟。