高端封装技术：攻克存储器系统性能和容量限制
文章出处：霍尔元件 人气：发表时间：2021-08-03 09:45
在半导体行业竞争日趋激烈的背景下，封装工艺作为一种部署更小型、更轻薄、更高效、和更低功耗半导体的方法，其重要性日益凸显。作为霍尔元件生产的最重要的一环，同时，封装工艺也可响应半导体小型化技术的限制和满足其他市场需求。
封装工艺是指对半导体制成品进行包装的过程，使其免受损坏，同时将半导体电路中的电线与外部连接。此前，封装工艺通常被视为一种简单的辅助工作，属于半导体制造的后工序，而非确定半导体质量的前工序。然而，近年来，随着晶体管的特征尺寸缩小到5nm以下，加之半导体制造业在未来几年面临物理尺寸限制的可能性越来越大，封装技术也得到了前所未有的关注。
封装工艺关乎半导体产品，是与客户休戚相关的关键工艺，SK海力士肩负责任，承载使命，致力于实现最佳性能和最高品质。
下面我们将详细探讨封装技术，了解封装技术的未来趋势。
对封装技术的重新思考
随着市场对高性能和高容量存储器产品的需求不断增加，从十年前开始，诸如重新分配层（RDL）1、倒片封装（Flip Chip）2和硅穿孔（TSV）3等封装技术得到了积极广泛的应用。这些技术颠覆了传统的芯片级封装方法，在硅晶圆或芯片堆叠结构晶圆中进行工艺处理，大幅提高了产品的性能和容量。需要指出的是，SK海力士凭借业界领先的TSV堆叠技术引领市场发展，这其中包括高带宽存储器（HBM）封装存储器解决方案，以及用于服务器的高密度存储器（HDM）三维堆叠（3DS）技术。2016年，SK海力士率先应用批量回流焊（mass reflow）工艺?，将4块50 um厚芯片相互堆叠，并结合TSV堆叠技术，成功开发出一款服务器专用3DS存储器。近期，公司将这项技术应用于HBM产品的8层堆叠上。通过采用多个热假凸块作为散热路径，并使用具有优良导热性的塑封料作为间隙填充材料，SK海力士大大改善了因存储器带宽增加而引起的散热问题，同时也大幅降低了TSV的高昂制造成本。
使用TSV技术的存储器产品
存储器容量需求影响芯片技术
HBM中所使用的TSV技术是一种使用硅穿孔电极（TSV）和微凸块垂直堆叠多个芯片（通常为4-8个芯片）的方法。由于市场对高容量存储器产品需求不断增加，预计未来将需要12-16层甚至更高的多芯片堆叠技术。为了实现这一目标，不仅需要减小芯片的厚度和凸块电极的尺寸，而且在不久的将来还需要应用混合键合（hybrid bonding）技术?，去除芯片之间的填充物，使其直接连接到铜电极上。
采用微凸块和混合键合方法的垂直分层(Vertical Lamination)示意图
与使用微凸块的方法相比，混合键合方法可以大幅缩小电极尺寸，从而增加单位面积上的I/O数量，进而大幅降低功耗。与此同时，混合键合方法可以显著缩小芯片之间的间隙，由此实现大容量封装。此外，它还可以改善芯片散热性能，有效地解决因耗电量增加而引起的散热问题。
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