堆叠芯片封装工艺流程分析

堆叠芯片封装工艺流程分析

一、核心工艺流程

芯片制备与减薄‌

原始硅片通过化学机械抛光（CMP）或干式/湿法腐蚀减薄至50-100μm，以降低后续堆叠厚度并提升散热效率‌。

减薄后通过激光/金刚石刀片完成划片，形成独立裸芯片，切割过程需控制边缘微裂纹以保障机械强度‌。

堆叠结构实现‌

PoP（Package-on-Package）‌：

① 底部封装（如逻辑芯片）采用倒装焊（Flip Chip）贴装至基板，完成底部填充（CUF工艺）‌。

② 顶部封装（如存储芯片）通过锡球与底部封装垂直互连，形成整体封装‌。

TSV（硅通孔）堆叠‌：

① 在芯片内部通过深孔刻蚀形成TSV，填充铜/多晶硅实现垂直导电通道‌。

② 多层芯片直接堆叠并通过TSV互连，结合微凸点（Microbump）技术提升密度‌。

互连与键合技术‌

热压键合‌：高温高压下实现芯片间微凸点焊接，确保电气连接可靠性‌。

混合键合‌：结合铜-铜直接键合与介质层融合，适用于高密度互连场景‌。

线键合‌：传统金线/铜线连接用于非TSV堆叠的芯片级互连‌。

封装成型与固化‌

采用环氧模塑料（EMC）通过转移成型工艺完成塑封，固化温度控制在175-185℃以降低热应力‌。

扇出型封装（如InFO）省去基板，直接封装芯片于树脂层以提升I/O密度‌。

后段处理与测试‌

去飞边/毛刺：机械或激光修整塑封体边缘‌。

电性测试：通过探针台验证堆叠芯片功能及互连完整性‌。

二、关键技术挑战

热管理‌

多层堆叠导致热阻叠加，需嵌入微流体通道或采用高导热底部填充材料（如纳米银胶）‌。

信号完整性‌

高速TSV互连需优化阻抗匹配，通过屏蔽层设计降低串扰‌。

机械应力控制‌

不同材料热膨胀系数差异引发翘曲，需使用低模量底部填充胶及应力缓冲层‌。

良率提升‌

采用AI驱动的缺陷检测系统优化TSV刻蚀和键合工艺参数‌。

三、典型技术方案对比

技术类型 工艺特点 应用场景

PoP封装 分体式封装堆叠，兼容不同制程芯片，灵活性高 移动设备处理器+存储器‌

TSV 3D堆叠 芯片级垂直互连，延迟低至皮秒级，带宽达TB/s HBM集成、AI加速芯片‌

混合键合堆叠 铜-铜键合间距≤5μm，密度提升10倍，但工艺复杂度高 高性能计算芯片‌

四、发展趋势

Chiplet异构集成‌：通过先进封装整合多工艺节点芯粒（如7nm逻辑+28nm模拟），降低整体成本‌。

晶圆级封装‌：直接在晶圆上完成堆叠与互连，减少单体封装工序（如台积电CoWoS）‌。