一、三維堆疊封裝的現(xiàn)狀

三維堆疊封裝技術(shù)是一種將多個(gè)芯片在垂直方向上進(jìn)行堆疊，以實(shí)現(xiàn)更高密度集成和更短互連長度的技術(shù)。目前，三維堆疊封裝技術(shù)已經(jīng)成為半導(dǎo)體行業(yè)的重要發(fā)展方向，在高性能計(jì)算、人工智能、圖像處理等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用?；诠柰祝═SV）互連技術(shù)的三維堆疊封裝是堆疊封裝的未來發(fā)展方向，產(chǎn)業(yè)體系正在逐步完善，整合器件制造商、封測代工廠、制造代工廠紛紛涉足這一領(lǐng)域，并且在高中低端應(yīng)用也將同步推進(jìn)發(fā)展。首先實(shí)現(xiàn)三維堆疊應(yīng)用的器件是存儲(chǔ)器，而其他應(yīng)用也在不斷拓展中。 各大廠商和研究機(jī)構(gòu)紛紛加強(qiáng)了對(duì)三維堆疊封裝技術(shù)的研發(fā)投入，推出了一系列新的產(chǎn)品和技術(shù)。例如在材料、工藝、設(shè)計(jì)等方面不斷取得突破，新的材料和工藝使得芯片之間的連接更加可靠，提高了芯片的性能和穩(wěn)定性。同時(shí)，產(chǎn)學(xué)研合作也在加強(qiáng)，推動(dòng)了該技術(shù)的研發(fā)進(jìn)展。三維堆疊封裝工藝流程主要包括芯片制備、對(duì)準(zhǔn)、鍵合、減薄、測試等環(huán)節(jié)，在制備過程中需要保證每個(gè)芯片層的平整度和對(duì)準(zhǔn)精度，以確保整個(gè)堆疊結(jié)構(gòu)的可靠性和穩(wěn)定性。

二、三維堆疊封裝的技術(shù)優(yōu)勢

（一）提升集成密度與性能

1. 高密度集成

• 三維堆疊封裝技術(shù)能夠?qū)⒍鄠€(gè)芯片堆疊在一起，這意味著在相同的面積內(nèi)可以集成更多的功能。例如在一些復(fù)雜的電子系統(tǒng)中，如智能手機(jī)、平板電腦等移動(dòng)設(shè)備，原本有限的電路板空間需要集成更多的功能模塊，像處理器、存儲(chǔ)器、傳感器等。通過三維堆疊封裝，可以把這些不同功能的芯片垂直堆疊，大大提高了集成密度，使得設(shè)備在更小的體積下能夠?qū)崿F(xiàn)更多的功能，滿足了現(xiàn)代電子產(chǎn)品小型化和多功能化的需求。

2. 提高性能

• 在三維堆疊封裝中，芯片間的互連長度大大縮短。傳統(tǒng)的二維封裝方式下，芯片之間的連接線路較長，信號(hào)傳輸過程中會(huì)有延遲、衰減等問題。而垂直堆疊芯片后，芯片之間的距離更近，信號(hào)傳輸速度更快、更穩(wěn)定。這對(duì)于高性能計(jì)算領(lǐng)域尤為重要，如超級(jí)計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)處理，快速穩(wěn)定的信號(hào)傳輸能夠提高整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)算速度和效率；在人工智能領(lǐng)域，也有助于加速神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)算，提高人工智能算法的處理速度。

（二）功耗與尺寸優(yōu)化

1. 降低功耗

• 由于芯片之間的互連長度縮短，信號(hào)傳輸過程中的能量損耗減少。在移動(dòng)設(shè)備中，功耗的降低可以延長電池的續(xù)航時(shí)間，提升用戶體驗(yàn)。例如，在一些可穿戴設(shè)備中，如智能手表，其電池容量有限，低功耗的芯片封裝技術(shù)可以確保設(shè)備在較長時(shí)間內(nèi)正常工作，不需要頻繁充電。同時(shí)，在大規(guī)模數(shù)據(jù)中心等對(duì)能源消耗較為敏感的場所，采用三維堆疊封裝技術(shù)的設(shè)備能夠降低整體的能源消耗，減少運(yùn)營成本。

2. 減小尺寸

• 三維堆疊封裝技術(shù)有助于減小芯片的整體尺寸。在一些對(duì)空間要求極為苛刻的應(yīng)用場景中，如航空航天領(lǐng)域中的微小衛(wèi)星、無人機(jī)等設(shè)備中的電子系統(tǒng)，小尺寸的芯片封裝能夠節(jié)省寶貴的空間，減輕設(shè)備重量，并且在有限的空間內(nèi)可以集成更多的功能部件，提高設(shè)備的性能和功能多樣性。

三、三維堆疊封裝的市場需求

（一）新興技術(shù)領(lǐng)域的需求

1. 人工智能領(lǐng)域

• 人工智能技術(shù)的發(fā)展需要處理海量的數(shù)據(jù)，對(duì)計(jì)算能力和存儲(chǔ)能力提出了很高的要求。三維堆疊封裝技術(shù)可以將計(jì)算芯片和存儲(chǔ)芯片緊密堆疊在一起，提高數(shù)據(jù)的傳輸速度，從而加速人工智能算法的運(yùn)算過程。例如在深度學(xué)習(xí)中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練和推理過程中，需要快速地在計(jì)算單元和存儲(chǔ)單元之間交換數(shù)據(jù)，三維堆疊封裝技術(shù)能夠滿足這種高速數(shù)據(jù)交互的需求，提高人工智能系統(tǒng)的性能和能效，因此在人工智能領(lǐng)域有著廣泛的市場需求。

2. 物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域

• 物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備眾多，包括智能家居設(shè)備、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)傳感器等，這些設(shè)備往往需要小巧的外形、低功耗和一定的計(jì)算能力。三維堆疊封裝技術(shù)可以將不同功能的芯片集成在一起，減小設(shè)備的體積，同時(shí)降低功耗。例如在智能家居中的智能門鎖，通過三維堆疊封裝技術(shù)可以將處理器、傳感器、通信芯片等集成在一個(gè)小的模塊中，既滿足了功能需求，又方便安裝在有限的門鎖空間內(nèi)，并且可以依靠低功耗特性長時(shí)間運(yùn)行，無需頻繁更換電池，所以在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的市場需求也在不斷增長。

3. 5G通信領(lǐng)域

• 5G通信具有高速率、低延遲、大容量等特點(diǎn)，這對(duì)通信基站和5G終端設(shè)備中的芯片提出了更高的要求。三維堆疊封裝技術(shù)可以提高芯片的集成度，減小通信設(shè)備的體積，同時(shí)提高信號(hào)處理速度。在5G基站中，通過三維堆疊封裝技術(shù)可以將射頻芯片、基帶芯片等集成在一起，提高基站的性能和效率；在5G手機(jī)等終端設(shè)備中，也有助于實(shí)現(xiàn)更小巧、功能更強(qiáng)大的設(shè)計(jì)，滿足消費(fèi)者對(duì)于5G設(shè)備高性能和便攜性的需求，從而在5G通信領(lǐng)域有著較大的市場需求。

（二）傳統(tǒng)領(lǐng)域的升級(jí)需求

1. 高性能計(jì)算領(lǐng)域

• 高性能計(jì)算領(lǐng)域一直追求更高的計(jì)算速度和效率。隨著科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)等對(duì)計(jì)算能力需求的不斷提升，傳統(tǒng)的芯片封裝技術(shù)已經(jīng)難以滿足要求。三維堆疊封裝技術(shù)可以將多個(gè)高性能計(jì)算芯片堆疊起來，增加邏輯容量，提高計(jì)算性能。例如在氣象模擬、基因測序等需要大量計(jì)算的任務(wù)中，采用三維堆疊封裝技術(shù)的芯片可以加速計(jì)算過程，提高計(jì)算效率，所以高性能計(jì)算領(lǐng)域?qū)θS堆疊封裝技術(shù)有著持續(xù)的升級(jí)需求。

2. 消費(fèi)電子領(lǐng)域

• 在消費(fèi)電子領(lǐng)域，如智能手機(jī)、平板電腦等產(chǎn)品不斷追求更小的尺寸、更強(qiáng)大的功能和更低的功耗。三維堆疊封裝技術(shù)正好滿足這些需求。例如，通過將不同功能的芯片（如處理器、圖形芯片、存儲(chǔ)芯片等）進(jìn)行三維堆疊，可以在不增加設(shè)備體積的情況下提升性能，或者在保持性能不變的情況下縮小設(shè)備體積，從而提高產(chǎn)品的競爭力，滿足消費(fèi)者對(duì)于消費(fèi)電子產(chǎn)品不斷提高的期望，這也促使消費(fèi)電子領(lǐng)域?qū)θS堆疊封裝技術(shù)有著廣泛的需求。

四、三維堆疊封裝的未來挑戰(zhàn)

（一）制造工藝方面

1. 高精度對(duì)準(zhǔn)與鍵合

• 在三維堆疊封裝工藝流程中，芯片的對(duì)準(zhǔn)和鍵合是關(guān)鍵步驟。要實(shí)現(xiàn)多個(gè)芯片在垂直方向上的精確對(duì)準(zhǔn)非常困難，需要借助高精度的設(shè)備和算法。例如在微米甚至納米級(jí)別的芯片堆疊中，哪怕是極小的對(duì)準(zhǔn)誤差都可能導(dǎo)致芯片間的電氣連接失敗或者性能下降。鍵合過程也需要精確控制壓力、溫度等參數(shù)，以確保芯片之間形成良好的連接，這對(duì)制造工藝的要求極高，目前仍然是一個(gè)需要不斷改進(jìn)的挑戰(zhàn)。

2. 多層堆疊的復(fù)雜性

• 隨著堆疊層數(shù)的增加，制造工藝的復(fù)雜性呈指數(shù)級(jí)增長。每增加一層芯片，就需要考慮更多的因素，如層間的互連、散熱等問題。例如在制造多層堆疊芯片時(shí)，如何保證每一層芯片的質(zhì)量和性能，以及如何在不破壞已有層的情況下添加新的芯片層，都是需要解決的制造工藝難題。

（二）散熱問題

1. 熱量產(chǎn)生與傳導(dǎo)

• 由于多個(gè)芯片堆疊在一起，芯片工作時(shí)產(chǎn)生的熱量會(huì)相互疊加，導(dǎo)致散熱難度增加。在三維堆疊封裝中，熱量的傳導(dǎo)路徑變得更加復(fù)雜，傳統(tǒng)的散熱方式可能不再有效。例如在一些高性能計(jì)算應(yīng)用中，芯片的功耗較高，產(chǎn)生的熱量較多，而三維堆疊封裝結(jié)構(gòu)內(nèi)部的熱量如果不能及時(shí)散發(fā)出去，會(huì)導(dǎo)致芯片溫度過高，從而影響芯片的性能和可靠性，甚至可能造成芯片損壞。

2. 散熱解決方案的優(yōu)化

• 為了解決散熱問題，需要開發(fā)新的散熱材料和散熱結(jié)構(gòu)。例如，研究人員正在探索使用具有更高熱導(dǎo)率的材料來制作散熱片或者散熱基板，同時(shí)也在研究新的散熱結(jié)構(gòu)，如微通道散熱、熱管散熱等技術(shù)在三維堆疊封裝中的應(yīng)用。但是這些新的散熱解決方案在實(shí)際應(yīng)用中還面臨成本、兼容性等問題，需要進(jìn)一步優(yōu)化。

（三）可靠性問題

1. 長期穩(wěn)定性

• 在長期使用過程中，三維堆疊封裝的芯片需要保持穩(wěn)定的性能。由于芯片間的互連更加復(fù)雜，受到溫度、濕度、振動(dòng)等環(huán)境因素的影響，可能會(huì)出現(xiàn)互連失效、信號(hào)傳輸錯(cuò)誤等問題。例如在一些工業(yè)控制設(shè)備或者汽車電子設(shè)備中，這些設(shè)備可能會(huì)在惡劣的環(huán)境下長時(shí)間工作，三維堆疊封裝的芯片需要具備足夠的可靠性來保證設(shè)備的正常運(yùn)行，而目前確保芯片在長期使用中的穩(wěn)定性仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。

2. 抗干擾能力

• 三維堆疊封裝結(jié)構(gòu)中，芯片之間的距離較近，容易受到電磁干擾等問題。在一些對(duì)電磁兼容性要求較高的應(yīng)用中，如醫(yī)療設(shè)備、航空航天設(shè)備等，如何提高三維堆疊封裝芯片的抗干擾能力是一個(gè)亟待解決的可靠性問題。

五、三維堆疊封裝的發(fā)展趨勢預(yù)測

（一）技術(shù)性能提升

1. 堆疊層數(shù)增加

• 隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，未來三維堆疊封裝的堆疊層數(shù)將會(huì)不斷增加。這將進(jìn)一步提高芯片的集成度，使得在更小的空間內(nèi)能夠集成更多的功能。例如，從目前的幾層堆疊逐漸發(fā)展到十幾層甚至幾十層的堆疊，就像在存儲(chǔ)芯片領(lǐng)域，通過增加堆疊層數(shù)可以大幅提高存儲(chǔ)容量，滿足大數(shù)據(jù)時(shí)代對(duì)海量存儲(chǔ)的需求。

2. 尺寸持續(xù)縮小

• 在追求更高集成度的同時(shí)，三維堆疊封裝的尺寸也將持續(xù)縮小。這將有助于推動(dòng)電子設(shè)備向更小、更便攜的方向發(fā)展。例如在可穿戴設(shè)備領(lǐng)域，更小尺寸的芯片封裝能夠使設(shè)備更加輕便、美觀，佩戴更加舒適，并且能夠集成更多的功能，如健康監(jiān)測、智能交互等功能。

3. 性能優(yōu)化

• 未來三維堆疊封裝技術(shù)將不斷優(yōu)化性能，包括提高信號(hào)傳輸速度、降低功耗等方面。例如通過改進(jìn)互連技術(shù)，如采用更先進(jìn)的硅通孔（TSV）技術(shù)或者新的混合鍵合技術(shù)，可以進(jìn)一步縮短芯片間的互連長度，提高信號(hào)傳輸速度，同時(shí)降低信號(hào)傳輸過程中的能量損耗，提高芯片的整體性能。

（二）與其他技術(shù)的融合

1. 與異構(gòu)集成技術(shù)結(jié)合

• 三維堆疊封裝技術(shù)將與異構(gòu)集成技術(shù)相結(jié)合。異構(gòu)集成可以將不同制程、不同功能的芯片集成在一起，發(fā)揮各自的優(yōu)勢。例如將邏輯芯片和存儲(chǔ)芯片采用異構(gòu)集成的方式進(jìn)行三維堆疊封裝，可以實(shí)現(xiàn)高性能計(jì)算和大容量存儲(chǔ)的完美結(jié)合，滿足不同應(yīng)用場景的需求，如在數(shù)據(jù)中心、人工智能服務(wù)器等設(shè)備中的應(yīng)用。

2. 與先進(jìn)制程工藝協(xié)同發(fā)展

• 三維堆疊封裝技術(shù)將與先進(jìn)制程工藝協(xié)同發(fā)展。先進(jìn)制程工藝如更小的光刻尺寸等可以提高芯片的性能，而三維堆疊封裝技術(shù)可以在制程工藝的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高集成度。兩者相結(jié)合能夠推動(dòng)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)向更高性能、更高集成度的方向發(fā)展，例如在高端處理器、圖形芯片等產(chǎn)品中的應(yīng)用。

（三）產(chǎn)業(yè)規(guī)模與應(yīng)用范圍拓展

1. 產(chǎn)業(yè)規(guī)模擴(kuò)大

• 隨著三維堆疊封裝技術(shù)的不斷發(fā)展，相關(guān)的產(chǎn)業(yè)規(guī)模將持續(xù)擴(kuò)大。從芯片設(shè)計(jì)、制造到封裝測試等整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈都將受益。更多的企業(yè)將涉足這一領(lǐng)域，包括大型半導(dǎo)體企業(yè)和新興的科技公司。例如，會(huì)有更多的封裝測試代工廠增加三維堆疊封裝的產(chǎn)能，以滿足市場需求，同時(shí)芯片設(shè)計(jì)公司也會(huì)加大對(duì)三維堆疊封裝技術(shù)的應(yīng)用，推動(dòng)整個(gè)產(chǎn)業(yè)規(guī)模的增長。

2. 應(yīng)用范圍拓展

• 三維堆疊封裝技術(shù)的應(yīng)用范圍將不斷拓展。除了目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用的高性能計(jì)算、人工智能、消費(fèi)電子等領(lǐng)域，還將向更多的領(lǐng)域延伸。如在汽車電子領(lǐng)域，隨著汽車的智能化、電動(dòng)化發(fā)展，對(duì)芯片的集成度、性能等要求不斷提高，三維堆疊封裝技術(shù)可以應(yīng)用于汽車的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)、車載娛樂系統(tǒng)等部件中；在醫(yī)療電子領(lǐng)域，也可以應(yīng)用于便攜式醫(yī)療設(shè)備、醫(yī)療傳感器等設(shè)備中，提高設(shè)備的性能和功能多樣性。

六、相關(guān)行業(yè)對(duì)三維堆疊封裝發(fā)展前景的看法

（一）半導(dǎo)體行業(yè)內(nèi)企業(yè)的看法

1. 積極布局與研發(fā)投入

• 許多半導(dǎo)體企業(yè)對(duì)三維堆疊封裝技術(shù)的發(fā)展前景持樂觀態(tài)度，紛紛積極布局這一技術(shù)領(lǐng)域。例如一些大型的集成電路制造企業(yè)，如英特爾、三星等，不斷加大在三維堆疊封裝技術(shù)方面的研發(fā)投入，建立專門的研發(fā)團(tuán)隊(duì)和實(shí)驗(yàn)室，致力于解決技術(shù)難題，提高技術(shù)水平。這些企業(yè)認(rèn)為三維堆疊封裝技術(shù)是未來半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要方向，可以提高企業(yè)的競爭力，滿足市場對(duì)高性能、小尺寸、低功耗芯片的需求。

2. 看好市場潛力

• 從市場潛力來看，半導(dǎo)體企業(yè)認(rèn)為隨著人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、5G等新興技術(shù)的不斷發(fā)展，三維堆疊封裝技術(shù)的市場需求將持續(xù)增長。例如在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，數(shù)以億計(jì)的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備需要高性能、低功耗、小尺寸的芯片，三維堆疊封裝技術(shù)正好能夠滿足這些需求。因此，這些企業(yè)看好三維堆疊封裝技術(shù)在未來的市場潛力，希望通過提前布局，在未來的市場競爭中占據(jù)有利地位。

（二）研究機(jī)構(gòu)的看法

1. 技術(shù)創(chuàng)新推動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展

• 研究機(jī)構(gòu)普遍認(rèn)為三維堆疊封裝技術(shù)的創(chuàng)新將推動(dòng)整個(gè)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。通過不斷的技術(shù)創(chuàng)新，如新材料、新工藝的應(yīng)用，可以解決目前三維堆疊封裝技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)，進(jìn)一步提高技術(shù)性能。例如，研究機(jī)構(gòu)在探索新的鍵合材料和工藝，以提高芯片間的連接可靠性，這些創(chuàng)新成果將促進(jìn)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)向更高層次發(fā)展。

2. 對(duì)多學(xué)科交叉發(fā)展的促進(jìn)

• 研究機(jī)構(gòu)還認(rèn)為三維堆疊封裝技術(shù)的發(fā)展將促進(jìn)多學(xué)科的交叉發(fā)展。三維堆疊封裝涉及到材料科學(xué)、微電子學(xué)、物理學(xué)等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域。在解決三維堆疊封裝技術(shù)的散熱、可靠性等問題時(shí)，需要多學(xué)科的知識(shí)和技術(shù)手段。例如在研究散熱問題時(shí)，需要材料科學(xué)提供高性能的散熱材料，微電子學(xué)提供芯片設(shè)計(jì)和封裝方面的知識(shí)，物理學(xué)提供熱傳導(dǎo)等方面的理論支持，這種多學(xué)科交叉發(fā)展將推動(dòng)整個(gè)科技領(lǐng)域的進(jìn)步。

三維堆疊封裝技術(shù)先進(jìn)芯片封裝清洗介紹

·         合明科技研發(fā)的水基清洗劑配合合適的清洗工藝能為芯片封裝前提供潔凈的界面條件。

·         水基清洗的工藝和設(shè)備配置選擇對(duì)清洗精密器件尤其重要，一旦選定，就會(huì)作為一個(gè)長期的使用和運(yùn)行方式。水基清洗劑必須滿足清洗、漂洗、干燥的全工藝流程。

·         污染物有多種，可歸納為離子型和非離子型兩大類。離子型污染物接觸到環(huán)境中的濕氣，通電后發(fā)生電化學(xué)遷移，形成樹枝狀結(jié)構(gòu)體，造成低電阻通路，破壞了電路板功能。非離子型污染物可穿透PC B 的絕緣層，在PCB板表層下生長枝晶。除了離子型和非離子型污染物，還有粒狀污染物，例如焊料球、焊料槽內(nèi)的浮點(diǎn)、灰塵、塵埃等，這些污染物會(huì)導(dǎo)致焊點(diǎn)質(zhì)量降低、焊接時(shí)焊點(diǎn)拉尖、產(chǎn)生氣孔、短路等等多種不良現(xiàn)象。

·         這么多污染物，到底哪些才是最備受關(guān)注的呢？助焊劑或錫膏普遍應(yīng)用于回流焊和波峰焊工藝中，它們主要由溶劑、潤濕劑、樹脂、緩蝕劑和活化劑等多種成分，焊后必然存在熱改性生成物，這些物質(zhì)在所有污染物中的占據(jù)主導(dǎo)，從產(chǎn)品失效情況來而言，焊后殘余物是影響產(chǎn)品質(zhì)量最主要的影響因素，離子型殘留物易引起電遷移使絕緣電阻下降，松香樹脂殘留物易吸附灰塵或雜質(zhì)引發(fā)接觸電阻增大，嚴(yán)重者導(dǎo)致開路失效，因此焊后必須進(jìn)行嚴(yán)格的清洗，才能保障電路板的質(zhì)量。

·         合明科技運(yùn)用自身原創(chuàng)的產(chǎn)品技術(shù)，滿足芯片封裝工藝制程清洗的高難度技術(shù)要求，打破國外廠商在行業(yè)中的壟斷地位，為芯片封裝材料全面國產(chǎn)自主提供強(qiáng)有力的支持。