在邏輯電路和存儲(chǔ)器集成領(lǐng)域，封裝體疊層（PoP）已經(jīng)成為業(yè)界的首選，主要用于制造高端便攜式設(shè)備和智能手機(jī)使用的先進(jìn)移動(dòng)通訊平臺(tái)。移動(dòng)便攜市場(chǎng)在經(jīng)歷2009年的衰退之后，已經(jīng)顯示反彈跡象，進(jìn)入平穩(wěn)增長(zhǎng)階段，相比而言，智能手機(jī)的增長(zhǎng)比其它手機(jī)市場(chǎng)更快，占據(jù)的市場(chǎng)份額正不斷增加。 與此同時(shí)，PoP技術(shù)也在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備、便攜式媒體播放器等領(lǐng)域找到了應(yīng)用。這些應(yīng)用帶來(lái)了對(duì)PoP技術(shù)的巨大需求，而PoP也支持了便攜式設(shè)備對(duì)復(fù)雜性和功能性的需求，成為該領(lǐng)域的發(fā)動(dòng)機(jī)。像應(yīng)用處理器或基帶/應(yīng)用存儲(chǔ)器組合這樣的核心部件，其主要的生產(chǎn)企業(yè)都已經(jīng)或計(jì)劃使用PoP解決方案（圖1）。

圖1. 盡管業(yè)界逐漸轉(zhuǎn)向使用倒裝芯片技術(shù)，但引線鍵合依然具有成本優(yōu)勢(shì)，并在PoP技術(shù)中得以繼續(xù)使用。

PoP技術(shù)演化:

對(duì)于底層PoP封裝來(lái)說(shuō)，引線鍵合正迅速被倒轉(zhuǎn)焊技術(shù)所取代。對(duì)更小封裝尺寸的要求，推動(dòng)著焊球節(jié)距的不斷縮小，目前在底層PoP中，0.4 mm的焊球節(jié)距已經(jīng)非常普遍。與此同時(shí)，頂層封裝的DRAM芯片，以及包含閃存的DRAM芯片，都有更高速度和帶寬的要求，這對(duì)應(yīng)著頂層封裝需要具有數(shù)目更多的焊球。由于同時(shí)要求更大焊球數(shù)目和更小封裝尺寸，因而降低頂層封裝的焊球節(jié)距非常必要。在過(guò)去0.65 mm的節(jié)距就足夠了，而現(xiàn)在需要使用0.5 mm的節(jié)距，而#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#0.4 mm的節(jié)距也即將上馬被采用。

封裝間焊球節(jié)距的縮小帶來(lái)很多問(wèn)題。首先，更小的焊球節(jié)距要求更小的焊球尺寸，而且頂層封裝與底層封裝的間隙高度在回流之后也會(huì)更小。當(dāng)然，這影響底層封裝之上允許的器件最大高度。目前，在這一方面所作的努力大部分都是向倒裝芯片和更密封裝間互連轉(zhuǎn)變，以滿足對(duì)更小封裝尺寸和疊層高度的要求（圖2）。

圖2. 隨著PoP技術(shù)的演變，封裝體的尺寸、高度和焊球節(jié)距的發(fā)展趨勢(shì)。

退一步來(lái)說(shuō)，盡管包含邏輯處理器的底層封裝體正明顯地從引線鍵合向倒裝芯片技術(shù)轉(zhuǎn)變，但引線鍵合技術(shù)并未就此退出歷史舞臺(tái)，依然還是頂層存儲(chǔ)器件封裝的標(biāo)準(zhǔn)互連方法。而且，引線鍵合技術(shù)依然具有成本優(yōu)勢(shì)，特別是在使用銅線的情況下。底層封裝在集成疊層器件時(shí)還需要使用這一技術(shù)，此外，引線鍵合對(duì)于一些底層封裝來(lái)說(shuō)依然還是一個(gè)必需的要素。

引線鍵合連接的底層封裝使用頂部中央模塑開口（TCMG）的模塑技術(shù)完成包封，以保證底層封裝體邊緣沒(méi)有環(huán)氧模塑混合物（EMC），從而頂面邊緣的焊盤得以暴露用于實(shí)現(xiàn)與頂層封裝體的互連。模塑封帽的厚度必須可以覆蓋整個(gè)片芯以及片芯表面的連線。如果頂層封裝的焊球節(jié)距從0.65 mm縮小到0.5 mm，在所要求的0.22 mm的模塑封帽高度限制下，實(shí)現(xiàn)引線鍵合器件的塑封將會(huì)很具挑戰(zhàn)性。芯片邊緣處引線鍵合所要求的鍵合殼層或區(qū)域，同樣也會(huì)成為限制封裝尺寸降低的障礙。盡管像疊層芯片或面向中端移動(dòng)市場(chǎng)的應(yīng)用，可能會(huì)繼續(xù)使用引線鍵合TCMG型底層封裝，但大部分的未來(lái)應(yīng)用將會(huì)轉(zhuǎn)向使用倒裝芯片技術(shù)以進(jìn)一步縮小封裝尺寸、降低頂層封裝焊球節(jié)距，并提高封裝的密度和性能。

采用倒裝芯片的底層封裝

在底層封裝中使用倒裝芯片技術(shù)，對(duì)應(yīng)的開發(fā)及引入方式可以分為兩類，分別是裸片型和模塑型。裸片型倒裝芯片底層封裝在本質(zhì)上類似于薄而小的倒裝芯片BGA。目前最“稱意”的PoP尺寸不要超過(guò)14 ×#p#分頁(yè)標(biāo)題#e# 14 mm，最好是12 × 12 mm，而且封裝間焊球節(jié)距為0.5 mm。裸片型封裝已得到充分開發(fā)，并用于大批量生產(chǎn)。為了實(shí)現(xiàn)這種應(yīng)用，倒裝芯片器件的組裝高度必須大約為0.18 mm。這可以通過(guò)將倒裝芯片器件厚度減薄到0.10 mm來(lái)實(shí)現(xiàn)，這在目前的加工能力下沒(méi)有任何問(wèn)題的。

一個(gè)主要的問(wèn)題是如何在回流過(guò)程中控制封裝體翹曲變形的程度。在表面貼裝（SMT）過(guò)程中，首先將底層封裝放置在PCB板絲網(wǎng)印刷的焊膏之上，接著頂層封裝沾取助焊劑并放置在底層封裝上，之后兩個(gè)封裝在回流爐中同時(shí)實(shí)現(xiàn)與PCB（還包括PCB上組裝的其他所有組件）的回流。目前量產(chǎn)的所有PoP都使用無(wú)鉛焊球，回流最高溫度可以達(dá)到260ºC，而且在爐子中沒(méi)有氮?dú)獗Ｗo(hù)。對(duì)應(yīng)SMT工藝需要具有足夠高的魯棒能，以保證非常低的每百萬(wàn)單位缺陷數(shù)目（DPM），提高成品率水平，因而需要嚴(yán)格控制回流操作中PoP的翹曲變形程度，以獲得最高的成品率。

對(duì)于0.5 mm的封裝焊球節(jié)距，希望回流過(guò)程中所有封裝的翹曲變形不超過(guò)0.06 mm。這一目標(biāo)可以通過(guò)選擇合適的襯底厚度和內(nèi)核基板材料來(lái)實(shí)現(xiàn)，特別是對(duì)于12 #p#分頁(yè)標(biāo)題#e#× 12 mm的芯片來(lái)說(shuō)更是如此。而對(duì)于14 × 14 mm的芯片，這變得比較困難，但可以通過(guò)使用低熱膨脹系數(shù)（CTE）的襯底內(nèi)核材料來(lái)實(shí)現(xiàn)。襯底材料供應(yīng)商已經(jīng)開始相應(yīng)動(dòng)作，為滿足這些要求推出低CTE疊層襯底材料。