一、先进封装面临的挑战

随着人工智能工业的生长，业界对高算力、高性能的 AI 芯片的需求日益提升
。电子封装对芯片起着机械支持、情形；ぁ⑿藕呕チ约吧⑷鹊戎饕饔，为了知足高性能 AI 芯片小型化和集成化的需求，先进封装手艺也随之一直生长
。但在芯片服役情形日益重大、芯片一直堆叠以及异质异构集成等因素的影响下，先进封装面临诸如晶圆翘曲、电迁徙、朴陋裂纹以及疲劳失效等可靠性问题
。

1. 晶圆翘曲

晶圆翘曲是指在晶圆重构工艺中，由于芯片和塑封料的热膨胀系数（CTE） 不匹配而爆发热应力的积累，从而导致宏观翘曲
。晶圆翘曲不但会严重影响后续磨削减薄、切割等封装办法的工艺精度，还会带来界面分层、焊点断裂以及裂片等诸多可靠性问题 [35] 
。随着芯片集成化和大尺寸晶圆的使用，晶圆翘曲问题也愈发严肃，已成为影响先进封装可靠性的主要挑战之一
。

解决晶圆翘曲是个重大的事情，需要综合思量封装工艺、封装质料以及封装检测等因素的影响
。在封装工艺上，可通过优化封装历程中温度、湿度、冷却速率以及气压等因向来减小热应力的影响，降低晶圆翘曲的概率；在封装质料上，可接纳与晶圆 CTE 靠近的封装质料，从而减小热失配的影响；在封装检测上，需要准时使用高精度检测装备，及早发明晶圆翘曲问题并接纳响应的调解步伐
。

2. 焊点可靠性

焊点是封装中最主要的互连结构之一，起着电气毗连、温度传导以及机械支持等主要作用
。I/O 密度与凸点节距、结构的关系如图 16 所示，随着凸点节距一直缩放，I/O 密度的一连提高会给焊点结构带来愈发严肃的挑战
。

焊点的服役情形包括高温、机械应力、冷热循环、高密度电流等
。其中高温会导致焊点泛起金属间化合物（IMC）增厚、力学性能退化等征象，详细体现为柯肯达尔孔洞、裂纹扩展等失效形式；冷热循环则会使得焊点爆发疲劳蠕变等征象，从而导致焊点断裂失效，失效是由于焊点与其他接触结构的 CTE 不匹配导致的；机械应力包括随机振动、加速率、攻击以及拉伸剪切等作用力，在载荷力的作用下，若是焊点质料强度缺乏，则会泛起焊点断裂、破碎等失效征象；当焊点内部电流密度抵达 10 4 A/cm 2 时，焊点易爆发电迁徙征象，随着焊点尺寸的一直缩小，焊点电迁徙征象愈发明显，并常陪同着热迁徙征象，电迁徙和热迁徙配相助用，导致凸点下金属化层（UBM）耗尽、朴陋裂纹、IMC 极性效应等失效征象
。

焊点的服役情形是重大多变的，往往面临的不但是一种情形载荷的作用，而是多种载荷的叠加，这导致失效形式难以展望
。近年来已有不少学者基于多物理场耦合理论，接纳有限元法（FEA）对焊点失效机理举行研究，为现实工况下焊点失效行为的展望提供理论参考
。别的，焊点质料是包管焊点可靠性的主要因素之一，研发高可靠性扩散阻挡质料以及性能更优的焊料合金，可有用提高焊点服役寿命
。

3. TSV 可靠性

TSV 手艺是指在芯片与芯片以及晶圆与晶圆之间制作笔直通孔，并在通孔中填充铜、钨、多晶硅等导电质料，从而实现笔直电气互通
。TSV 可缩短信号互连长度，镌汰信号传输历程中的寄生消耗和信号延迟，能够知足电子器件多功效化、集成化和小型化的要求
。业内人士将 TSV 视为继引线键合和倒装芯片之后的第 3 代封装手艺
。

现在 TSV 手艺仍面临诸多挑战，如：硅和铜的CTE 保存较大差别，在制造 TSV 的历程中会爆发较大的热应力，从而导致开裂分层并影响器件的电性能；填充不完全或刻蚀工艺中的贝壳效应会导致 TSV 中泛起朴陋，从而使 TSV 的性能不可知足事情要求；随着结构密度的一直提高，高密度 TSV 会导致热量集中，从而引发一系列热可靠性问题
。

研究职员正从质料、结构、工艺等方面追求解决以上问题的计划
。在质料方面，通过研发新质料来抑制衬底消耗以及降低热失配的影响；在结构方面，同轴空气间隙 TSV 等新结构能降低整体的寄生电容和能量消耗；在工艺方面，田苗等 [37] 提出了一种通孔双面漫衍填充的工艺，减小了 TSV 工艺的填充难度
。TSV作为堆叠型封装中最要害的手艺之一，随着未来新质料和新工艺的研发，将具有更辽阔的应用远景
。

4. RDL 可靠性

RDL 是指在晶圆外貌沉积金属层和介质层，并形成金属布线，对 I/O 端口举行重新结构，将其结构到新的区域，并形成面阵列排布
。接纳 RDL 能够支持更多的 I/O 数目，使 I/O 间距更无邪、凸点面积更大
。别的RDL 可以将差别种类的芯片毗连在一起，在 3D 集成中，TSV 用于完成同种堆叠芯片的电气互联，而差别类型堆叠芯片的毗连则需要 RDL 来实现
。差别尺寸RDL 的应用规模如图 17 所示，差别线宽 / 间距（L/S）的 RDL 具有差别的应用规模，现在主流 RDL 的 L/S仍在 5 μm 以上
。

随着半导体手艺节点迈向 3 nm，高 I/O 密度对超细 L/S 和高密度 RDL 提出了重大的挑战，RDL 服役可靠性面临诸多亟待解决的问题：（1）RDL 层中介电质料和铜线之间的 CTE 差别会导致温度循环历程中的铜 / 介电界面失真，从而导致 RDL 走线开裂； （2）古板的铜 RDL 直接笼罩有机介质层，而不具有阻挡金属层，这导致铜 RDL 间距小于 2 μm 时电场会迅速增添，铜会迁徙到通常用作电绝缘体的有机电介质中，从而泛起严重的电可靠性问题 [38] ； （3）晶圆翘曲和芯片偏移等工艺缺陷会影响 RDL 的 L/S，影响 RDL 的精度； （4）在 RDL 制造中面临着共面性问题，芯片挤出问题会导致 RDL 的断裂和开短路故障
。

包管 RDL 可靠性的同时提升 RDL 的 L/S 已成为业界研究重点之一
。要形成厚度匀称且区分率高的RDL 层，需要质料、工艺、装备等的进一步生长和升级
。在质料方面，需要研发合适的介电质料来减小其与铜线之间的 CTE 差别，从而减轻热失配征象；在工艺和装备方面，需要设计更合适且准确的制程装备，Manz（亚智科技）公司推出了特殊的 RDL 湿法制程装备来处置惩罚极重的基板和质料的翘曲问题
。随着未来RDL 工艺的完善，RDL 将在 FO 等先进封装的生长中施展更主要的作用
。

二、先进芯片封装洗濯的污染物：

水基洗濯的工艺和装备设置选择对洗濯细密器件尤其主要，一旦选定，就会作为一个恒久的使用和运行方法
。水基洗濯剂必需知足洗濯、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情形中的湿气，通电后爆发电化学迁徙，形成树枝状结构体，造成低电阻通路，破损了电路板功效
。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，尚有粒状污染物，例如焊料球、焊料槽内的浮点、灰尘、灰尘等，这些污染物会导致焊点质量降低、焊接时焊点拉尖、爆发气孔、短路等等多种不良征象
。

这么多污染物，究竟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因素，焊后必定保存热改性天生物，这些物质在所有污染物中的占有主导，从产品失效情形来而言，焊后剩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徙使绝缘电阻下降，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，因此焊后必需举行严酷的洗濯，才华包管电路板的质量
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