新型2.5D和3D封裝技術的挑戰

2020-12-22 電子發燒友

新型2.5D和3D封裝技術的挑戰

閒侃有料視頻 發表於 2020-06-16 14:25:05

　　半導體業界，幾家公司正在競相開發基於各種下一代互連技術的新型2.5D和3D封裝。

　　英特爾，臺積電和其他公司正在基於一種新興的互連方案（稱為銅-銅混合鍵合）探索未來的封裝。這項技術提供了一種在晶片級使用銅線連接來堆疊高級管芯的方法，從而實現了新型3D-IC，小晶片和存儲立方體。儘管在研發方面，銅的混合鍵合和競爭方案仍有希望，但它們也帶來了一些技術和成本挑戰。

　　·Imec，Intel，Letti，Samsung，TSMC和其他公司正在為未來的高級封裝開發銅混合鍵合。

　　·Xperi已開發出其混合鍵合技術的新版本。該公司正在將該技術許可給他人。

　　·在研發方面，該行業正在研究混合粘合，以實現新的3DDRAM類型，即3DS（三晶片堆疊）DRAM。一些正在開發新的高帶寬內存（HBM）多維數據集。

　　同樣在研發中，許多公司正在研究新的2.5D，3D-IC和小晶片設計，這些設計將存儲器堆疊在邏輯上或將邏輯堆疊在邏輯上。

　　

　　當今的晶片被封裝在眾多的IC封裝類型中。細分封裝市場的一種方法是通過互連類型，包括引線鍵合，倒裝晶片，晶圓級封裝（WLP）和矽通孔（TSV）。這些本身不是封裝類型，但它們指定晶片之間如何相互連接或連接到板上。

　　根據TechSearch的數據，當今約有75％至80％的封裝是基於引線鍵合的。焊線機使用細線將一個晶片縫接到另一個晶片或基板上。引線鍵合用於許多封裝類型。

　　諸如2.5D和扇出之類的高級包裝已經存在多年了。但是它主要用於高端應用程式。對於許多產品來說太貴了。展望未來，高級封裝有望成為開發新的系統級晶片設計的更可行選擇。

　　儘管如此，除卻成本問題，當今的2.5D和3D技術還存在一些令人困擾的問題。比如工業上通常使用的熱壓粘合（TCB）是一個緩慢的過程，TCB鍵合機拿起一個管芯並將凸塊與另一個管芯的凸塊對齊。它利用力和熱將凸塊結合在一起，但吞吐量較低。

　　「許多客戶都在通過堆疊晶片進入第三維市場。每次堆疊晶片時，它們都有成千上萬的凸起或柱子。當它們不斷堆積時，它們必須將這些東西彼此粘合。所有的隆起或支柱都必須處於相同的高度。否則，顛簸不會建立聯繫。然後，您基本上可能會失去整個包，」CyberOptics總裁兼執行長SubodhKulkarni說道。

　　展望未來，領先的晶片客戶正在遷移至7nm/5nm甚至更高的下一個節點。這對該程序包有幾個含義。「您需要更多的I/O。您可以將更多功能塊集成到模具中。因此，您需要更多的I/O來路由功能。」ASE的Cheung說。

　　為了在同一區域內放置更多I/O，您需要將凸點間距縮小到今天的40µm規格以上。這需要較小的顛簸和支柱。利用當今的技術，業界看到一條將凸點間距縮小到20μm左右的途徑。但是，這仍然是一個移動的目標。

　　當然，在顛簸和支柱方面也存在一些挑戰。

　　在銅柱工藝流程中，定義了柱的尺寸。然後，在襯底上，在表面上沉積種子層。將抗蝕劑施加在表面上，然後構圖。在限定的區域內鍍銅層，然後焊錫蓋。

　　在20μm的間距下，該過程變得困難。20μm的間距涉及11至12μm的柱尺寸，間距為8至9μm。那時，支柱的縱橫比變得難以管理和控制。

　　「從光刻技術的角度來看，最小微凸點間距可以低於20μm。最小微凸點CD由光刻膠的化學性質，微凸點高度和成像鏡頭的數值孔徑確定。微凸點的CD挑戰來自其他工藝步驟，例如溼法蝕刻過程中銅籽晶層的底切，」Veeco光刻市場營銷高級總監ShankarMuthukrishnan說道。

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