3D封装技术结构特点与应用分析及合明科技3D封装芯片清洗剂介绍

3D封装技术：结构类型、特点与应用场景分析

3D封装（3D Packaging）是先进封装技术的核心代表，它通过在垂直方向上堆叠多个芯片或晶圆，并通过硅通孔（TSV）等技术进行互连，实现了系统性能的巨大飞跃。它被视为延续“摩尔定律”生命力的关键技术之一。

一、 3D封装的主要结构类型

3D封装不是一个单一的技术，而是一个技术家族。主要可以分为以下几类：

1. 2.5D 封装（2.5D Integration）

• 结构： 这是一种过渡到真正3D封装的技术。多个芯片并排排列在一个中介层（Interposer） 上。这个中介层通常由硅制成（也可用玻璃或有机材料），内部有高密度的互连线（如微凸块和再分布层RDL），并通过硅通孔（TSV） 与下方的封装基板（如PCB）连接。

• 特点：

• 核心是中介层：它提供了远超传统PCB的互连密度和带宽。

• 芯片异构集成：可以将不同工艺节点、不同功能的芯片（如CPU、GPU、HBM内存）集成在一起。

• 热管理相对容易：芯片是平铺的，散热路径比3D堆叠更直接。

• 代表性技术： CoWoS（台积电）、HBI（英特尔）、SLIM（三星）。

2. 3D 堆叠封装（3D Stacking / 3D IC）

• 结构： 这才是真正的3D封装。芯片直接在垂直方向上进行堆叠。芯片之间通过微凸块（Micro-bumps） 和硅通孔（TSV） 进行直接、最短路径的互连。

• 特点：

• 极致的互连密度和带宽：TSV提供了芯片间最短的垂直互连，延迟极低，带宽极高。

• 外形尺寸最小化：极大地节省了空间。

• 热挑战巨大：堆叠的芯片会产生“热点”，散热是最大难题。

• 设计复杂：需要考虑应力、热膨胀系数匹配、信号完整性等诸多问题。

• 子分类：

• 同质堆叠：堆叠相同类型的芯片，如HBM内存（多个DRAM die堆叠）。

• 异质堆叠：堆叠不同功能的芯片，如逻辑芯片堆叠在存储芯片之上。

• 代表性技术： SoIC（台积电）、Foveros（英特尔）、X-Cube（三星）。

3. 芯片堆叠封装（Chip-on-Wafer / Wafer-on-Wafer）

• 结构： 这是3D堆叠的两种制造方式。

• CoW（Chip-on-Wafer）： 将已知良好的芯片（KGD）堆叠到晶圆上。

• WoW（Wafer-on-Wafer）： 将整个晶圆直接键合到另一片晶圆上，然后进行切割。

• 特点：

• CoW： 良率高，但工艺更复杂。

• WoW： 工艺简单，但如果底层晶圆有一个坏点，整个堆叠芯片都会报废，良率挑战大。

4. 扇出型封装（Fan-Out Packaging）与3D结合

• 结构： 先将芯片嵌入到环氧树脂模塑料中，然后在模具上制作高密度的再分布层（RDL）来实现互连和I/O扇出。它可以作为基础，在其上再进行2.5D或3D堆叠。

• 特点：

• 无需中介层和TSV，成本较低。

• 可以实现更大的封装尺寸和更多的I/O数量。

• 是集成无源器件和异质芯片的良好平台。

• 代表性技术： InFO（台积电）。

二、 3D封装的核心特点

优点：

1. 性能提升：

• 高带宽： TSV和微凸块提供了远超传统线键合的互连密度，实现了TB/s级别的带宽（如HBM）。

• 低延迟： 垂直互连将互连长度从厘米级缩短到微米级，显著降低了信号传输延迟和功耗。

• 低功耗： 更短的互连意味着更小的寄生电容和电阻，从而降低驱动信号所需的功耗。

2. 异构集成： 允许将采用不同工艺技术优化过的芯片（如数字、模拟、RF、MEMS、光电子）集成到一个封装中，实现“最佳工艺干最佳的事”。

3. 小型化与轻量化： 显著减小了封装尺寸和重量，迎合了移动设备、物联网设备对极致体积的需求。

4. 功能多样化： 在一个封装内实现完整的系统功能，迈向“系统级封装”（SiP）和“芯片级系统”（SoC）。

挑战：

1. 热管理： 堆叠芯片导致功率密度急剧上升，热量难以从中间层散出，过热会严重影响性能和可靠性。需要创新的散热材料（如导热硅脂、钎焊）、微流体冷却等技术。

2. 制造成本高： TSV刻蚀、薄膜沉积、晶圆键合等工艺复杂，良率管理困难，导致成本高昂。

3. 设计与测试复杂： 需要全新的3D EDA设计工具，进行热、应力、电气的协同仿真。测试需要在堆叠前（Known Good Die）和堆叠后进行，策略复杂。

4. 可靠性问题： 不同材料的热膨胀系数（CTE）不匹配会导致热应力，可能引起界面分层、TSV开裂、凸点疲劳等问题。

三、 核心应用场景分析

1. 高性能计算（HPC）与人工智能（AI）

• 场景： AI训练芯片、GPU、数据中心CPU、FPGA等。这些芯片需要处理海量数据，对内存带宽和计算单元之间的通信效率要求极高。

• 应用： 普遍采用 2.5D封装 + HBM 的模式。例如，NVIDIA的GPU（A100, H100）、AMD的EPYC CPU和Instinct GPU、以及各种AI加速卡，都采用台积电的CoWoS技术将逻辑芯片和多个HBM堆叠内存集成在一起，以提供前所未有的内存带宽。

2. 大容量存储器

• HBM（高带宽内存）： 是3D堆叠最成功的应用典范。将多个DRAM芯片通过TSV垂直堆叠，与GPU/CPU通过2.5D中介层互联，广泛用于HPC和AI领域。

• 3D NAND Flash： 通过3D堆叠技术将存储单元层数堆叠到数百层，在不增大芯片面积的情况下指数级提升存储容量，是现代SSD的核心技术。

• 场景： 需要大容量且高速的存储解决方案。

• 应用：

3. 移动与消费电子

• PoP（Package-on-Package）： 一种早期的3D封装形式，将移动处理器（SoC）和内存（LPDDR）上下堆叠，节省了主板空间。

• 扇出型封装（InFO）： 如苹果的A系列/A仿生芯片，采用台积电InFO技术，实现了更小尺寸、更佳散热和性能。

• 异质集成： 将处理器、电源管理芯片、射频模块等集成于一个封装内。

• 场景： 智能手机、平板电脑、可穿戴设备等，对尺寸、功耗和性能有极致要求。

• 应用：

4. 物联网（IoT）与边缘计算

• 场景： 传感器节点、智能设备等，要求小体积、低功耗、多功能集成。

• 应用： 3D封装可以将传感器、微处理器、存储器、无线通信模块（如NB-IoT、LoRa）和电源管理单元（PMIC）高效地集成在一个微小封装内，形成完整的片上系统（SoS）。

5. 汽车电子

• 场景： 自动驾驶（ADAS）、智能座舱、车载信息系统。

• 应用： 需要处理大量传感器（摄像头、雷达、激光雷达）数据，对计算能力和可靠性要求极高。3D封装可以提供高性能、小型化且符合车规级可靠性的解决方案，例如将多个处理器芯片与存储器集成。

总结与展望

未来趋势：

• 混合键合（Hybrid Bonding）： 用铜-铜直接键合取代微凸块，实现更小的间距、更高的密度和更佳的能效，如台积电的SoIC技术。

• 光互连： 在封装内引入硅光技术，用光代替电进行数据传输，以突破“功耗墙”和“带宽墙”。

• 芯粒（Chiplet）： 3D封装是芯粒模式得以实现的物理基础。通过将大SoC拆分成多个小芯片（Chiplet），再用2.5D/3D技术集成，可以大幅提升良率、降低开发成本并加快上市时间。

3D封装已经从一项前沿技术发展成为推动整个半导体产业继续向前发展的关键引擎，其应用范围必将从高端领域逐步扩展到更广泛的市场。

3D封装清洗剂-合明科技芯片封装前锡膏助焊剂清洗剂介绍：

水基清洗的工艺和设备配置选择对清洗精密器件尤其重要，一旦选定，就会作为一个长期的使用和运行方式。水基清洗剂必须满足清洗、漂洗、干燥的全工艺流程。

污染物有多种，可归纳为离子型和非离子型两大类。离子型污染物接触到环境中的湿气，通电后发生电化学迁移，形成树枝状结构体，造成低电阻通路，破坏了电路板功能。非离子型污染物可穿透PC B 的绝缘层，在PCB板表层下生长枝晶。除了离子型和非离子型污染物，还有粒状污染物，例如焊料球、焊料槽内的浮点、灰尘、尘埃等，这些污染物会导致焊点质量降低、焊接时焊点拉尖、产生气孔、短路等等多种不良现象。

这么多污染物，到底哪些才是最备受关注的呢？助焊剂或锡膏普遍应用于回流焊和波峰焊工艺中，它们主要由溶剂、润湿剂、树脂、缓蚀剂和活化剂等多种成分，焊后必然存在热改性生成物，这些物质在所有污染物中的占据主导，从产品失效情况来而言，焊后残余物是影响产品质量最主要的影响因素，离子型残留物易引起电迁移使绝缘电阻下降，松香树脂残留物易吸附灰尘或杂质引发接触电阻增大，严重者导致开路失效，因此焊后必须进行严格的清洗，才能保障电路板的质量。

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