揭秘PoP封裝技術(shù)，如何引領(lǐng)電子產(chǎn)品的未來(lái)？

一、引言

隨著電子產(chǎn)品的日益小型化、多功能化，對(duì)半導(dǎo)體封裝技術(shù)提出了更高要求。PoP（Package on Package，疊層封裝）作為一種先進(jìn)的封裝技術(shù)，在智能手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、便攜式穿戴設(shè)備等消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品中得到了廣泛應(yīng)用。本文將詳細(xì)探討PoP疊層封裝工藝的原理、特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)類(lèi)型、關(guān)鍵技術(shù)、應(yīng)用以及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。

二、PoP疊層封裝工藝原理與特點(diǎn)

PoP疊層封裝工藝是在一個(gè)具有高集成度的邏輯封裝件上再疊加另一個(gè)與之相匹配的大容量存儲(chǔ)器封裝件，形成一個(gè)新的封裝整體。這種封裝形式主要具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

1. 高度集成：PoP封裝將邏輯器件和存儲(chǔ)器件進(jìn)行垂直堆疊，大大提高了系統(tǒng)封裝密度，節(jié)省了占板面積。這對(duì)于空間有限的便攜式電子設(shè)備來(lái)說(shuō)尤為重要。
2. 靈活性高：存儲(chǔ)器件和邏輯器件可以自由組合，并可單獨(dú)進(jìn)行測(cè)試或替換，這不僅提高了成品率，還為終端用戶(hù)提供了自由選擇器件組合的可能。
3. 性能優(yōu)越：由于堆疊器件垂直互連取代了傳統(tǒng)二維封裝互連，可以實(shí)現(xiàn)邏輯器件和存儲(chǔ)器件之間更快的數(shù)據(jù)傳輸，減少了信號(hào)延遲，提高了系統(tǒng)性能。

三、PoP疊層封裝結(jié)構(gòu)類(lèi)型

隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，PoP疊層封裝工藝出現(xiàn)了多種結(jié)構(gòu)類(lèi)型，以滿(mǎn)足不同產(chǎn)品的需求。

1. 錫球連接PoP：在這種結(jié)構(gòu)中，邏輯芯片通常采用倒裝互連（Flip Chip，F(xiàn)C）技術(shù)進(jìn)行封裝，并作為底部組件。底部芯片采用毛細(xì)管底部填充工藝（Capillary Under Fill，CUF）。錫球連接PoP結(jié)構(gòu)緊湊，適用于對(duì)性能要求較高的應(yīng)用場(chǎng)景。
2. MLP（MoldimgLaser Package）連接PoP：為了發(fā)展較薄的PoP封裝結(jié)構(gòu)，成型激光封裝技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，市場(chǎng)上也稱(chēng)之為穿塑孔（Through Mold Via，TMV）技術(shù)。其方法是先在底部芯片四周焊接錫球并直接塑封，然后采用激光穿孔方式使錫球露出，以便后續(xù)與上層元器件連接。這種結(jié)構(gòu)在減小封裝厚度的同時(shí)，保持了良好的電性能。
3. 柔性電路板連接PoP：為了滿(mǎn)足PoP產(chǎn)品尺寸薄、功能強(qiáng)、I/O數(shù)多等需求，采用柔性電路板連接各種封裝組件并進(jìn)行折疊形成PoP結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)在可穿戴設(shè)備等對(duì)柔性要求較高的應(yīng)用場(chǎng)景中具有優(yōu)勢(shì)。
4. BVA（Bond Via Array）連接PoP：BVA技術(shù)通過(guò)提高產(chǎn)品性能、縮小引腳間距，進(jìn)一步提升了PoP封裝的集成度和性能。

四、PoP疊層封裝關(guān)鍵技術(shù)

PoP疊層封裝工藝涉及多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，這些技術(shù)對(duì)于保證封裝質(zhì)量和性能至關(guān)重要。

1. 減薄工藝：PoP作為高度集成的3D封裝體，對(duì)封裝及圓片的厚度有著更高的要求（低于100um）。因此，需嚴(yán)格控制減薄工藝，避免出現(xiàn)圓片破裂和芯片裂紋等問(wèn)題。同時(shí)，在切割厚度薄于100um的圓片時(shí)，易造成芯片剝離藍(lán)膜，這也需要采取相應(yīng)的措施進(jìn)行解決。
2. 植球工藝：由于封裝集成度高，信號(hào)端口之間的間距更?。ㄐ∮?.3mom），所以對(duì)植球工藝提出了更高的要求。需要更高精度的植球機(jī)，嚴(yán)格控制植球工藝精度，以保證電氣連接的可靠性和穩(wěn)定性。
3. 塑封材料與工藝：PoP對(duì)于成品的厚度要求較高，需要將塑封控制在較薄的厚度范圍內(nèi)。因此，需通過(guò)實(shí)驗(yàn)選擇最佳的塑封材料，以及塑封和固化參數(shù)，以避免發(fā)生不完全塑封、塑封體內(nèi)的孔洞，以及塑封材料與圓片及基板之間分層等問(wèn)題。特別是對(duì)于MLP-POP結(jié)構(gòu)，塑封后的激光鉆孔尤為重要，需要控制好激光脈沖的能量、脈沖寬度、重復(fù)頻率、對(duì)位等參數(shù)，從而控制好鉆孔的尺寸、形狀、位置等，更好地實(shí)現(xiàn)上、下封裝體的疊封。
4. 翹曲控制：PoP作為高度集成的兩個(gè)封裝體的疊加，對(duì)于上、下封裝體的翹曲有著較高的要求。應(yīng)盡量使上、下封裝體具有相同的翹曲方向，從而實(shí)現(xiàn)疊加上的一致性。對(duì)于封裝體翹曲過(guò)大的情況，需要更好地控制封裝時(shí)的錫膏量。進(jìn)行新產(chǎn)品評(píng)估時(shí)，也需要專(zhuān)門(mén)評(píng)估分析上、下封裝體的翹曲數(shù)據(jù)。

五、PoP疊層封裝工藝應(yīng)用

PoP疊層封裝工藝在消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品中具有廣泛的應(yīng)用前景。特別是在智能手機(jī)領(lǐng)域，隨著智能手機(jī)性能不斷提高、功能不斷增多，其內(nèi)部空間不斷縮小，PoP封裝應(yīng)用比例不斷提升。PoP封裝不僅滿(mǎn)足了智能手機(jī)對(duì)高性能、小尺寸的需求，還通過(guò)提供靈活的器件組合選擇，降低了生產(chǎn)成本，提高了市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

此外，PoP封裝還逐漸擴(kuò)展到其他消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品中，如數(shù)碼相機(jī)、便攜式穿戴設(shè)備等。這些產(chǎn)品對(duì)小型化、多功能化同樣有著較高的要求，而PoP封裝正好能夠滿(mǎn)足這些需求。

六、PoP疊層封裝工藝未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

1. 技術(shù)不斷創(chuàng)新：隨著半導(dǎo)體技術(shù)的不斷發(fā)展，PoP疊層封裝工藝將不斷創(chuàng)新。例如，通過(guò)引入新型材料、優(yōu)化工藝流程等手段，進(jìn)一步提高封裝密度、降低封裝厚度、提高性能穩(wěn)定性等。
2. 應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展：除了消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品外，PoP疊層封裝工藝還將拓展到更多領(lǐng)域。例如，在汽車(chē)電子、工業(yè)控制、醫(yī)療電子等領(lǐng)域，PoP封裝也將發(fā)揮重要作用。
3. 標(biāo)準(zhǔn)化與規(guī)范化：隨著PoP封裝技術(shù)的廣泛應(yīng)用，標(biāo)準(zhǔn)化與規(guī)范化將成為未來(lái)發(fā)展的重要趨勢(shì)。通過(guò)建立統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，可以提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本、促進(jìn)技術(shù)交流與合作。

七、案例分析

以某智能手機(jī)廠(chǎng)商為例，該廠(chǎng)商在智能手機(jī)設(shè)計(jì)中廣泛采用了PoP疊層封裝工藝。通過(guò)采用PoP封裝，該廠(chǎng)商成功地將高性能的處理器和大容量的存儲(chǔ)器集成到有限的空間內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了智能手機(jī)的輕薄化、高性能化。同時(shí)，由于PoP封裝提供了靈活的器件組合選擇，該廠(chǎng)商還可以根據(jù)市場(chǎng)需求快速調(diào)整產(chǎn)品配置，提高了市場(chǎng)響應(yīng)速度。

在具體實(shí)施過(guò)程中，該廠(chǎng)商與半導(dǎo)體封裝廠(chǎng)商緊密合作，共同攻克了減薄工藝、植球工藝、塑封材料與工藝、翹曲控制等關(guān)鍵技術(shù)難題。通過(guò)不斷優(yōu)化工藝流程和參數(shù)設(shè)置，該廠(chǎng)商成功地將PoP封裝應(yīng)用于大規(guī)模生產(chǎn)中，并取得了良好的市場(chǎng)效果。

八、總結(jié)

PoP疊層封裝工藝作為一種先進(jìn)的封裝技術(shù)，在消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品中具有廣泛的應(yīng)用前景。通過(guò)高度集成、靈活性高、性能優(yōu)越等特點(diǎn)，PoP封裝滿(mǎn)足了電子產(chǎn)品對(duì)小型化、多功能化、高性能化的需求。同時(shí)，隨著技術(shù)的不斷創(chuàng)新和應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，PoP封裝將在未來(lái)發(fā)揮更加重要的作用。然而，PoP封裝也面臨著一些挑戰(zhàn)，如減薄工藝難度大、植球工藝精度要求高、塑封材料與工藝復(fù)雜等。因此，需要半導(dǎo)體封裝廠(chǎng)商、手機(jī)廠(chǎng)商等各方共同努力，不斷攻克技術(shù)難題，推動(dòng)PoP封裝技術(shù)的持續(xù)發(fā)展和應(yīng)用。