《先进半导体封装材料及工艺-2024版》
2024-11-19 15:25:12   来源：麦姆斯咨询   评论：0   点击：

Materials and Processing for Advanced Semiconductor Packaging 2025-2035: Technologies, Players, Forecasts

据麦姆斯咨询介绍，随着半导体封装技术的发展，2.5D和3D Cu-Cu混合键合等先进技术对于实现更高的器件性能及能效正变得越来越重要。然而，完成这些封装技术以满足高性能和高良率标准，同时满足客户要求，是一项复杂的任务。面临的挑战包括开发合适的材料以及创新的封装制造技术。在此背景下，英国知名研究公司IDTechEx发布了这份关于先进半导体封装材料及工艺的最新研究。本报告深入剖析了上述挑战，探讨了2.5D封装材料和工艺的主要发展趋势，以及用于3D封装的创新Cu-Cu混合键合技术。此外，本报告还提供了有机电介质先进半导体封装模块的10年期市场预测，包括出货量和面积预测，为行业相关从业者提供了宝贵的前瞻性见解。

先进封装示例

相关报告参考：《先进半导体封装技术及市场-2024版》

2.5D中介层材料

在2.5D封装中，不同芯片通过中介层水平互连，主要考虑三种材料：硅（Si）、有机物和玻璃。硅中介层凭借支持精细布线的能力而成为高性能计算（HPC）的行业标准，但其高昂的成本和封装面积的限制是当前需要解决的挑战。为了缓解这些问题，局部硅桥正在成为一种有效的解决方案。有机中介层提供了一种具有成本效益的替代方案，特别是通过扇出面板级封装（FOPLP），可提高面积利用率并降低达60%的成本。然而，实现与硅类似的精细布线仍然很困难。玻璃中介层具有可调的热膨胀系数（CTE）和高尺寸稳定性，也支持面板级封装和降低成本。然而，尽管前景广阔，但玻璃中介层的生产仍未成熟，限制了其大规模应用。随着生态系统的发展，每种材料都为2.5D封装带来了自己的优势和挑战，重点是平衡性能和成本。

中介层材料对比分析（样刊模糊化）

一般来说，在为2.5D半导体封装中的中介层选择下一代材料时，有五个关键指标至关重要：介电常数（Dk）、失效伸长率、热膨胀系数（CTE）、杨氏模量和吸湿性。低介电常数对于降低电容，实现更高的数据传输速率、改善信号完整性至关重要。失效伸长率可确保材料在制造过程中承受机械应力。电介质与铜层的CTE匹配可提高封装可靠性。另一方面，杨氏模量也是一个关键因素。较低的杨氏模量可将微孔上的应力降至最低，这对于采用5微米以下微孔的先进设计至关重要，而较高的杨氏模量则可提高封装的稳定性。因此，在这些冲突的要求之间找到适当的平衡点，对于先进封装来说至关重要。最后，低吸湿性对长期可靠性影响很大，因为过多的水分会导致分层，降低机械性能和电气性能。平衡这些参数对于优化下一代中介层材料的带宽和功率效率至关重要。

电子互连中的材料选择

Cu-Cu混合键合

晶圆到晶圆（W2W）和芯片到晶圆（D2W）混合键合是3D混合键合的两种关键方法，各自具有不同的优势和挑战。W2W键合是一种较为成熟的工艺，涉及键合两个完整的晶圆，通常只需一个统一的步骤。这种方法得益于一致的表面积，使得对准和键合相对简单。由于晶圆始终保持圆形，该工艺可以针对高吞吐量进行优化，因此适合大规模生产。然而，W2W键合在处理不同芯片尺寸时灵活性较差，受到需要键合相同晶圆的限制。

另一方面，D2W混合键合技术更为复杂，它解决了W2W在处理不同尺寸高性能芯片时的局限性。D2W并非键合整个晶圆，而是将单芯片精确键合到目标晶圆上，从而在单个封装中集成不同尺寸和类型的芯片。这种灵活性使D2W键合成为芯片集成等先进封装技术的理想选择，使制造商可以混合并匹配不同功能的芯片。然而，D2W也带来了巨大的制造挑战。D2W要求超洁净、无颗粒的表面和精确的对准，因为任何污染或错位都会导致缺陷，严重影响键合质量。

此外，D2W键合还会带来芯片纵横比的复杂性。具有较高纵横比的芯片可能会产生单边键合问题，即键合前沿从一侧开始，可能导致缩放效应。在切割过程中使用柔性有机载具或粘合剂会使工艺更加复杂。此外，D2W键合对排队时间更为敏感，这会在键合之前降低表面质量。

尽管存在这些挑战，但是D2W键合的灵活性和精确性对于高性能应用越来越重要，集成混合键合工具的出现正在解决其中的许多障碍。

三种Cu-Cu混合键合技术分析

本报告覆盖了哪些内容？

IDTechEx将本报告分为四个主要部分，为用户了解先进半导体封装提供了一种结构化方法。第一部分全面介绍了先进半导体封装的技术、发展趋势、关键应用和生态系统，为用户提供了扎实的概况知识。第二部分重点介绍2.5D封装工艺，深入探讨RDL和Microvia的介电材料、RDL制造技术以及EMC和MUF的材料选择等关键内容。该部分的每个小节都详细分析了工艺流程、技术比较分析、厂商评估和未来趋势，为用户提供了全面的见解。

Bumping工艺的发展

在报告的第三部分，重点研究了用于3D芯片堆叠的创新型Cu-Cu混合键合技术。这一部分提供了有关制造工艺的宝贵见解，并就如何选择材料以获得最佳效果提供了指导。本报告还展示了使用有机和无机电介质成功实现Cu-Cu混合键合的案例研究。此外，本报告最后一章还对有机电介质先进半导体封装模块进行了10年期市场预测（包括出货量和面积），为业界提供未来10年预期市场增长和趋势的重要视角。

若需要《先进半导体封装材料及工艺-2024版》报告样刊，请联系麦姆斯咨询王懿，邮箱：wangyi#memsconsulting.com（#换成@）；电话：17898818163。