3D封装技术
1、教学目标
(1)了解3D封装的结构形式;
(2)了解叠层3D封装方式的技术特点;
2、教学重点与难点
重点:3D封装的结构形式;
难点:3D封装的结构形式;
3、教学内容
1)引入课题
近几年来，先进的封装技术已在IC制造行业开始出现，如多芯片模块(MCM)就是将多个IC芯片按功能组合进行封装，特别是三维(3D)封装首先突破传统的平面封装的概念，组装效率高达200,以上。它使单个封装体内可以堆叠多个芯片，实现了存储容量的倍增，业界称之为叠层式3D封装;其次，它将芯片直接互连，互连线长度显著缩短，信号传输得更快且所受干扰更小;再则，它将多个不同功能芯片堆叠在一起，使单个封装体实现更多的功能，从而形成系统芯片封装新思路:最后，采用3D封装的芯片还有功耗低、速度快等优点，这使电子信息产品的尺寸和重量减小数十倍。正是由于3D封装拥有无可比拟的技术优势，加上多媒体及无线通信设备的使用需求，才使这一新型的封装方式拥有广阔的发展空间。
3D封装技术又称立体封装技术，是在X—Y平面的二维封装的基础上向空间发展的高密度封装技术。终端类电子产品对更轻、更薄、更小的追求推动了微电子封装朝着高密度的维(3D)封装方向发展，3D封装提高了封装密度、降低了封装成本，减小芯片之间互连导线的长度从而提高器件的运行速度，通过芯片堆叠或封装堆叠的方式实现器件功能的增加。3D封装虽可有效的缩减封装面积与进行系统整合，但其结构复杂散热设计及可靠性控制都比2D芯片封装更具挑
战性。研究3D封装的结构设计与散热设计具有非常迫切的卵论意义和实际应用价值。
2)讲课内容
3D封装结构形式
3D封装结构可以通过两种
方法
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实现:封装内的裸芯片堆叠(图1)和封装内的封装堆叠(如图2、图3)。
封装堆叠3D封装结构
封装体堆叠的3D封装一般是将大量同一类型的小规模存储器封装相重叠，构成大规模的存储器。一般是利用原有标准封装体的端子排布，将重叠在一起的小规模存储器封装体的相同端子钎焊在一起，实现封装体之间的电气连接。封装堆叠包括翻转一个已经检测过的封装，并堆叠到一个基底封装上面，后续的互连采用线焊工艺，封装堆叠在印制板装配的时候需要另外的表面安装堆叠T艺。
叠层式3D封装的结构
最常见的裸芯片叠层3D封装先将生长凸点的合格芯片倒扣并焊接在薄膜基板上，这种薄膜基板的材质为陶瓷或环氧玻璃，其上有导体布线，内部也有互连焊点，两侧还有外部互连焊点，然后再将多个薄膜基板进行叠装互连。它的典型结构和原理图如图l所示。
叠层3D封装方式的技术特点
1、组装密度大，组装效率高。使单个封装体可以实现更多的功能，并使外围设备PCB的面积进一步缩小。体积内效率得到提高，且芯片间导线长度显著缩短，信号传输速度得以提高，减少了信号时延与线路干扰，进一步提高了电气性能。另外，3D封装体内部单位面积的互连点数大大增加，集成度更高，外部连接点数也更少，从而提高了IC芯片的工作稳定性。
2、封装体积小。裸芯片堆3D封装可以保持封装体面积的大小，在高度上进行延伸，由于芯片厚度在整个器件厚度中所占比例较小，因此通过裸芯片堆叠形式的3D封装相对2D封装在厚度上增加较小。但其结构决定了该封装方式的致命弱点，当堆叠中一层电路出现故障时，整个芯片都要报废。
3、3D封装结构、散热
方案
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以目前的技术无法达到最优。根据国内外研究现状，目前尚没有综合应用结构优化、传热学、数学、力学、材料学、半导体工艺、组装丁艺、有限元仿真、可靠性理论、可靠性试验等多学科知识对3D封装进行系统性研究，以获得3D封装结构设计与散热设计基本规律。 3)作业
(1)3D封装的结构形式有哪些,
(2)叠层3D封装方式的技术特点,
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