3D封装

封装的定义

　　封装，就是指把硅片上的电路管脚，用导线接引到外部接头处，以便与其它器件连接。封装形式是指安装半导体集成电路芯片用的外壳。它不仅起着安装、固定、密封、保护芯片及增强电热性能等方面的作用，而且还通过芯片上的接点用导线连接到封装外壳的引脚上，这些引脚又通过印刷电路板上的导线与其他器件相连接，从而实现内部芯片与外部电路的连接。因为芯片必须与外界隔离，以防止空气中的杂质对芯片电路的腐蚀而造成电气性能下降。另一方面，封装后的芯片也更便于安装和运输。由于封装技术的好坏还直接影响到芯片自身性能的发挥和与之连接的pcb(印制电路板)的设计和制造，因此它是至关重要的。

图1 芯片 图2 芯片 封装的形式

bga(ball grid array)
　　球形触点阵列，表面贴装型封装之一。在印刷基板的背面按陈列方式制作出球形凸点用以代替引脚，在印刷基板的正面装配lsi芯片，然后用模板树脂或灌封方法进行密封。也称为凸点陈列载体（pac）。引脚可超过200，是多引脚lsi用的一种封装。

图3 各式形式

3d封装的类型

3d的封装分类 图4 3d封装的分类 叠层封装(pop) 图5 金字塔式的堆叠芯片封装(1) 图6 金字塔式的堆叠芯片封装(2) 图7 叠层封装 图8 焊线

　　将晶粒信号接点用金属线连接至导线架上。

图9 倒转芯片

　　倒装芯片在满足更小的封装尺寸要求的同时还可适用于下一代封装的更加密度和性能要求，对于倒装芯片，器件的组装高度要小于模塑密封键合线器件的高度。

图10 集成封装体

　　pop将逻辑器件和存储器集成在同一封装体内。

图11 叠层封装 多芯片封装（mcp） 图12 多芯片封装 图13 wire bond

　　手机厂商只需要在电路板上安装这一颗芯片，就可以得到256mb内存，256mb高速slc闪存和16gb mlc闪存。

图14 芯片堆叠封装(mcp)

　　该方案在一颗芯片中，封装了以下组件：
• e-mmc闪存系统，包括一个控制器和四颗32gb 34nm mlc闪存颗粒，可以为手机提供高达16gb的大容量存储空间，省去外部存储卡插槽。
• 2gb低功率ddr dram，工作电压1.8v，为手机提供256mb内存空间。
• 2gb高速slc nand闪存颗粒，256mb空间用来存储和执行关键代码和应用。

系统级封装（sip） 图15 叠型堆叠芯片级封装(mcp)

　　这一叠型堆叠芯片级封装是sip的一个良好示例，它将逻辑电路和存储器结合在一个单独的封装中。该sip由intel开发，使用折叠的互联聚磷亚胺带。

图16 八芯片堆叠多芯片封装(mcp) 3d封装的标准化

　　美光科技表示，正在与标准化组织jedec合作，争取制定3d内存堆叠封装技术的标准化，并且有可能成为下一代ddr4内存的基本制造技术。美光将此标准提案称为“3ds”——不是任天堂的新掌机，而是“三维堆叠”(three-dimensional stacking)。

图17 三维堆叠

成果与挑战

图18 multi die堆栈封装（1）

　　Zui新推出全球Zui薄的multi die堆栈封装技术，能够把将8颗闪存芯片压层迭封装在一颗仅得0.6mm的芯片之内，比较目前市场常见的8层封装技术所需厚度降低一半，尤其可针对手机和移动装置产品之中，在加入超薄大容量闪存芯片时，其体积仍可维持轻巧。据了解，multidie堆栈封装技术原针对32gb闪存颗粒而设，主要是把8颗30nm工艺32gb nand闪存核心，透过层迭封装在一颗芯片内，令每层芯片的实际厚度仅为15微米，使Zui终封装完成的芯片达至0.6mm的厚度。

图19 晶圆片级芯片规模封装

　　ic、mems器件和其它元件将采用了wlcsp和硅通孔(tsv)技术的无源器件组合在一起。

图20 堆叠硅片互联技术

　　该技术采用无源芯片中介层、微凸块和硅通孔 (tsv)技术，实现了多芯片可编程平台。

图21 叠硅片互联技术

　　这款新的32gb rdimm(registered dimm)内存使用30nm级别工艺制造的dram颗粒，默认运行频率为ddr3-1333mhz，功率只有4.5w。 tsv封装技术的优势在于能使芯片像三明治一样多层堆叠，提高封装密度，使得内部连接路径更短，相对使芯片间的传输速度更快、噪声小、效能更佳与单层封装技术的产品相当。

图22 硅穿越连接

　　我们都知道，无论普通的电路还是芯片内的微电路，各个元件都排布在同一个平面上，而3d芯片技术则是将他们一层一层堆叠在一起，这种类似三明治的结构可以有效地减小芯片的体积，同时提高数据在芯片内传输的速度。 ibm的新突破在于，他们不再需要使用长长的金属导线来连接不同层次的电路，而是直接在硅板上制造出连接。

图22～27 各式3d封装 封装常见英文简写

pop：package on package
smt：surface mounted technology
mcp： multi-chip-package
sip：system-in-package
bga：ball grid array
cob：chip on board
fc：flip-chip
lga：land grid array
mcm：multi-chip module ……

 

摘自：http://ce.sysu.edu.cn/epec/ccpcb/ccpcb_trend/ccpcb_newpcb/17031.html