用新型IC薄膜封装实现高密度互连

随着现代复杂电子系统对高可靠性、高性能、低价位和快速、轻便及小型化要求的不断上升，使得将复杂系统集成在一个封装(SiP)中以及新型高密度封装技术都得到进一步发展。使用多层薄膜技术可使线宽和线距尺寸做到很低，而且能实现密度非常高的互连结构。

Eric Beyne

高密度互连封装部主管

IMEC

Katrien Marent

业务开发部技术编辑

IMEC

info@imec.de

高密度互连结构可以采用不同的技术实现，通常是利用对已有技术进行改进，像印刷线路板(PWB)、共烧陶瓷或薄膜技术。这些技术都各有其优缺点，就高互连密度和最佳电气性能而言，一般都认为多层薄膜技术是最佳选择，使用这一技术后，线宽和线距尺寸可以很容易达到20um甚至10um，而且只需使用两层细线布线层就能实现密度非常高的互连结构。

这些薄膜结构一般制作在硅玻璃、陶瓷甚至金属基底上，基底只作为薄膜的载体。将裸片装配到这种基底上后，基底本身还需封装一次，会增加整个系统的费用。相对于层压或陶瓷高密度基板而言，这是一个很大的缺点，后者可以作为球栅阵列(BGA)的中间基板，除了进行过塑压和焊球粘结外，不需要再做任何其它封装。

IMEC目前正在开发一种很有前途的替代技术，它将薄膜的高密度互连性能与先进组合层压板技术结合在一起，这种被称为MCM-SL/D的技术在一块依次层压制成的PWB顶部生成薄膜。由于使用了一种新工艺，因此基板顶面可以做得很平，以便作进一步薄膜处理。层压板的中心层一般只用于作为电源层和地层，以及实现正反面电气连接。元器件可以安装在基板的正面，最好是用倒装芯片或引线粘接(邦定)，或者是CSP(芯片级封装)工艺；基板的反面可装配焊球或细间距连接器，实现到下一级的电气连接。

如今迅猛发展的无线通信市场更加刺激了新型封装的进步。无线通信技术正迅速向高频宽带应用领域发展，这对小型化技术和用于这些通信系统的RF前端元件提出了更高要求，具有高频特性和优秀性能的小型化集成技术将非常有用。这一技术特别适用于实现电感集成，也许既能满足电感集成要求又能实现完全高频前端系统集成的只有薄膜多层或MCM-D技术。IMEC的MCM-D技术使用低损耗玻璃基板，在这块基板上集成无源元件，像电阻、电容、电感等等，此外还使用一种CPW(共面波导)技术，有了它可以不用进行晶圆背面处理和背面减薄，从而降低了费用。这里的基板不需要打通孔，非常适合于有源器件或芯片进行倒装芯片安装，采用这一技术后集成电感的品质因子可高达150，频率范围为1～10GHz。

由于该技术具有很高的再现性而且和陶瓷基板相比能集成更多无源器件，所以这种在玻璃上生长薄膜的新技术是实现RF和微波电路低成本集成的一种可选方案。IMEC开发了一整套MMIC(单片微波集成电路)类型设计库，能够提供等效模型和自动布线特性，可以在有源设计和无源集成之间作完全并行设计。这一模型在频率高达50GHz时仍具有很高精度，由于具有精确的模拟特性，故能使设计“一次成功”。我们在这种设计环境下已开发出了一些实际的微波器件，如5.2GHz带通滤波器、3～5GHz不平衡变压器及7±0.5GHz Wilkinson功率分配器等等。此外还开发出一些纯微波电路，如5GHz WLAN(无线局域网)用的5GHz接收器前端等。目前正在研究用层压板技术替代玻璃基板，以降低整个系统的费用；另外一些研究朝着更高频段发展，希望能将天线集成进来，这一技术将产生更多新型应用，如汽车防撞雷达等。

倒装芯片再布线技术

因为使用倒装芯片可以获得非常高的芯片-基板互连密度，所以业界对倒装芯片的兴趣增长很快。近几年开发的倒装芯片凸焊点制造技术，都是在周边焊盘区上直接生成凸焊点或可焊金属化结构，用丝网印刷焊膏制造的凸焊点可用于I/O间距小至200um的芯片，当前IC的复杂程度以每年35～50%的速度增长，这也意味着引线脚数在快速增长(每年13～20%)。

大多数IC仍采用周边式焊盘设计，I/O间距己降至60甚至40um，电镀凸焊点可用于I/O间距小于200um的芯片。虽然线焊设备可以处理这些小间距(低至40um)芯片，但一般日用品用这种高密度线路板太过昂贵，因此现在普遍使用再布线技术作为一种经济的解决方案。再布线技术可以对周边焊盘的间距进行重新布置，以便使用低成本线路板和基板以及常用的I/O焊盘形状。

再布线技术一般要使用4块掩模板，一块用于第一层介质，一块用于再布线走线的金属化层，第三块用于第二层介质(焊料掩模)，最后一块用于倒装芯片焊盘和凸焊点的焊点下金属化(UBM)制作。IMEC开发了一种新技术，可以将再布线走线和UBM一步完成，将掩模数目由4块减少至3块，从而降低倒装芯片成本，使之在费用上可以与采用引线焊接的芯片相当。