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三維半導(dǎo)體堆疊技術(shù),促進(jìn)半導(dǎo)體封裝領(lǐng)域的變革性發(fā)展


近年來(lái)半導(dǎo)體封裝技術(shù)的六大發(fā)展趨勢(shì)。分析這些趨勢(shì)有助于我們了解封裝技術(shù)如何不斷演變并發(fā)揮作用。

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▲圖4:半導(dǎo)體封裝技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

首先,由于散熱已經(jīng)成為封裝工藝的一個(gè)重要因素,因此人們開(kāi)發(fā)出了熱傳導(dǎo)【6】性能較好的材料和可有效散熱的封裝結(jié)構(gòu)。

【6】熱傳導(dǎo):指在不涉及物質(zhì)轉(zhuǎn)移的情況下,熱量從溫度較高的部位傳遞到相鄰溫度較低部位的過(guò)程。

可支持高速電信號(hào)傳輸?shù)姆庋b技術(shù)也成為了一種重要發(fā)展趨勢(shì),因?yàn)榉庋b會(huì)限制半導(dǎo)體產(chǎn)品的速度。例如,將一個(gè)速度達(dá)每秒20千兆 (Gbps) 的半導(dǎo)體芯片或器件連接至僅支持每秒2千兆(Gbps) 的半導(dǎo)體封裝裝置時(shí),系統(tǒng)感知到的半導(dǎo)體速度將為每秒2千兆 (Gbps)。由于連接至系統(tǒng)的電氣通路是在封裝中創(chuàng)建,因此無(wú)論芯片的速度有多快,半導(dǎo)體產(chǎn)品的速度都會(huì)極大地受到封裝的影響。這意味著,在提高芯片速度的同時(shí),還需要提升半導(dǎo)體封裝技術(shù),從而提高傳輸速度。這尤其適用于人工智能技術(shù)和5G無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)。鑒于此,倒片封裝【7】和硅通孔(TSV)【8】等封裝技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生,為高速電信號(hào)傳輸提供支持。

【7】倒片封裝(Flip Chip):一種通過(guò)將凸點(diǎn)朝下安裝于基板上,將芯片與基板連接的互連技術(shù)。

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【8】硅通孔(TSV):一種可完全穿過(guò)硅裸片或晶圓實(shí)現(xiàn)硅片堆疊的垂直互連通道。

另一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)是三維半導(dǎo)體堆疊技術(shù),它促進(jìn)了半導(dǎo)體封裝領(lǐng)域的變革性發(fā)展。過(guò)去,一個(gè)封裝外殼內(nèi)僅包含一個(gè)芯片,而如今可采用多芯片封裝(MCP)和系統(tǒng)級(jí)封裝(SiP)【9】等技術(shù),在一個(gè)封裝外殼內(nèi)堆疊多個(gè)芯片。


【9】系統(tǒng)級(jí)封裝(SiP):一種將多個(gè)器件整合在單個(gè)封裝體內(nèi)構(gòu)成一個(gè)系統(tǒng)的封裝技術(shù)。

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封裝技術(shù)還呈現(xiàn)半導(dǎo)體器件小型化的發(fā)展趨勢(shì),即縮小產(chǎn)品尺寸。隨著半導(dǎo)體產(chǎn)品逐漸被用于移動(dòng)甚至可穿戴產(chǎn)品,小型化成為客戶(hù)的一項(xiàng)重要需求。為了滿(mǎn)足這一需求,許多旨在減小封裝尺寸的技術(shù)隨之而誕生。


此外,半導(dǎo)體產(chǎn)品正越來(lái)越多地應(yīng)用于各種環(huán)境中。除了健身房、辦公室或住宅等日常環(huán)境,熱帶雨林、極地地區(qū)、深海甚至太空等環(huán)境中也能見(jiàn)到半導(dǎo)體的身影。由于封裝的基本作用是保護(hù)半導(dǎo)體芯片和器件,因此需要開(kāi)發(fā)高度可靠的封裝技術(shù),確保半導(dǎo)體產(chǎn)品在此類(lèi)極端環(huán)境下也能正常工作。


最后,由于半導(dǎo)體封裝是最終產(chǎn)品,封裝技術(shù)不僅要實(shí)現(xiàn)預(yù)期功能,還要具有較低的制造成本。


除了上述旨在推進(jìn)封裝技術(shù)特定作用的發(fā)展趨勢(shì),促使封裝技術(shù)發(fā)生演變的另一個(gè)驅(qū)動(dòng)力是整個(gè)半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展。在圖5中,紅色線(xiàn)條表示自20世紀(jì)70年代以來(lái)裝配過(guò)程中安裝的印刷電路板(PCB)【10】的特征尺寸變化情況,綠色線(xiàn)條則表示晶圓上CMOS晶體管的特征尺寸變化情況。縮小特征尺寸有助在印刷電路板和晶圓上繪制更小的圖案。


【10】印刷電路板(PCB):由電路組成的半導(dǎo)體板,且元件焊接在電路板表面。這些電路板通常用于電子設(shè)備中。

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▲圖5:隨著時(shí)間的推移,晶圓和 印刷電路板特征尺寸的變化情況


20世紀(jì)70年代,印刷電路板與晶圓的特征尺寸差異較小。如今,晶圓正在步入量產(chǎn)階段,同時(shí)特征尺寸小于10納米(nm)的CMOS晶體管也在開(kāi)發(fā)中,而印刷電路板的特征尺寸依然在100微米(um)的范圍。兩者特征尺寸的差距在過(guò)去幾十年里顯著擴(kuò)大。


由于主板以面板的形式制造,且受到成本節(jié)約策略等因素的影響,印刷電路板的特征尺寸變化不大。然而,隨著光刻技術(shù)的進(jìn)步,CMOS晶體管的特征尺寸大幅縮小,這使得CMOS晶體管的尺寸與印刷電路板的尺寸差距逐漸拉大。但問(wèn)題在于,半導(dǎo)體封裝技術(shù)需要對(duì)從晶圓上切割下來(lái)的芯片進(jìn)行個(gè)性化定制,并將其安裝到印刷電路板上,因此就需要彌補(bǔ)印刷電路板和晶圓之間的尺寸差距。過(guò)去,兩者在特征尺寸上的差異并不明顯,因而可以使用雙列直插式封裝(DIP)【11】或鋸齒型單列式封裝(ZIP)【12】等通孔技術(shù),將半導(dǎo)體封裝引線(xiàn)插入印刷電路板插座內(nèi)。然而,隨著兩者特征尺寸差異不斷擴(kuò)大,就需要使用薄型小尺寸封裝(TSOP)等表面貼裝技術(shù)(SMT)【13】將引線(xiàn)固定在主板表面。隨后,球柵陣列(BGA)、倒片封裝、扇出型晶圓級(jí)芯片尺寸封裝(WLCSP)【14】及硅通孔(TSV)等封裝技術(shù)相繼問(wèn)世,以彌補(bǔ)晶圓和主板之間不斷擴(kuò)大的尺寸差異。


【11】雙列直插式封裝(DIP):一種電氣連接引腳排列成兩行的封裝技術(shù)。

【12】鋸齒型單列式封裝(ZIP):一種引腳排列成鋸齒型的封裝技術(shù),是雙列直插式封裝的替代技術(shù),可用于增加安裝密度。

【13】表面貼裝技術(shù)(SMT):一種通過(guò)焊接將芯片安裝到系統(tǒng)板表面的封裝方法。

【14】晶圓級(jí)晶片尺寸封裝(WLCSP):一種在晶圓級(jí)封裝集成電路的技術(shù),是倒片封裝技術(shù)的一個(gè)變體。扇出型晶圓級(jí)芯片尺寸封裝(WLCSP)的特點(diǎn)在于連接超出(“扇出”)芯片表面。

半導(dǎo)體堆疊技術(shù)芯片封裝清洗:

合明科技研發(fā)的水基清洗劑配合合適的清洗工藝能為芯片封裝前提供潔凈的界面條件。

水基清洗的工藝和設(shè)備配置選擇對(duì)清洗精密器件尤其重要,一旦選定,就會(huì)作為一個(gè)長(zhǎng)期的使用和運(yùn)行方式。水基清洗劑必須滿(mǎn)足清洗、漂洗、干燥的全工藝流程。

污染物有多種,可歸納為離子型和非離子型兩大類(lèi)。離子型污染物接觸到環(huán)境中的濕氣,通電后發(fā)生電化學(xué)遷移,形成樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)體,造成低電阻通路,破壞了電路板功能。非離子型污染物可穿透PC B 的絕緣層,在PCB板表層下生長(zhǎng)枝晶。除了離子型和非離子型污染物,還有粒狀污染物,例如焊料球、焊料槽內(nèi)的浮點(diǎn)、灰塵、塵埃等,這些污染物會(huì)導(dǎo)致焊點(diǎn)質(zhì)量降低、焊接時(shí)焊點(diǎn)拉尖、產(chǎn)生氣孔、短路等等多種不良現(xiàn)象。

這么多污染物,到底哪些才是最備受關(guān)注的呢?助焊劑或錫膏普遍應(yīng)用于回流焊和波峰焊工藝中,它們主要由溶劑、潤(rùn)濕劑、樹(shù)脂、緩蝕劑和活化劑等多種成分,焊后必然存在熱改性生成物,這些物質(zhì)在所有污染物中的占據(jù)主導(dǎo),從產(chǎn)品失效情況來(lái)而言,焊后殘余物是影響產(chǎn)品質(zhì)量最主要的影響因素,離子型殘留物易引起電遷移使絕緣電阻下降,松香樹(shù)脂殘留物易吸附灰塵或雜質(zhì)引發(fā)接觸電阻增大,嚴(yán)重者導(dǎo)致開(kāi)路失效,因此焊后必須進(jìn)行嚴(yán)格的清洗,才能保障電路板的質(zhì)量。

合明科技運(yùn)用自身原創(chuàng)的產(chǎn)品技術(shù),滿(mǎn)足芯片封裝工藝制程清洗的高難度技術(shù)要求,打破國(guó)外廠(chǎng)商在行業(yè)中的壟斷地位,為芯片封裝材料全面國(guó)產(chǎn)自主提供強(qiáng)有力的支持。

推薦使用合明科技水基清洗劑產(chǎn)品。



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