3.4 3D安装

3.4.1 3D安装技术的发展

3D安装技术是近些年发展最迅速的现代电子设备一项新的安装技术。

各类SMC、SMD的不断微小型化，引线的细微和间距的窄化，实质是为实现x、y平面（2D）上电子器件安装的高密度化；而3D又是在2D的基础上，进一步向z方向发展的电子安装的高密度化。实现3D不但可使电子产品的安装密度更高，而且也使其功能更多，传输速度更快，功耗更低，性能更好，可靠性也更高。

与常规的微电子封装技术相比，3D可使电子产品的尺寸和质量缩小数十倍。实现3D可以大大提高IC芯片安装在基板上的Si效率（即芯片面积与所占基板面积之比）。对于2D-MCM请况，Si效率在20%～90%之间，而3D-MCM的Si效率超过100%。由于3D的体密度很高，上、下各层间往往采取垂直互连，故总的引线长度要比2D缩短了很多，因而使信号的传输延迟也大为减小。况且，由于总的引线长度的缩短，与此相关的寄生电容、寄生电感也大为减小，能量耗损也相应减少，这都有利于信号的高速传输，并改善其高频性能。

此外，实现3D还有利于降低噪声，改善电子系统的性能。还由于3D紧密坚固的连接，有利于可靠性的提高。

3D的不足是热密度大、设计及工艺实施较复杂。

3.4.2 3D安装工艺

1.实现3D安装的工艺方法

实现3D安装主要有下述三种方法。

（1）埋置型3D安装

即在各类基板内或多层布线介质中，埋置R、C或IC等元器件，在基板的上、下表面上贴装SMC/SMD来实现立体化安装，这种安装结构称为埋置型3D。

埋置型3D安装出现于20世纪80年代，它不但能灵活方便地制作成埋置型3D，而且还可以作为IC芯片后布线互连技术，使埋置IC的压焊点与多层布线互连起来，可大大减少焊接点，改善了安装的可靠性。

（2）有源基板型3D安装

有源基板型3D安装是在Si圆片规模集成IC（WSI）后的有源基板上再实行多层布线，并上、下表面上贴装SMC/SMD，形成有源基板型的3D-MCM，从而以立体安装形式达到WSI所能实现的功能。因基板是有源的，故这种安装结构被称为有源基板型3D安装。

在这种安装工艺中，制作有源Si基板的工艺与一般的IC相同，而在上、下表面上贴装SMC/SMD或LSI的安装工艺也与常规安装工艺相同。由此可见，有源基板型3D-MCM可利用一般半导体IC工艺方法，实现大规模工业化生产，并随着半导体工艺技术的发展而不断提高。故这种结构，可达到应力完全匹配，从而使电子产品有更高的可靠性。

（3）叠层（堆叠）型3D安装

它是将 LSI、ⅤLSI、2D-MCM，甚至 WSI 或者已封装的器件，无间隙地层层叠装互连起来，从而实现立体安装，故这种安装形式被称为叠层（堆叠）型3D安装。

堆叠芯片3D安装是目前应用最广泛的一种成熟的工艺技术，不但应用了许多现有的成熟安装互连技术，还发展应用了垂直互连技术，其工艺常见的堆叠形式，如图3.16所示。

在3D芯片堆叠安装中，芯片和芯片、芯片和安装基板间的互连方式可归纳如图3.17所示。

以CSP为例，3D堆叠安装在产品生产中最常见的形式有下述两种。

● 芯片堆积CSP，如图3.18所示。

● 芯片包堆叠CSP，如图3.19所示。