電子行業(yè)-先進(jìn)封裝深度報(bào)告(編輯修改稿)
2025-03-12 15:05 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 通孔深度 /直徑）的 TSV 可以減小通孔群在硅片上的占用空間從而縮減芯片面積，目前業(yè)界可以做到 10:1， 20:1 的 TSV 是下一代技術(shù)發(fā)展方向，但需解決孔徑過(guò)小帶來(lái)的信號(hào)完整性問(wèn)題； TSV 技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域包括影像傳感器、 MEMS、堆疊式 DRAM、 NAND Flash、邏輯芯片、多核 CPU 和 DSP 等，消費(fèi)電子產(chǎn)品小型、輕薄化以及性能不斷增強(qiáng)的需求將推動(dòng) TSV 技術(shù)滲透率不斷提高。 圖 ： TSV 封裝滲透率不斷提高 （ 2） Bumping 技術(shù)通過(guò)在芯片表面制作金屬凸點(diǎn)提供芯片電氣互連的“點(diǎn)”接口，反應(yīng)了先進(jìn)制程以“點(diǎn)替代線”的發(fā)展趨勢(shì)，廣泛應(yīng)用于 FC、 WLP、 CSP、 3D 等先進(jìn)封裝。 加工時(shí)首先在晶圓上生長(zhǎng)鈍化層，然后用 Ti/Ni 在其上制作金屬層 UBM，最后利用焊接 /電鍍?cè)?UBM 上生長(zhǎng)出鉛錫合金球 /金球形成 Bumping； 提供了芯片之間、芯片和基板之間的“點(diǎn)連接”，由于避免了傳統(tǒng) Wire Bonding 向四周輻射的金屬“線連接”，減小了芯片面積（封裝效率 100%），此外凸 塊陣列在芯片表面，引腳密度可以做得很高，便于滿足芯片性能提升的需求； Copper Pillar 是 Bumping 互連技術(shù)中最先進(jìn)的一種，用銅柱替換金屬球作為芯片表面的電氣接口，由于相鄰銅柱軸間距很?。壳?Amkor 為 50 微米），因而 I/O 引腳密度可以做的更高，芯片尺寸可進(jìn)一步縮小。 圖： Copper Pillar 外觀示意圖 Flip Chip+TSV 封裝：將帶來(lái)大功率 LED 封裝技術(shù)革命 （ 1） LE 封裝技術(shù)由傳統(tǒng) Lamp LED 垂直式逐步發(fā)展到當(dāng)前主流的 SMD COB集成式。 （ 2） LED 芯片的光電轉(zhuǎn)換效率為 20%左右，其他能量轉(zhuǎn)換為熱能，而較高的環(huán)境溫度將會(huì)縮短芯片壽命，這使 LED 在大功率器件中面臨著散熱問(wèn)題。 圖： LED 散熱模組示意圖 如上圖所示， LED 散熱途徑主要有 4 個(gè)途徑， 是指通過(guò)熱輻射形式直接向空氣散熱； 是通過(guò)封裝基板以熱傳導(dǎo)形式向散熱底座，再向環(huán)境散熱； 是指通過(guò)金屬線直接向環(huán)境散熱； 是通過(guò)金屬導(dǎo)線向散熱底座，再向環(huán)境散熱。 前三個(gè)途徑散熱能力有限，通過(guò)金屬線向散熱底座熱傳導(dǎo)是主要散熱途徑。 （ 3） Flip Chip+TSV 封裝技術(shù)分別在發(fā)光層向封裝基板熱傳導(dǎo)、封裝基板到散熱底座熱傳導(dǎo)兩個(gè)環(huán)節(jié)改進(jìn) LED 模組的散熱性能。 （ 4）全球 90%以上的 LED 襯底材料是藍(lán)寶石，具有較差的導(dǎo)熱性和良好的透光性， Flip Chip 封裝形式將襯底朝上、電流擴(kuò)散層朝下，改善了透光效率和散熱效果。 發(fā)光層與封裝基板間的藍(lán)寶石襯底熱阻較高，其導(dǎo)熱系數(shù)為 3040W/m*K，單晶硅為150200W/m*K，銅為 400W/m*K 左右，因此正裝 LED 中位于發(fā)光層和封裝基板之間的藍(lán)寶石襯底會(huì)降低整個(gè) LED 模組的散熱性能； 在傳統(tǒng)的正裝 LED 封裝結(jié)構(gòu)中，由于 pGaN 的導(dǎo)電能力有限，要求在其表面沉淀一層電流擴(kuò)散金屬層；芯片發(fā)光從 pGaN 層出光，電流擴(kuò)散金屬層主要由 Ni 和 Au 組成，會(huì)吸收3040%光線，會(huì)降低芯片的出光效率，若降低電流擴(kuò)散層的厚度以增加其透光性，則反過(guò)來(lái)會(huì)限制其擴(kuò)散大電流的能力，進(jìn)而制約了 LED 芯片的工作功率； 正裝 LED 芯片的器件功率、出光效率和散熱性均不可能是最優(yōu)。 Flip Chip 倒裝封裝技術(shù)，將芯片上下倒置，透明的藍(lán)寶石襯底位于發(fā)光層上方，電流擴(kuò)散金屬層在發(fā)光層下方，很好的解決透光 效率和散熱問(wèn)題； 另外， Flip Chip 形式封裝無(wú)需電極金線連接，可以將封裝體積做得更小。 （ 5） TSV 技術(shù)通過(guò)將硅基板打孔，然后長(zhǎng)銅，直接穿過(guò)硅基板連接到散熱底座，大大的改善了硅基板的熱傳導(dǎo)能力。 COB 封裝結(jié)構(gòu)中，熱量是通過(guò)兩根電極金屬線傳向電路板，散熱能力有限； TSV 結(jié)構(gòu)中，可以增加硅基板中通孔數(shù)量，散熱能力顯著提高。 （ 6）此外， Flip Chip+TSV 用于 LED 封裝可以大幅降低 LED 芯片封裝成本。 注： 1LED 晶片， 2硅片， 3,7,10絕緣保護(hù)層， 4,玻璃殼體， 5P 電極， 6N 電極， 8,焊球或金屬凸點(diǎn)， 9金屬線路層 Sip+TSV：為穿戴電子和 MEMS器件提供多功能化、微型化解決方案 （ 1）穿戴電子是在消費(fèi)電子領(lǐng)域繼智能手機(jī)和平板電腦之后的廣闊市場(chǎng)，微型化、功能多樣化需求和緊貼人體皮膚的要求促使穿戴電子產(chǎn)品在功耗、體積、散熱方面需要更大的改進(jìn)。 穿戴電子經(jīng)過(guò)數(shù)十年的發(fā)展，在產(chǎn)品便攜性、工業(yè)設(shè)計(jì)方面已有較大突破， Google Glass、Jawbone、 Fitbit、三星 Gear 等大量產(chǎn)品的推出表明各大廠家對(duì)該領(lǐng)域的重視和消費(fèi)者對(duì)該類產(chǎn) 品是有需求的。 （ 2）未來(lái)穿戴電子產(chǎn)品除了有拍照、時(shí)間、播放音頻、看電子書等功能，還有通信芯片、陀螺儀、計(jì)步器、心率、血氧等生物傳感器、溫度、氣壓、海拔等環(huán)境傳感器，基礎(chǔ)芯片數(shù)量大幅增加。
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