堆疊芯片封裝工藝流程分析

一、核心工藝流程

芯片制備與減薄?

原始硅片通過(guò)化學(xué)機(jī)械拋光（CMP）或干式/濕法腐蝕減薄至50-100μm，以降低后續(xù)堆疊厚度并提升散熱效率?。

減薄后通過(guò)激光/金剛石刀片完成劃片，形成獨(dú)立裸芯片，切割過(guò)程需控制邊緣微裂紋以保障機(jī)械強(qiáng)度?。

堆疊結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)?

PoP（Package-on-Package）?：

① 底部封裝（如邏輯芯片）采用倒裝焊（Flip Chip）貼裝至基板，完成底部填充（CUF工藝）?。

② 頂部封裝（如存儲(chǔ)芯片）通過(guò)錫球與底部封裝垂直互連，形成整體封裝?。

TSV（硅通孔）堆疊?：

① 在芯片內(nèi)部通過(guò)深孔刻蝕形成TSV，填充銅/多晶硅實(shí)現(xiàn)垂直導(dǎo)電通道?。

② 多層芯片直接堆疊并通過(guò)TSV互連，結(jié)合微凸點(diǎn)（Microbump）技術(shù)提升密度?。

互連與鍵合技術(shù)?

熱壓鍵合?：高溫高壓下實(shí)現(xiàn)芯片間微凸點(diǎn)焊接，確保電氣連接可靠性?。

混合鍵合?：結(jié)合銅-銅直接鍵合與介質(zhì)層融合，適用于高密度互連場(chǎng)景?。

線鍵合?：傳統(tǒng)金線/銅線連接用于非TSV堆疊的芯片級(jí)互連?。

封裝成型與固化?

采用環(huán)氧模塑料（EMC）通過(guò)轉(zhuǎn)移成型工藝完成塑封，固化溫度控制在175-185℃以降低熱應(yīng)力?。

扇出型封裝（如InFO）省去基板，直接封裝芯片于樹脂層以提升I/O密度?。

后段處理與測(cè)試?

去飛邊/毛刺：機(jī)械或激光修整塑封體邊緣?。

電性測(cè)試：通過(guò)探針臺(tái)驗(yàn)證堆疊芯片功能及互連完整性?。

二、關(guān)鍵技術(shù)挑戰(zhàn)

熱管理?

多層堆疊導(dǎo)致熱阻疊加，需嵌入微流體通道或采用高導(dǎo)熱底部填充材料（如納米銀膠）?。

信號(hào)完整性?

高速TSV互連需優(yōu)化阻抗匹配，通過(guò)屏蔽層設(shè)計(jì)降低串?dāng)_?。

機(jī)械應(yīng)力控制?

不同材料熱膨脹系數(shù)差異引發(fā)翹曲，需使用低模量底部填充膠及應(yīng)力緩沖層?。

良率提升?

采用AI驅(qū)動(dòng)的缺陷檢測(cè)系統(tǒng)優(yōu)化TSV刻蝕和鍵合工藝參數(shù)?。

三、典型技術(shù)方案對(duì)比

技術(shù)類型 工藝特點(diǎn) 應(yīng)用場(chǎng)景

PoP封裝 分體式封裝堆疊，兼容不同制程芯片，靈活性高 移動(dòng)設(shè)備處理器+存儲(chǔ)器?

TSV 3D堆疊 芯片級(jí)垂直互連，延遲低至皮秒級(jí)，帶寬達(dá)TB/s HBM集成、AI加速芯片?

混合鍵合堆疊 銅-銅鍵合間距≤5μm，密度提升10倍，但工藝復(fù)雜度高 高性能計(jì)算芯片?

四、發(fā)展趨勢(shì)

Chiplet異構(gòu)集成?：通過(guò)先進(jìn)封裝整合多工藝節(jié)點(diǎn)芯粒（如7nm邏輯+28nm模擬），降低整體成本?。

晶圓級(jí)封裝?：直接在晶圓上完成堆疊與互連，減少單體封裝工序（如臺(tái)積電CoWoS）?。