半导体封装中的互连技术介绍
2025-05-30

引线键合(Wire Bonding)
原理:通过金属线(金、铜或铝)连接芯片焊盘与基板引脚,是最早的互连技术。
应用场景:低密度封装,如消费电子和移动设备的DRAM/NAND芯片。

倒装芯片(Flip Chip)
原理:芯片正面朝下,通过金属凸点(Bump)直接焊接至基板,缩短电气路径,提升高频性能。
应用场景:CPU、GPU、高速DRAM等高性能芯片。

硅通孔(TSV)键合
原理:在硅芯片或中介层上钻孔并填充导电材料(如铜),实现垂直堆叠互连,支持3D封装。
应用场景:高带宽存储器(HBM)、3D IC集成。

混合键合(Hybrid Bonding)
原理:结合铜-铜直接键合和氧化物介质键合,实现无焊料、超细间距(<1μm)连接,支持小芯片(Chiplet)异构集成。
应用场景:CMOS图像传感器、HBM高密度堆叠。

晶圆级封装(WLP)与扇出型封装(FOWLP)
WLP:在晶圆阶段完成封装,支持芯片尺寸封装(Fan-In)和扩展型封装(Fan-Out)。
FOWLP:通过环氧模塑料(EMC)扩展布线区域,实现多芯片集成。

二、关键工艺点

引线键合
工艺类型:热压焊(金线)、超声焊(铝线)、热超声焊(金线)。
挑战:高频性能受限、信号延迟。

倒装芯片
关键步骤:晶圆凸块制备→切割与倒装→回流焊接→底部填充(Underfill)。
凸点类型:焊料(Sn-Ag-Cu)或铜柱(Cu Pillar),后者支持更高密度。

TSV工艺
流程:深孔刻蚀→绝缘层沉积→阻挡层/种子层→电镀填充铜。

混合键合
关键技术:铜表面纳米级平整度控制、无空洞键合,需结合光刻对准技术。

晶圆级封装
核心工艺:重布线层(RDL)和铜柱凸点,布线密度可达2μm线宽/间距。

三、原材料

金属材料
引线键合:金线(高导电性)、铜线(低成本但易氧化)、铝线(低端封装)。
凸点与TSV:铜(主流填充材料)、焊料合金(Sn-Ag-Cu)。
混合键合:铜(直接键合)、二氧化硅(介质层)。

基板与中介层材料
有机基板:低成本,用于消费电子;
硅中介层:高布线密度(0.8μm线宽),但成本高。
覆铜陶瓷基板:用于第三代半导体(如SiC)封装,具有高热导率,市场需求激增。

保护与填充材料
底部填充胶:环氧树脂,缓解热应力。
模塑料:环氧模塑料(EMC),用于扇出型封装。