中國粉體網(wǎng)訊  高性能、高封裝密度、包含多種功能的集成電路（IC）有效地帶動(dòng)了三維集成與封裝（3DPackaging）的高速發(fā)展。該封裝方式具有效率高、體積小、功耗低、弱延遲、寄生小和低噪音等多種優(yōu)勢，成為新興的系統(tǒng)級封裝技術(shù)關(guān)鍵的分支，在未來的集成電路甚至微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS）封裝中占有日益重要的作用。

轉(zhuǎn)接板簡介

轉(zhuǎn)接板技術(shù)作為一種新型三維封裝模式下的大規(guī)模集成電路應(yīng)用技術(shù)，逐漸成為備受關(guān)注的高密度模塊集成封裝技術(shù)。其結(jié)構(gòu)是指在有機(jī)或無機(jī)等基板的適當(dāng)位置利用不同加工工藝實(shí)現(xiàn)高深寬比垂直通孔，垂直通孔內(nèi)可進(jìn)行不同材質(zhì)的填充，整體可看作利用通孔垂直互連的封裝體，實(shí)現(xiàn)了芯片與芯片之間、芯片與基板之間、基板與基板之間不同間距的輸入輸出端口互連，完成芯片與圓片、芯片與芯片之間垂直互連，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)封裝體在垂直方向上的擴(kuò)展，促進(jìn)系統(tǒng)模塊的小型化和異質(zhì)集成度。

轉(zhuǎn)接板技術(shù)分類與應(yīng)用

按照基板材料的不同，轉(zhuǎn)接板可大致分為有機(jī)、硅基、玻璃和陶瓷四種。

（1）有機(jī)轉(zhuǎn)接板。有機(jī)轉(zhuǎn)接板的基板材料通常以玻璃纖維作加強(qiáng)劑有機(jī)樹脂為基礎(chǔ)材料，采用層壓加工工藝即可進(jìn)行大規(guī)模有機(jī)轉(zhuǎn)接板制造。與其他材料轉(zhuǎn)接板相比，有機(jī)轉(zhuǎn)接板成本較低，同時(shí)其加工工藝簡單且成熟，相較于硅基等其他轉(zhuǎn)接板，有機(jī)轉(zhuǎn)接板的粗糙度較小，因此通孔金屬化難度較小。

然而，有機(jī)轉(zhuǎn)接板基板的熱性能較差，其熱膨脹系數(shù)與硅組件相差較大，成品率較低，隨著層數(shù)的增加有機(jī)轉(zhuǎn)接板出現(xiàn)明顯的翹曲，一定程度上限制高集成三維封裝領(lǐng)域中有機(jī)轉(zhuǎn)接板的應(yīng)用。

（2）硅基轉(zhuǎn)接板。硅基轉(zhuǎn)接板是一種已在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛的轉(zhuǎn)接板技術(shù)。然而，硅作為具有一定導(dǎo)電性的半導(dǎo)體材料，在電子系統(tǒng)中存在通孔漏電流以及信號的耦合與串?dāng)_的問題，且該情況在高頻電路中尤為嚴(yán)峻。

（3）玻璃轉(zhuǎn)接板。玻璃轉(zhuǎn)接板采用玻璃通孔技術(shù)可以在一定程度上克服由于硅半導(dǎo)體特性帶來的缺點(diǎn)。通常所用玻璃的主要成分為SiO₂，電阻率較高(1012-1016Ω·cm)，信號隔離度較好，且高溫下性能穩(wěn)定。然而玻璃轉(zhuǎn)接板因其基板脆度較大，在基板通孔加工過程中難度較大，成品率較低，成本較高，同時(shí)在加工過程過存在的細(xì)微缺陷會導(dǎo)致通孔漏電流的形成。

（4）陶瓷轉(zhuǎn)接板。陶瓷轉(zhuǎn)接板采用陶瓷通孔技術(shù)，基于陶瓷材料的良好絕緣性能和機(jī)械性能，因此在轉(zhuǎn)接板封裝技術(shù)中存在較大優(yōu)勢。通常陶瓷材料有AlN、Al₂O₃和BeO等，由于BeO具有一定毒性，因此使用較少。AlN陶瓷因其具有與硅相近的低熱膨脹系數(shù)，電阻率高，同時(shí)其熱導(dǎo)率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他陶瓷材料，因此芯片與芯片間、基板上下表面間的信號損耗較小，信號完整性良好。

AlN、SiO₂和Si性能參數(shù)

綜合考量電學(xué)、熱學(xué)和機(jī)械等方面的性能指標(biāo)，基于AlN材料的TCV轉(zhuǎn)接板性能較為優(yōu)良，具有良好的發(fā)展前景。

AlN陶瓷轉(zhuǎn)接板

1、陶瓷轉(zhuǎn)接板基板的制備

由于AlN陶瓷熔點(diǎn)高（2232℃）、硬度大，因此陶瓷基板的制備難度較大，通常采用低熔點(diǎn)玻璃或其他助熔劑摻雜的方式加工陶瓷。

此外，AlN陶瓷的燒結(jié)通常在氮?dú)鈼l件下有機(jī)物在燒結(jié)過程中逐漸蒸發(fā)，避免了由于燒結(jié)過程中生成的金屬氮化物改變陶瓷材料的成分配比，影響基底性能。

2、陶瓷轉(zhuǎn)接板通孔的形成

由于AlN陶瓷硬度大，且由漿料壓制燒結(jié)而成，機(jī)器切割、鉆孔或電火花加工等傳統(tǒng)加工方式難以達(dá)到陶瓷轉(zhuǎn)接板對通孔高深寬比的要求，目前主要采用激光鉆孔技術(shù)實(shí)現(xiàn)。

3、陶瓷轉(zhuǎn)接板孔隙的填充

目前在三維封裝領(lǐng)域中對陶瓷轉(zhuǎn)接板基板孔隙的研究較少。由于陶瓷基板內(nèi)部孔隙尺寸較小，且孔隙分布不均勻，因此填充材料需要具備流動(dòng)性好、絕緣性高、熱穩(wěn)定性好等特征，對比分析多種液體材料，其中以有機(jī)高分子材料聚酰亞胺的綜合性能較適用于孔隙填充，其流動(dòng)性較好，絕緣性能較強(qiáng)，耐高溫達(dá)400℃以上，且高溫下性能穩(wěn)定，加熱過程中無氣泡產(chǎn)生，縱使固化后液體體積有所減小，孔隙不能實(shí)現(xiàn)完全填充，但是仍能大大降低孔隙貫通率，減少通孔信號傳輸?shù)膿p耗與串?dāng)_。

4、陶瓷轉(zhuǎn)接板再分布層的制備

通過陶瓷轉(zhuǎn)接板內(nèi)部的垂直通孔可以實(shí)現(xiàn)襯底上下表面的信號互連，有效降低互連線數(shù)量，減小互連線距離。同時(shí)，基板表面可以通過光刻、顯影、電鍍等工藝，并通過具有特定圖形的掩模版加工形成特定的金屬化圖形，與基板通孔的上下表面互連，實(shí)現(xiàn)信號傳輸通道，完成信號在基板表面、基板內(nèi)部以及相鄰基板之間的傳輸，即通過基板表面多層再分布層與基板通孔，實(shí)現(xiàn)通孔與通孔之間、通孔與基板以及基板與基板之間的信號互連。

參考來源：

[1]孫雅婷.陶瓷轉(zhuǎn)接板關(guān)鍵技術(shù)

[2]劉哲.用于硅轉(zhuǎn)接板的氮化鋁改性聚酰亞胺介質(zhì)的制備和表征

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/山川）

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