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晶圆级系统集成(W2W)技术为实现宽禁带器件的高密度封装提供了多种创新路径,它们通过提升互连密度、改善散热能力和减小寄生参数,充分发挥了碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)等宽禁带半导体的性能潜力。

下表详细对比了几种主流的W2W高密度封装技术路径及其核心特征:
| 技术路径 | 核心特点 | 关键优势 | 主要挑战 |
| 晶圆堆叠 (WoW) | 逻辑与存储芯片像"夹心饼"一样垂直堆叠 | 极高的互连密度,显著提升带宽(10倍以上),大幅降低功耗(可达90%) | 热管理挑战严峻,设计和工艺复杂度高 |
| 混合/融合键合 (Hybrid/Fusion Bonding) | 通过介电质和金属的直接键合实现超高密度互连 | 超高互连密度( Pitch < 2.5µm),是实现3D堆叠和Chiplet系统的关键技术 | 对表面平整度、清洁度要求极高,热预算管理复杂 |
| 双面冷却封装 | 在功率器件上下两侧均设计散热路径 | 优异的热管理能力(热流密度>400 W/cm²),支持更高工作结温(200℃),提升功率密度和可靠性 | 结构相对复杂,需要烧结、精密对位等高级工艺 |
| 平面互连与嵌入式封装 | 用铜柱、再布线层等替代引线,或将芯片嵌入基板内部 | 消除引线寄生电感,支持更高开关频率;封装体积更小,机械可靠性更高 | 嵌入式封装可能存在材料热膨胀系数匹配问题 |
| 增材制造 (3D打印) | 使用多材料墨水jet等技术一次性打印包含导体和绝缘体的复杂结构 | 无模具、设计自由度高,可实现复杂3D结构(如内嵌冷却通道),几乎无材料浪费 | 目前打印精度和分辨率在部分应用中仍需提升,材料库有待丰富 |
WoW堆叠 直接将完成工艺的晶圆通过微凸块或混合键合进行垂直集成,极大地缩短了芯片间互连长度,是解决"内存墙"问题的关键,尤其适合边缘AI设备等对带宽和能效有极致要求的场景。
混合/融合键合 是该领域的前沿,它同时键合介电质(如SiO₂)和金属(如Cu),实现了亚微米级的互连间距。IBM的研究显示,其互连密度已达到每平方毫米16万个连接以上,为Chiplet(小芯片)架构的3D集成奠定了基础。
这种结构通常采用"三明治"方案,将SiC MOSFET等功率芯片夹在两个DBC(直接覆铜)基板之间,用银烧结等技术同时形成上下侧的电气与机械连接。
它能将模块的寄生电感显著降低至5nH以下,并有效将结温控制在200℃甚至更高,满足电动汽车等高功率应用对高功率密度(≥100 kW/L)和长寿命的严苛要求。
平面互连 技术摒弃了传统的引线键合,采用铜柱、扇出型再布线层(RDL) 等方式实现芯片与基板的连接,能将寄生电感降低一个数量级(例如从10+nH降至1-2nH),这对于发挥GaN器件的高速开关优势至关重要。
嵌入式封装 则将裸芯片嵌入PCB或特殊衬底的腔体内,再进行堆叠和构建互连。这不仅保护了脆弱的超薄芯片,还实现了更短的垂直互连和更平整的表面,有利于后续的3D集成。
多材料增材制造技术(如墨水jet打印)可以一次性制造出嵌入GaN功率芯片的超薄(0.5mm)封装体,直接打印出银导电线、通孔和聚酰亚胺绝缘层。
这种方法无需传统的光刻、镀铜、钻孔等复杂工序,特别适合小批量、高性能定制化功率模块的快速原型开发和生产,为热管理和结构设计提供了前所未有的灵活性。
这几种技术路径并非相互排斥,在实际的高端功率模块中,常常会看到它们被组合运用。例如,一个模块可能采用混合键合进行晶圆级互连,同时集成双面冷却结构;或者在嵌入式封装中运用平面互连技术,并引入3D打印的定制化散热器。
希望以上梳理能帮助你建立起对晶圆级功率模块封装技术的清晰认知。
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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