SiP涉及到許多互連情況,例如芯片與芯片、芯片與基板以及基板和PCB之間,互連保證了電信號的傳遞,事關信號傳輸以及封裝整體的穩(wěn)定性,傳統(tǒng)的封裝互連方法主要是引線鍵合以及微焊點連接隨著對封裝集成度要求的增加,逐漸出現(xiàn)了倒裝、晶圓級封裝、硅通孔等一系列先進封裝互連技術.本節(jié)主要介紹2.5D/3DSiP所需的互連技術.

1. 倒裝連接基于封裝密度的提高以及信號傳輸路徑的考量，倒裝芯片技術在電子封裝中得到了各種應用.與傳統(tǒng)的引線鍵合相反,在倒裝芯片封裝中,硅芯片的有源側面朝下,并通過焊點或凸塊連接到基板,如此以來減小了單個芯片的占地尺寸,并且大大縮短了信號傳輸路徑與引線鍵合相比,倒裝芯片在輸入/輸出密度、電氣性能、尺寸、生產成本和熱性能方面無疑更具優(yōu)勢.

在技術要求上面,倒裝芯片封裝帶來的主要挑戰(zhàn)是由于焊料凸塊、硅芯片和有機襯底之間的CTE不匹配而導致的熱機械應力積聚,隨著電子設備的持續(xù)使用,芯片封裝的互連焊點會經(jīng)歷熱循環(huán),最終會導致疲勞或電氣故障.這種CTE失配問題有兩種解決思路:焊料成分人手和通過底部填充(Underfill)工藝解決.錫鉛焊料是電子封裝中常用的焊點材料盡管Pb和富含Pb的金具有凸塊焊料最理想的特性之一,但是鑒于環(huán)境保護問題,含鉛焊料逐漸被擯棄.目前對于無鉛釬料的研究大多集中于尋找共晶錫鉛合金的替代材料上.目前常用的無鉛焊料為富Sn合金焊料,比較受青睞的有Sn-Ag和Sn-Ag-Cu 系合金.通常,為了改善焊點機械性能和穩(wěn)定性,心片和基底之間的狹窄間隙填充有UUnderfill流體,Underfill一般是環(huán)氧樹脂與熔融二氧化硅填料的均勻混合物,它將重新分配熱機械應力,使其遠離互連,在固化后,填充凸塊陣列間隙的Underfill將化學硬化以形成封裝凸塊的保護層.

傳統(tǒng)的封裝發(fā)生在晶圓被切片之后,而晶圓級封裝是對晶圓先封裝后切片.晶圓級封裝的優(yōu)勢是大大減小了封裝的尺寸,使其能夠與裸片尺寸一致,從而達成芯片封裝小型化、輕量化的目標.此外,晶圓級封裝通過重布線層(RDL)將裸片上的接口引出,因此,相較于普通封裝工藝,晶圓級封裝減少了一層基板的使用.晶圓級封裝又可分為扇入型晶圓封裝(Fan-in WLP)和扇出型晶圓封裝(Fan-out WLP)兩種,如圖7所示,二者的區(qū)別在于RDL上的I/O數(shù)量是否超出裸片面積范圍.對扇人型晶圓級封裝來說,I/O 分布不超過芯片的覆蓋面積,因此,裸片面積占據(jù)了封裝面積的 100%.隨著需求的增加,芯片所需的I/O 接口數(shù)量增多,扇人型品圓級封裝所能支持的I/O 接口有限,因此,需要 RDL將 I/O擴展到裸片面積以外,這就是扇出型晶圓封裝.

無論是扇人型還是扇出型晶圓級封裝,RDL技術在其中都是不可或缺的,RDL將IO接口重新排布,并將信號傳遞至焊點(Solder).RDL是在晶圓表面沉積金屬層和絕緣層形成相應的金屬布線圖案,采用高分子薄膜材料和ACu金屬化布線對芯片的I/O焊盤重新布局成面陣分布形式,將其延伸到更為寬松的區(qū)域來植錫球.在2.5D封裝的Interposer中RDL也發(fā)揮著作用.可以說,在先進封裝中,RDL發(fā)揮著很重要的作用。

為了提高焊點的可靠性,對 RDL進行精心的設計是必要的.RDL改進的思路之一是在焊料和硅芯片之間添加一個緩沖層,例如有研究者設計了一種聚合物上焊點結構,如圖8所示.可以看到,RDL上方和下方都有兩個介電層,這將提高互連強度,因為聚合物介電層可以使芯片和PCB之間的應力得到緩沖.此外,RDL提升的另一個思路是RDL與焊點材料配合,共同來提高互連的可靠性

2.2扇出型晶圓級封裝

扇出型晶圓封裝可以調整RDL來適應大數(shù)量接口的需求,并且其封裝尺寸也更小,這些特征有助于封裝結構的熱性能和電性能.扇出型晶圓級封裝的這種特點使其在5G毫米波器件的封裝中廣受關注.

AiP技術是將一元或多元天線集成到封裝內部天線技術,其典型方案是采用集成電路封裝工藝AiP 依靠 3D 封裝技術,大大縮短了饋線長度,從而降低了互連損耗,提高了系統(tǒng)電源效率.AiP的優(yōu)點在于它在單獨的基板上實現(xiàn),獨立于RF芯片,且該基板可以專門用于輻射元件及其饋線,也可以充當收發(fā)器組件和異構集成的封裝.

總的來看,AiP有兩種結構:一種是倒裝芯片結構,一種是嵌入式芯片結構.倒裝芯片結構中,芯片采用倒裝技術被與基板一側連接,而天線陣列被布置在基板的另一側.嵌入式芯片結構中,芯片嵌入基板內部,而天線陣列被布置在基板一層.由此可見,AiP 技術的關鍵在于先進封裝互連技術與基板材料的選擇這兩方面內容已在上文中闡述,在此不再贅述.

目前,AiP正被廣泛應用于毫米波器件,被認為是未來毫米波天線封裝的最佳解決方案.Gu等人在基站用有機層壓基板的AiP方面取得了開創(chuàng)性進展他們設計了一個包括64個陣列嵌入式天線的芯片AiP.天線陣列在Tx模式和±40°掃描范圍下,等效全向輻射功率(EIRP)超過50dBm.在產業(yè)化應用方面目前一些企業(yè),包括IBM、Intel、Samsung等均已開始將 AiP 作為其產品的天線封裝方案.

片上天線是采用片上金屬化連線工藝集成制作的天線.AoC 技術與 AiP技術最根本的區(qū)別在于,芯片上天線沒有與射頻電路(RF)封裝在一起,所以射頻電路不存在任何形式的互聯(lián),天線自己的功能結構基于單個模塊上.其次,與 AiP相比,AoC 更小,只有幾平方毫米.然而,AoC的缺陷在于,對于硅基AoC 而言,襯底的高介電常數(shù)和低電阻率嚴重降低了匹配帶寬和輻射效率.

7.SiP芯片封裝清洗：

合明科技研發(fā)的水基清洗劑配合合適的清洗工藝能為芯片封裝前提供潔凈的界面條件。

水基清洗的工藝和設備配置選擇對清洗精密器件尤其重要，一旦選定，就會作為一個長期的使用和運行方式。水基清洗劑必須滿足清洗、漂洗、干燥的全工藝流程。

污染物有多種，可歸納為離子型和非離子型兩大類。離子型污染物接觸到環(huán)境中的濕氣，通電后發(fā)生電化學遷移，形成樹枝狀結構體，造成低電阻通路，破壞了電路板功能。非離子型污染物可穿透PC B 的絕緣層，在PCB板表層下生長枝晶。除了離子型和非離子型污染物，還有粒狀污染物，例如焊料球、焊料槽內的浮點、灰塵、塵埃等，這些污染物會導致焊點質量降低、焊接時焊點拉尖、產生氣孔、短路等等多種不良現(xiàn)象。

這么多污染物，到底哪些才是最備受關注的呢？助焊劑或錫膏普遍應用于回流焊和波峰焊工藝中，它們主要由溶劑、潤濕劑、樹脂、緩蝕劑和活化劑等多種成分，焊后必然存在熱改性生成物，這些物質在所有污染物中的占據(jù)主導，從產品失效情況來而言，焊后殘余物是影響產品質量最主要的影響因素，離子型殘留物易引起電遷移使絕緣電阻下降，松香樹脂殘留物易吸附灰塵或雜質引發(fā)接觸電阻增大，嚴重者導致開路失效，因此焊后必須進行嚴格的清洗，才能保障電路板的質量。

合明科技運用自身原創(chuàng)的產品技術，滿足芯片封裝工藝制程清洗的高難度技術要求，打破國外廠商在行業(yè)中的壟斷地位，為芯片封裝材料全面國產自主提供強有力的支持。

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