浅析叠层3D封装技术的性能特点及应用.doc

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1、浅析叠层3D封装技术的性能特点及应用　　【摘要】：随着芯片及集成的水平不断提高，电子封装的作用正变得越来越重要。当今芯片封装技术发展也越来越快，以满足不断快速增长的电子产品的需求。本文对其叠层3D封装的发展趋势技术特点技术优势散热问题以及应用前景等几个方面进行了探讨。　　【关键词】：叠层封装；芯片；应用　　【引言】：为了满足超大规模集成电路发展的需要，新颖的微纳尺寸3D堆叠式封装技术应运而生。它用最小的尺寸和最轻的重量，将不同性能的VLSI芯片和多种技术集成到单个封装体中，并用短而垂直的cu互连代替长2DCu互连，因而降低了

2、VLSI芯片的寄生效应和器件功耗。　　1.堆叠式的3D封装技术　　以芯片内功能层为基础，逐层内连的片上3D集成，即由芯片到芯片的3D叠层封装；由封装到封装的堆叠3D封装；运用贯穿Si通技术实现裸片到裸片之间互连的3DVLSI封装等。3D堆叠封装最初被用于记忆体和手机同步动态随机读写存储器的引线键合中，它有很多优点。采用11Sv的3D堆叠封装形成裸片到裸片之间的垂直Cu互连，带来优良的机电性能，同时也实现了多芯片3D封装以及CMOS芯片上各种微电子部件的堆叠式封装，在增加电气性能的同时减小器件的尺寸和重量[l]。这是采用鸭V技

3、术的VLSI芯片封装工艺的技术优势。　　2.堆叠式3D封装的性能特点与技术优势　　2.1叠层3D封装方式的技术优势　　3D封装拥有无可比拟的组装密度，组装效率高达200%以上，从而使单个封装体可以实现更多的功能，并使外围设备PCB的面积进一步缩小【2】。体积内效率得到提高，且芯片间导线长度显著缩短，信号传输速度得以提高，减少了信号时延与线路干扰，进一步提高了电气性能。另外，3D封装体内部单位面积的互连点数大大增加，集成度更高，外部连接点数也更少，从而提高了IC芯片的工作稳定性【3】。　　2.2裸片堆叠和封装堆叠各自的性能特点

4、　　叠层式3D封装可以通过两种方式来实现，这两种方式各有其优缺点。一种是裸片堆叠，采用该方式可以保持封装体面积的大小，在高度上进行延拓，而高度的增加很小。另一种方式是封装堆叠，目前这种封装已有多种形式，它能堆叠不同厂商的数/模混合IC的裸片，甚至可以在封装工艺实施前进行检测和预烧。　　2.3叠层式3D封装体的散热问题　　由于3D封装是在一个较小的封装体内堆叠多层IC芯片，所以3D封装的散热问题尤为突出。如果不解决散热问题，将使封装体内温度过高，影响封装体内IC芯片的稳定性，严重时甚至会烧坏芯片。然而，3D封装方式与传统封装方

5、式不同，3D封�b只对其表面进行散热无法取得令人满意的效果，因而只能在封装体表面采用强力风冷或液体冷却，或者采用热阻值较低的基板。由于封装体是一个密封系统，当表面散热和低阻基板仍不能解决散热问题时，在内部芯片基板上合理设置缺口或通孔，利用气体对流的原理，将内部IC芯片所产生的热量带到封装体的表面，这样即有利于内部芯片的散热。　　3、叠层式3D封装技术的应用前景　　3.13D封装在计算机内存中的应用　　在计算机内部由于各种电子元器件的频率不同，如内存和中央微处理器CPU等故，从工艺和经济性方面考虑技术的进步在不同的元器件上有所

6、不同，但是有些元器件限制了系统性能的提高。在过去的几年里计算机的扩容成为信息系统的瓶颈问题，故CPU不得不使用倍频技术来适应频率比其低得多的内存，但是最近几年来研究人员开发出新型的计算机高速缓存，如双数据传输速率同步动态随机存取存储器DDRSDRAM和存储器总线式动态随机存储器RDRAM，它们比普通同步动态随机存取存储器SDRAM的速度至少快2倍以上，然而这些内存的频率还是不能与强大的CPU的主频相比，于是研发出新一代的DDRSDRAMII注，它是DDRSDRAM的新一代产品，通常写为DDRII，其工作频率可达400MHz以

7、上。　　3.2在多媒体存储卡MMC上的应用　　MMCMulti-MediaCard是SanDisk公司于1997年首次提出的作为一种通用的存储卡，该卡重量不足2g，已被广泛用于MP3个人数字处理器PDADSC和智能手机等便携式设备中，这种卡采用裸片叠层封装在较小的封装，体内实现了较大的存储容量。目前MMC卡的容量已经突破1GB，且不同容量的卡大小相同，这说明用裸片叠片3D封装的MMC在封装尺寸上的增加微乎其微。芯片与基板间采用传统的引线键合方式较容易实现预定的工艺方案，然而采用裸片堆叠技术在卡体大小几乎不变的条件下，将这种卡

8、的容量翻倍，不但实现较小的封装体内有较大的存储容量，而且芯片运行频率得以提高从而加快了I/O数据的存储速度。　　结束语　　3D叠层封装封装的电子产品密度更高、功能更多、速度更快、性能更好、可靠性更高、成本更低。随着大量电子产品向小型化、轻量化发展，随着技术的进步及成本的降低，相信芯片叠层封