多芯片封裝技術(shù)及其應(yīng)用

多芯片封裝技術(shù)及其應(yīng)用1引言數(shù)十年來，集成電路封裝技術(shù)一直追隨芯片的發(fā)展而進(jìn)展，封裝密度不斷提高，從單芯片封裝向多芯片封裝拓展，市場(chǎng)化對(duì)接芯片與應(yīng)用需求，兼容芯片的數(shù)量集成和功能集成，為封裝領(lǐng)域提供出又一種不同的創(chuàng)新方法。器件的典型劃分方式包括數(shù)字基帶處理器、模擬基帶、存儲(chǔ)器、射頻和電源芯片。掉電數(shù)據(jù)不丟失的非易失性閃存以其電擦除、微功耗、大容量、小體積的優(yōu)勢(shì)，在存儲(chǔ)器中獲得廣泛應(yīng)用。每種都強(qiáng)調(diào)擁有不同于其他型號(hào)的功能，這就使它需要某種特定的存儲(chǔ)器。日趨流行的多功能高端需要更大容量、更多類型高速存儲(chǔ)器子系統(tǒng)的支撐。封裝集成有靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（SRAM）和閃存的MCP，就是為適應(yīng)2.5G、3G高端存儲(chǔ)器的低功耗、高密度容量應(yīng)用要求而率先發(fā)展起來的，也是閃存實(shí)現(xiàn)各種創(chuàng)新的積木塊。國(guó)際市場(chǎng)上，存儲(chǔ)器MCP的出貨量增加一倍多，廠商的收益幾乎增長(zhǎng)三倍，一些大供應(yīng)商在無線存儲(chǔ)市場(chǎng)出貨的90％是MCP，封裝技術(shù)與芯片工藝整合并進(jìn)。2MCP內(nèi)涵概念在今年的電子類專業(yè)科技文獻(xiàn)中，MCP被經(jīng)常提及，關(guān)于MCP技術(shù)的內(nèi)涵概念不斷豐富，表述出其主要特征，當(dāng)前給定的MCP的概念為：MCP是在一個(gè)塑料封裝外殼內(nèi)，垂直堆疊大小不同的各類存儲(chǔ)器或非存儲(chǔ)器芯片，是一種一級(jí)單封裝的混合技術(shù)，用此方法節(jié)約小巧印刷電路板PCB空間。MCP所用芯片的復(fù)雜性相對(duì)較低，無需高氣密性和經(jīng)受嚴(yán)格的機(jī)械沖擊試驗(yàn)要求，當(dāng)在有限的PCB面積內(nèi)采用高密度封裝時(shí)，MCP成為首選，經(jīng)過近年來的技術(shù)變遷，達(dá)到更高的封裝密度。目前，MCP一般內(nèi)置3～9層垂直堆疊的存儲(chǔ)器，一塊MCP器件可以包括用于存儲(chǔ)器的與非NOR，或非NAND結(jié)構(gòu)的閃存以及其他結(jié)構(gòu)的SRAM芯片層，如果沒有高效率空間比的MCP，在高端中實(shí)現(xiàn)多功能化幾乎是不可能的。MCP不斷使新的封裝設(shè)計(jì)能夠成功運(yùn)用于使實(shí)際生產(chǎn)中。各芯片通過堆疊封裝集成在一起，可實(shí)現(xiàn)較高的性能密度、更好的集成度、更低的功耗、更大的靈活性、更小的成本，目前以存儲(chǔ)器芯片封裝的批量生產(chǎn)為主，開發(fā)在數(shù)碼相機(jī)和PDA以及某些筆記本電腦產(chǎn)品中的應(yīng)用。在封裝了多種不同的、用于不同目的芯片的MCP基礎(chǔ)上，一種更高封裝密度的系統(tǒng)封裝SiP成為MCP的下一個(gè)目標(biāo)。反過來講，SiP實(shí)際上就是一系統(tǒng)級(jí)的MCP，封裝效率極大提高。SiP將微處理器或數(shù)字信號(hào)處理器與各種存儲(chǔ)器堆疊封裝，可作為微系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行。將整個(gè)系統(tǒng)做在一個(gè)封裝中的能力為行業(yè)確立了一個(gè)新標(biāo)準(zhǔn)："2M/2m"。設(shè)計(jì)者需要把最好性能和最大容量存儲(chǔ)器以最低功耗與最小封裝一體化，用于中。換句話說：將兩大寫的M（MIPS和MB）最大化，把兩個(gè)小寫的m（mW和mm）最小化。無線存儲(chǔ)器向單一封裝發(fā)展，任何可以提高器件性能、降低封裝成本的新技術(shù)都是雙贏，現(xiàn)在市場(chǎng)潮流MCP產(chǎn)品是將來自不同廠家的多種存儲(chǔ)芯片封裝在一起，技術(shù)上優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，封裝產(chǎn)品具有很高的空間利用率，且有利于提高整機(jī)的微型化和可靠性，改善電氣性能。從發(fā)展趨勢(shì)看，MCP并非全新概念，與超薄疊層芯片尺寸封裝有很多相同之處，但其顯著特征是所封裝的芯片類型增加，密度更高，以獲得最大靈活性和伸縮性。MCP是SiP架構(gòu)中的StackedIC，而非Packagestachking或SuperICstack豐富SiP所涵蓋的具體芯片的細(xì)化，技術(shù)融合難免有概念炒作之嫌。就像倒裝芯片封裝，游離在眾多的BGA、CSP、WLP、柔性板上倒裝FCoF、封裝倒裝片F(xiàn)CIP等類型產(chǎn)品中，它們之間相輔相成，彼此間既獨(dú)立又有關(guān)聯(lián)，共同構(gòu)成新一代電子封裝技術(shù)。3MCP關(guān)鍵技術(shù)半導(dǎo)體圓片后段制程技術(shù)加速發(fā)展，容許在適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)中，將某些、某類芯片整合在單一的一級(jí)封裝內(nèi)，結(jié)構(gòu)上分為金字塔式和懸梁式堆疊兩種，前者特點(diǎn)是從底層向上芯片尺寸越來越小，后者為疊層的芯片尺寸一樣大。MCP日趨定制化，能給顧客提供獨(dú)特的應(yīng)用解決方案，比單芯片封裝具有更高的效率，其重要性與日劇增，所涉及的關(guān)鍵工藝包括如何確保產(chǎn)品合格率，減薄芯片厚度，若是相同芯片的層疊組裝和密集焊線等技術(shù)。3.1確好芯片KGDKGD是封裝之前經(jīng)制造商老化、測(cè)試等早期失效淘汰驗(yàn)證的電性能合格的芯片。這種良品芯片的篩選技術(shù)方案趨向多樣化。MCP的商業(yè)模式首先基于KGD，以保證在MCP整合之前每個(gè)芯片都有特定的質(zhì)量和可靠性水平，能夠產(chǎn)生MCP高良品率，確保最終品質(zhì)，同時(shí)允許在一個(gè)獨(dú)立封裝單元里使用從不同廠商那里獲得的最合適的芯片。產(chǎn)業(yè)界開發(fā)各種各樣的性能測(cè)試/老化夾具的方法，降低KGD成本花費(fèi)。例如，整個(gè)圓片接觸系統(tǒng)、犧牲金屬層法、柔性探針接觸法、單芯片插槽法、凸點(diǎn)夾具法、激光修復(fù)等先進(jìn)技術(shù)，MCP具體分析每種方法的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)、預(yù)定質(zhì)量、可靠性等級(jí)，在確定KGD成本的基礎(chǔ)上，節(jié)省測(cè)試時(shí)間甚至完全不需要老化測(cè)試，避免一個(gè)內(nèi)置芯片的缺陷導(dǎo)致整個(gè)MCP損失的潛在風(fēng)險(xiǎn)，評(píng)估KGD的先決條件是必須精確定義所需的可靠性等級(jí)。3.2圓片背面減薄技術(shù)MCP可內(nèi)置疊層的芯片數(shù)量在迅速增加，內(nèi)含四個(gè)、五個(gè)、甚至八個(gè)芯片，產(chǎn)品化在1mm封裝高度下內(nèi)置五個(gè)芯片，在1.4mm封裝高度下，開發(fā)出內(nèi)置9個(gè)芯片疊層的產(chǎn)品，計(jì)劃2005年可內(nèi)置的芯片數(shù)為10個(gè)，2006年為11個(gè)。每塊MCP器件內(nèi)置芯片數(shù)量越多，其封裝高度也隨之增加，為解決這一矛盾，研發(fā)MCP過程中，必須將電路層制作完后的圓片背面減薄瘦身，再劃片為單個(gè)芯片，MCP化。目前的減薄方法主要有超精密磨削、化學(xué)機(jī)械拋光、電化學(xué)腐蝕、濕法腐蝕、常壓等離子腐蝕、干式拋光等技術(shù)，提高圓片背面減薄加工效率，減小其表面和亞表面損傷，減緩或避免圓片翹曲變形，機(jī)械研磨減薄一般在150μm左右，等離子刻蝕方法可達(dá)100μm。高1.4mm封裝內(nèi)，5～6層疊片的MCP一般要求芯片減薄到85μm左右，如果是9片疊層的話，芯片厚度為70μm，小于50μm的減薄技術(shù)已在研發(fā)中。今后，圓片背面減薄趨向20～30μm的極限厚度，圓片越薄，其柔韌性越好，受外力沖擊引起的應(yīng)力也越小。3.3再分布隱埋層RDL技術(shù)再分布隱埋層RDL技術(shù)可重新安排壓焊點(diǎn)到芯片讓任何合理的位置，這一技術(shù)包括單層鋁、單層或多層銅的金屬鍍層選擇以及多層薄膜RDL，多層薄膜RDL允許四層設(shè)計(jì)和重新分配。采用RDL技術(shù)，芯片中心的壓焊點(diǎn)可被重新分配到芯片的周邊、兩側(cè)或任何一側(cè)。通過這種變化，設(shè)計(jì)師可更加靈活地考慮封裝方面的芯片放置，比如，芯片可分別以垂直層疊、交錯(cuò)層疊，并排層疊的方式排列。3.4隔片技術(shù)生產(chǎn)廠商追求的終極MCP就是在既定的安裝高度與內(nèi)置芯片數(shù)量前提下，可任意組合疊層的芯片。為實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)，采用無功能的超薄柔性隔片（Dummychip），確保芯片間空隙，滿足芯片布線要求。9片疊層MCP中，3層是隔片，其他的6層才有功能。目前，MCP可做到基帶處理芯片和閃存、SRAM疊層，開發(fā)在樹脂層中埋入金屬引線工藝，替代隔片，縮小近一半間隔距離，設(shè)立如何解決大規(guī)模邏輯芯片和其他存儲(chǔ)芯片MCP化課題。棚3.政5往低弧面度引舒線鍵像合換當(dāng)芯耕片減西薄厚坑度小出于1盆00今μm刮左右葡時(shí)，鍋要求戒引線佳鍵合垂弧度值高必零須小編于這單一數(shù)鹽字，高采用哨25獸μm溝金絲承的正墾常鍵蹤合弧翅高為企12亭5μ丸m，屬使用貫反向舒引線肺鍵合蘋優(yōu)化腎工藝千后，諸可以們達(dá)到帖75畝μm店以下個(gè)的弧掠高。之與此捧同時(shí)類，反箭向引川線鍵昨合技惠術(shù)要濟(jì)增加熔一個(gè)趣打彎錫工藝溪，保膜證不捏同鍵噴合層紡的間啞隙。蝴3.握6萌鍵合鬼引線擴(kuò)無搖復(fù)動(dòng)技載術(shù)賄鍵合富引經(jīng)承密度抹增高洞、長(zhǎng)拐度延酬伸、財(cái)形狀立更復(fù)舍雜時(shí)折，會(huì)舊增加喉短路瓣的可葛能性墻。采東用低崇粘度世的模狡塑料讓和降雜低模崇塑料蒙的轉(zhuǎn)誠(chéng)移速盜度有蝦助于窄減小省鍵合競(jìng)引線巧的擺頌動(dòng)，秧防止尸引線躺短路鹿，現(xiàn)邪已研筒發(fā)出職鍵合輩引線剖無擺敞動(dòng)（坐no廢sw翅ee協(xié)p）栽模塑使技術(shù)慨。班此外鑒，M幫CP包的其歡他工伍藝基遇本上折與很覺多先掏進(jìn)封泥裝技染術(shù)相拒兼容潛，延蹤用其芳設(shè)備望及材贊料，得進(jìn)行再新的掠設(shè)計(jì)甩、貼培片、夠組裝甜、測(cè)湖試，痰盡快冰進(jìn)入鋼批量西生產(chǎn)艦，及盟早投獨(dú)放市品場(chǎng)。騾4四MC迅P產(chǎn)于品架拿構(gòu)憂高端仔囑存儲(chǔ)聰器的眨配置灘幾乎因與現(xiàn)堡在臺(tái)棍式電克腦的健內(nèi)存都一樣墨，而傳且類筍型更階加豐爸富，剝債芯片拾成本艱中閃菜存約演占2妖3％尚，已待超過仇基帶鳳處理訴器，固到2依00慌7年扯閃存鼠容量右將從出今天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