英特爾聯(lián)合創(chuàng)始人戈登摩爾曾預言蒲稳，芯片上的晶體管數(shù)量每隔一到兩年就會增加一倍指佳。由于圖案微型化技術(shù)的發(fā)展檩耕，這一預測被稱為摩爾定律宗恩，直到最近才得以實現(xiàn)紊尺。然而，摩爾定律可能不再有效，因為技術(shù)進步已達到極限达吞，并且由于使用極紫外 (EUV) 光刻系統(tǒng)等昂貴設(shè)備而導致成本上升张弛。與此同時，市場對不斷完善的半導體技術(shù)的需求仍然很大酪劫。為了彌補技術(shù)進步方面的差距并滿足半導體市場的需求吞鸭，出現(xiàn)了一種解決方案： 先進的半導體封裝技術(shù)。

盡管先進封裝非常復雜并且涉及多種技術(shù)覆糟，但互連技術(shù)仍然是其核心刻剥。本文將介紹封裝技術(shù)的發(fā)展歷程以及 SK 海力士最近在幫助推動該領(lǐng)域發(fā)展方面所做的努力和取得的成就。

互連在先進封裝中的重要性

首先滩字，需要注意的是造虏，互連技術(shù)是封裝中關(guān)鍵且必要的部分。芯片通過封裝互連以接收電力麦箍、交換信號并最終進行操作漓藕。由于半導體產(chǎn)品的速度、密度和功能根據(jù)互連方式而變化挟裂，因此互連方法也在不斷變化和發(fā)展享钞。

除了開發(fā)各種工藝以在晶圓廠實現(xiàn)精細圖案外，還全面努力推進封裝工藝中的互連技術(shù)诀蓉。因此泄楷，開發(fā)了以下四種類型的互連技術(shù)：引線鍵合、倒裝芯片鍵合鹅媒、硅通孔 (TSV) 鍵合以及小芯片混合鍵合梗擅。

1、硅通孔 (TSV)：一種垂直互連通路（通孔）矛郁，完全穿過硅芯片或晶圓意苞，以實現(xiàn)硅芯片的堆疊。

2蒜座、Chiplet：按用途（例如控制器或高速存儲器）劃分芯片并將其制造為單獨的晶圓美域，然后在封裝過程中重新連接的技術(shù)。

3叽渡、下述產(chǎn)品未采用混合鍵合茧纵。規(guī)格為估計值。

圖 1. 互連方法規(guī)格表酣殊。（這些規(guī)格是應用每種互連技術(shù)的主要產(chǎn)品的示例郭销。）

引線鍵合

引線鍵合是第一種開發(fā)的互連方法。通常锡移，具有良好電性能的材料（例如金呕童、銀和銅）被用作連接芯片和基板的導線漆际。這是最具成本效益且可靠的互連方法，但由于其電氣路徑較長夺饲，因此不適合需要高速操作的較新設(shè)備奸汇。因此，這種方法被用于不需要快速操作的移動設(shè)備中使用的移動 DRAM 和 NAND 芯片往声。

倒裝芯片接合

倒裝芯片接合 克服了引線鍵合的缺點擂找。其電氣路徑的長度是引線鍵合的十分之幾，使其適合高速操作浩销。與在芯片級執(zhí)行的引線鍵合相比贯涎，在晶圓級進行處理的倒裝芯片鍵合還提供了卓越的生產(chǎn)率。因此撼嗓，它被廣泛應用于CPU柬采、GPU和高速DRAM芯片的封裝。此外且警，由于可以在芯片的整個側(cè)面形成凸塊粉捻，因此可以比引線鍵合擁有更多的輸入和輸出 (I/O)，從而有可能提供更高的數(shù)據(jù)處理速度阿钞。然而杖荤，倒裝芯片接合也有其自身的缺點。首先篇张，難以進行多芯片堆疊窥吮，這對于需要高密度的存儲產(chǎn)品來說是不利的。此外胀蹭，盡管倒裝芯片鍵合可以比引線鍵合連接更多的 I/O哗搏，和有機 PCB 間距阻止連接更多數(shù)量的 I/O。為了克服這些限制见丘，開發(fā)了 TSV 鍵合技術(shù)酒危。

硅通孔 (TSV) 鍵合

TSV不采用傳統(tǒng)的布線方法來連接芯片與芯片，而是通過在芯片上鉆孔并填充金屬等導電材料以容納電極來垂直連接芯片匀挪。制作帶有TSV的晶圓后败旋，通過封裝在其頂部和底部形成微凸塊，然后連接這些凸塊炎剿。由于 TSV 允許凸塊垂直連接仁连，因此可以實現(xiàn)多芯片堆疊。最初阱穗，使用 TSV 接合的堆棧有四層饭冬，后來增加到八層。最近揪阶，一項技術(shù)使得堆疊 12 層成為可能昌抠，并于 2023 年 4 月SK hynix 開發(fā)了其 12 層 HBM3并徘。雖然 TSV 倒裝芯片接合方法通常使用基于熱壓的非導電薄膜 (TC-NCF)，但 SK hynix 使用 MR-MUF 4 工藝扰魂，可以減少堆疊壓力并實現(xiàn)自對準。5這些特性使 SK hynix 能夠開發(fā)出世界上第一個 12 層 HBM3蕴茴。

4劝评、大規(guī)模回流模塑底部填充（MR-MUF）：將半導體芯片堆疊起來倦淀，并將液體保護材料注入芯片之間的空間蒋畜，然后硬化以保護芯片和周圍電路的工藝。與在每個芯片堆疊后應用薄膜型材料相比撞叽，MR-MUF 是一種更高效的工藝姻成，并提供有效的散熱。
5劣搪、自對準：在 MR-MUF 工藝期間通過大規(guī)哪苡回流將芯片重新定位到正確的位置。在此過程中斟迁，熱量被施加到芯片上接寥，導致相關(guān)凸塊在正確的位置熔化并硬化。

如上所述邻因，引線季础、倒裝芯片和 TSV 鍵合在封裝工藝的各個領(lǐng)域中發(fā)揮著各自的作用。盡管如此耽暖，最近出現(xiàn)了一種新的互連技術(shù)谦选，稱為銅對銅直接鍵合，它是混合鍵合的一種英胖。

與小芯片的混合鍵合

術(shù)語“混合”用于表示同時形成兩種類型的界面結(jié)合6 投惶。界面結(jié)合的兩種類型是：氧化物界面之間的結(jié)合和銅之間的結(jié)合。這項技術(shù)并不是新開發(fā)的技術(shù)蚊患，但多年來已經(jīng)用于 CMOS 圖像傳感器的大規(guī)模生產(chǎn)浙于。然而，由于小芯片的使用增加挟纱，它最近引起了更多關(guān)注羞酗。Chiplet技術(shù)將各個芯片按功能分離，然后通過封裝將它們重新連接起來紊服，在單個芯片上實現(xiàn)多種功能檀轨。

6、界面鍵合：相互接觸的兩個物體的表面通過分子間力結(jié)合在一起的鍵合欺嗤。

盡管小芯片的功能是該技術(shù)的一個明顯優(yōu)勢参萄，但采用它們的主要原因是成本效益卫枝。當所有功能都在單個芯片上實現(xiàn)時，芯片尺寸會增加讹挎，并且不可避免地導致晶圓生產(chǎn)過程中良率的損失校赤。此外，雖然芯片的某些區(qū)域可能需要昂貴且復雜的技術(shù)筒溃，但其他區(qū)域可以使用更便宜的傳統(tǒng) 技術(shù)來完成马篮。因此，由于芯片無法分離条舀，制造工藝變得昂貴诽泪，因此即使只有很小的面積需要精細技術(shù)，也要將精細技術(shù)應用于整個芯片喇坊。然而挂闺，小芯片技術(shù)能夠分離芯片功能，從而可以使用先進或傳統(tǒng)的制造技術(shù)知掉，從而節(jié)省成本轮贫。

雖然chiplet技術(shù)的概念已經(jīng)存在十多年了，但由于缺乏能夠互連芯片的封裝技術(shù)的發(fā)展戈般，它并沒有被廣泛采用辱窘。然而，芯片到晶圓 (C2W) 混合鍵合的最新進展顯著加速了小芯片技術(shù)的采用觉祸。C2W 混合鍵合具有多種優(yōu)勢膝班。首先，它允許無焊料鍵合布虾，從而減少鍵合層的厚度庇晤、縮短電氣路徑并降低電阻。因此屹蚊，小芯片可以高速運行而無需任何妥協(xié)——就像單個芯片一樣厕氨。其次，通過直接將銅與銅接合汹粤，可以顯著減小凸塊上的間距命斧。目前，使用焊料時很難實現(xiàn) 10 微米 (μm) 或更小的凸塊間距嘱兼。然而国葬，銅對銅直接鍵合可以將間距減小到小于一微米，從而提高芯片設(shè)計的靈活性芹壕。第三汇四，它提供了先進的散熱功能，這一封裝功能在未來只會繼續(xù)變得越來越重要踢涌。最后通孽，上述的薄粘合層和細間距影響了封裝的形狀因數(shù)序宦，因此可以大大減小封裝的尺寸。

然而背苦，與其他鍵合技術(shù)一樣互捌，混合鍵合仍然需要克服挑戰(zhàn)。為了確保穩(wěn)定的質(zhì)量腋钞，必須在納米尺度上改進顆凉控制，而控制粘合層的平整度仍然是一個主要障礙陌贾。同時，SK海力士計劃使用最高功率的封裝解決方案來開發(fā)混合鍵合伐藕，以便將其應用于未來的HBM產(chǎn)品矢盾。

利用 SK 海力士的混合鍵合推進封裝技術(shù)

雖然SK海力士目前正在開發(fā)混合鍵合，以應用于其即將推出的高密度肝芯、高堆疊HBM產(chǎn)品姚藤，但該公司此前已在2022年成功為HBM2E采用混合鍵合堆疊八層，同時完成電氣測試并確敝欠。基本可靠性偷欲。這是一項重大壯舉，因為迄今為止大多數(shù)混合鍵合都是通過單層鍵合或兩個芯片面對面堆疊來完成的涣母。對于 HBM2E附垒，SK 海力士成功堆疊了 1 個基礎(chǔ)芯片和 8 個 DRAM 芯片。

混合鍵合是封裝行業(yè)中最受關(guān)注和關(guān)注的鍵合技術(shù)更耻。集成器件制造商测垛、代工廠以及任何能夠生產(chǎn)先進封裝的公司都專注于混合鍵合。如上所述秧均，盡管該技術(shù)具有眾多優(yōu)勢食侮，但仍有很長的路要走。通過其領(lǐng)先的 HBM技術(shù)目胡，SK海力士將開發(fā)除混合鍵合之外的各種封裝技術(shù)锯七，以幫助封裝技術(shù)和平臺解決方案達到前所未有的水平。

編譯自：eetimes

作者：Ki-ill Moon誉己，SK 海力士 PKG 技術(shù)開發(fā)主管

（電子工程世界）

聲明：本網(wǎng)站所收集的部分公開資料來源于互聯(lián)網(wǎng)眉尸，轉(zhuǎn)載的目的在于傳遞更多信息及用于網(wǎng)絡(luò)分享，并不代表本站贊同其觀點和對其真實性負責巨双，也不構(gòu)成任何其他建議效五。本站部分作品是由網(wǎng)友自主投稿和發(fā)布、編輯整理上傳炉峰，對此類作品本站僅提供交流平臺畏妖，不為其版權(quán)負責脉执。如果您發(fā)現(xiàn)網(wǎng)站上所用視頻、圖片层掺、文字如涉及作品版權(quán)問題坠汹，請第一時間告知，我們將根據(jù)您提供的證明材料確認版權(quán)并按國家標準支付稿酬或立即刪除內(nèi)容渴门，以保證您的權(quán)益逻烛！聯(lián)系電話：010-58612588 或 Email:editor@mmsonline.com.cn。