李振华+加海+田光伟

摘要：在目前的集成电路市场上的发展趋势是逐渐微小化和多功能化，比如手机、PAD、便携传感器等等，所展现的体积越来越小，但是表现出来的功能却越来越强大。本次文章重点介绍了SIP封装堆叠工艺的技术进展。

关键词：堆叠封装、技术进展、组装流程。

1 微电子封装技术概述

第二十一世纪是信息科学与技术的世纪。社会经济的发展与信息科学技术的发展程度密切相关。一个国家的信息化程度已成为衡量一个国家现代化水平的重要标志。随着信息技术的发展，微电子技术得到了极大的发展。微电子技术是信息技术的基础，它的发展促进了现代电子工业的发展，尤其是通信、计算机和互联网技术的发展。微电子系统的小型化、高性能、高密度和高可靠性要求导致微电子封装设计和制造技术的不断发展。为了满足移动电话、数码相机和其他无线设备的发展要求，逐渐开发出越来越多的先进技术，如BGA、CSP、SIP、WLP、POP的出现。电子封装已成为当今世界上一个独立的重要产业，它已成为集成电路设计、集成电路制造和集成电路测试的四大支柱产业。随着绿色环保电子时代的到来，微电子封装技术必将面临更大的挑战和机遇，并将具有广阔的市场前景。

2 堆叠封装（Package on Package，PoP）技术

堆叠封装POP技术的发展在推动了电子产品向高可靠性、低能耗、低制造成本和小尺寸方面起到了重要的作用。底部模块使用倒装封装，从而降低了堆叠封装产品的总体高度，通过采用多层的PoP技术在每一层上封装芯片，封装芯片的数目比其他的封装形式多。新的穿透模塑通孔（TMV）技术的使用减小了底部封装模块的厚度，减少制造的成本。因此，堆叠封装PoP封装形式成为大多数的移动电子产品的首选，得到了人们的广泛认可，并且随着堆叠PoP的技术不断改善提高，堆叠封装PoP必将是三维封装技术重要部分。

2.1 PoP封装简介

伴随着移动电子产品市场在人们生活中重要性的提高，堆叠封装PoP技术已经是目前主要的三维封装技术的解决方案。堆叠封装PoP可以在装配前单独对各个产品进行良品率测试，从而使总的制造成本降低。目前一些先进的移动电子设备生产厂商都使用了PoP。目前，PoP由顶层和底层通过堆叠的形式封装而成，顶层模块包括逻辑芯片，底层模块包括了存储芯片，底层是采用引线键合或倒装封装的器件，底部模块的下表面存在有很多的引脚，上表面是焊盘。通常，采用回流焊工艺使顶层和底层互连。

堆叠封装PoP具有以下优点：（1）封裝体的尺寸小，质量轻；（2）顶层封装模块和底层封装模块的电子元件可以在组装前进行测试并替换，使得瑕疵率大大降低、良品比率升高，成本也大度下降；（3）在采取垂直互连的方式对上层和下层进行连接，大大的减小了引线长度，减少了寄生电容、寄生电感，电源损耗减小，信号的传输速度更快；（4）模块中的存储芯片和逻辑芯片可以由不同的商家提供，使产品的生产时间缩短，效率提高。

2.2 PoP封装的发展

信息产业的不断发展使半导体集成电路的集成度越来越高，封装引脚数目增多，出现多种形式的高密度封装，在倒芯片技术发展的基础上出现了元件堆叠技术。经过十多年的不断发展，PoP封装技术现在已经成为移动电子产品的主要封装形式，堆叠元件的层数为2层到8层，国内外顶级封装测试生产商如日月光集团（Advanced SemiconductorEngineering，ASE）、安靠封装测试有限公司（Amkor Technology）、星科金朋（STATSChip PAC）等都有自己的PoP封装形式。

移动电子产品主要需要解决的是信号的高速传输问题，即要求信号高速传输，增加输入/输出引脚数。在IC封装方面专家的协同设计和共同开发下封装模块引脚间距尺寸将进一步缩小以确保下一代PoP的成本和性能最佳。

2003面，首次提出了一种新的PoP解决方案，是在一个封装体内将逻辑器和存储器共同集成在一起。由于这种方式展现出来的巨大潜力，PoP在一段时间内得到人们的强烈关注。然而，由于智能手机长期没有普及和技术上的原因，PoP暂时消失了。

在2007年的时候，苹果公司发布了令世界侧目的iphone。一经发布，便拆开给大家展示出来，此时，PoP技术重新得到人们的强烈关注。之后的几年，随着人们的需求渐涨，全世界主流的手机制造商均开始使用这种技术，这是能够引领产品快递发展的催化剂。我们所接触到的每一部手机，里面至少都含有一个叠层封装，并且，还在有不断增加的趋势。

几乎可以说，人们需求的增加，促进了手机的加速发展，同时也促进了封装技术不断的改革和创新。在手机刚刚发展出来的时候，仅仅只有相互拨打电话和互发短信的简单功能，手机里只有基本的处理器以及非常小容量的内存。但是在现在，手机已经有了丰富的功能，任何事情都可以在手机上处理完毕，只有你想不到的，没有你做不到的，其内部的处理器不亚于电脑，并且存储力也越来越大。这也是基于PoP的技术。

数据预测，在未来几年内，智能高端手机市场的年复合增长率将达到25%，而到2014年底，全球手机产量预计将达到13亿左右。因为手机中逻辑加存储是有着标准规范的，所以在这一块会有越来越多的供应商，PoP更容易实现高密度包装，并且其成本会越来越低，其技术优势将使POP有更广阔的应用前景。

随着许多新产品的采用，它的前景也越来越非常光明，但还是需要进行性能改进、形状因子降低和不同的内存配置和接口。它现在正处于快速发展阶段，和多样化，以满足日益增长的需求。PoP已经证明它的成熟，其他应用程序也受益于它的使用，将不仅仅局限在手机上。

随着POP的广泛应用，POP生产线的产品产量和产品的服务可靠性越来越受到人们的重视。目前，焊接生产线中出现的缺陷，原因主要有两点，一是不完全融合的焊料回流焊工艺，二是由于在加热过程中芯片翘曲使得加热熔融焊料的液桥断裂，但当在冷却后不能及时融合。与此同时，影响使用年限的一个重要因素是焊点上的的拉伸应力和压应力。很明显，焊点的拉伸和压缩应力是由芯片的热翘曲引起的。在不久的将来，POP将面临更小的芯片封装尺寸的挑战，并且热翘曲的影响将更加突出。因此，对芯片热翘曲变形的研究已成为解决POP器件成品率和使用可靠性问题的前提。endprint

在此之前，研究芯片热变形的主要方法是利用有限元模拟方法模拟芯片的结构，并通过合理应用载荷，来进行分析，之后得到结果。然而，由于芯片翘曲，它的变形导致了焊球共面的破坏，焊点形状也是千差万别，在焊点的拉应力的精确分析的有限元法仿真建模和网格劃分时遇到的大问题，因此，对新研究的建模过程的简化方法具有重要的实用价值。

3 封装堆叠 Po P 的组装流程

PoP在组装时要考虑元器件间的间隙，以减小元器件之间的应力，提高封装器件的良品率和可靠性。在板PoP的典型工艺流程，包括以下的主要过程：采用印刷设备将焊膏印刷在 PCB板上，通过表面贴装技术将底部的元器件和其他器件贴装在PCB板上，拾取顶部的模块浸蘸焊膏或助焊剂，它连接到底部模块。在回流焊炉中，电路板回流焊接，在电路板上的焊料球阵列中注入较低的填料，填充固定。

4 结论

PoP（Package on Package）堆叠装配技术的出现更加模糊了一级封装与二级装配之间的界线，大大提高了逻辑运算功能和存储空间的同时，也为用户提供了一种可能的组合装置的自由选择，生产成本可更有效地控制。对于3G手机来说，PoP绝对是一个不错的选择。毫无疑问，随着小型化的高密度封装的出现，对于高速和高精度的组装要求变得越来越重要。相关的装配设备和工艺也更先进，高度灵活。其技术必须经受新的挑战。

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