3D-SiP封裝的優(yōu)勢包括：在外形尺寸方面，可增加集成度，硅通孔(TSV)微互連方面能夠克服疊層封裝(POP)和系統(tǒng)級(jí)封裝(SiP)帶來的尺寸限制；應(yīng)用最新的互連技術(shù)后，縮短了互連長度，不僅電性能能夠得到提高，芯片功耗也降低了；可實(shí)現(xiàn)多樣化集成，在同一個(gè)封裝里面能夠集成不同功能的芯片，例如射頻、存儲(chǔ)、邏輯、圖像傳感器、MEMS等等。
“工藝和封裝技術(shù)的發(fā)展助力了產(chǎn)品的小型化設(shè)計(jì)，反過來產(chǎn)品的應(yīng)用需求又促進(jìn)了技術(shù)的進(jìn)步。”香港應(yīng)用科技研究院有限公司感測與集成群組主任工程師謝斌博士說道，“工藝技術(shù)的不斷開發(fā)逐漸形成產(chǎn)品，我們團(tuán)隊(duì)在2006～2009年間研究的對(duì)象主要是工藝，包括三維集成、晶圓減薄、微孔成型、微孔填充等，然后將這些研發(fā)成熟的工藝應(yīng)用到某些特定的產(chǎn)品上，如圖像傳感器CIS、LED器件等；近幾年又致力于將這些技術(shù)推廣到具體的產(chǎn)品應(yīng)用上，包括手機(jī)、醫(yī)療電子、物聯(lián)網(wǎng)、高鐵等。同時(shí)我們又根據(jù)這些產(chǎn)品的功能需求去進(jìn)一步研發(fā)技術(shù)，技術(shù)研發(fā)以產(chǎn)品、應(yīng)用為導(dǎo)向。工藝技術(shù)與產(chǎn)品應(yīng)用的這種關(guān)系，我們稱之為這是一個(gè)互相連通的過程。”
應(yīng)科院的感測與集成群組團(tuán)隊(duì)擁有電性設(shè)計(jì)、基板設(shè)計(jì)、芯片-封裝-基板協(xié)同設(shè)計(jì)、熱-機(jī)械設(shè)計(jì)以及光學(xué)設(shè)計(jì)等技術(shù)。其硅通孔(TSV)工藝設(shè)計(jì)能力經(jīng)過幾年的研發(fā)，在微孔填充和凸點(diǎn)制作工藝方面，采用自主研發(fā)的添加劑進(jìn)行電化學(xué)微孔填充，凸點(diǎn)高度在20um水平。“這個(gè)自主研發(fā)的添加劑包括分子的設(shè)計(jì)、材料的合成和驗(yàn)證等各個(gè)方面都是我們自己開發(fā)的，已經(jīng)可與世界一流的企業(yè)相媲美了。”謝斌博士說道。應(yīng)科院在香港有一條系統(tǒng)級(jí)封裝樣品線，里面設(shè)備齊全，可進(jìn)行特殊工藝的研發(fā)和試生產(chǎn)，能夠?yàn)楦鞣N類型的廠商包括具有小批量和前沿產(chǎn)品開發(fā)需求的廠商提供幫助。
作為一個(gè)新興技術(shù)，低成本和高性能是3D-SiP技術(shù)推廣和應(yīng)用的主要推動(dòng)力，它能夠被應(yīng)用于多種電子產(chǎn)品中。下面主要以物聯(lián)網(wǎng)中的RFID和電力電子中的IGBT應(yīng)用為例進(jìn)行說明。
3D-SiP技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用：從下圖射頻讀寫器的發(fā)展趨勢中可以看到，RFID射頻讀寫器的市場非常大，特別是高頻和超高頻RFID讀寫器市場，預(yù)計(jì)到2015年將占到整個(gè)RFID讀寫器市場的90%左右；集成近場通信(NFC)功能的讀寫器的市場還遠(yuǎn)未飽和，預(yù)計(jì)到2015年它的整體市場收入將有26%的增長。射頻讀寫器整體朝著越來越輕巧、集成度越來越高的方向發(fā)展。
“面向這個(gè)潛力市場，我們開發(fā)的擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的集成被動(dòng)器件(IPD)技術(shù)——即將被動(dòng)器件集成在芯片上——能夠很好地幫助提高射頻讀寫器的整體集成度，減小產(chǎn)品整體體積。”謝斌博士介紹道，“我們IPD巴倫設(shè)計(jì)與普通的SMD巴倫設(shè)計(jì)相比，它能夠幫助減小80%的體積。我們的IPD專利設(shè)計(jì)技術(shù)再結(jié)合3D-SiP技術(shù)應(yīng)用，讀寫器模塊的體積將大大縮小。”另外，應(yīng)科院還研發(fā)了可調(diào)式的射頻技術(shù)，應(yīng)用于天線中，能夠矯正環(huán)境對(duì)RFID信號(hào)接收的影響，總是校正到一個(gè)正確的位置。通過這種智能天線，增強(qiáng)了超高頻射頻讀寫器的靈敏度。
3D-SiP封裝技術(shù)結(jié)合其他工藝技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，給予了RFID更多的可能性。RFID的發(fā)展形式可以多樣化，例如可以將RFID系統(tǒng)級(jí)封裝集成在卡內(nèi)，可以做成超高頻同時(shí)支持近場通信功能的RFID讀寫器產(chǎn)品，這樣它在一個(gè)很小的體積內(nèi)、很高的集成度下?lián)碛辛顺哳l和近場通信兩大功能。
3D-SiP技術(shù)在電力電子的發(fā)展：電力電子中的絕緣柵雙極晶體管(IGBT)的開關(guān)頻率較寬，雖然MOSFET的開關(guān)頻率比IGBT的還要大，但I(xiàn)GBT的最大好處在于它能夠滿足大功率的應(yīng)用需求，可應(yīng)用于電動(dòng)車/混合動(dòng)力、大數(shù)據(jù)、新能源、高鐵等場景。
謝斌博士認(rèn)為，現(xiàn)在是中國發(fā)展電力電子最好的時(shí)機(jī)，理由有三：第一，這個(gè)市場很大，單在中國每年電力電子的市場就達(dá)到千億規(guī)模級(jí)別，而且整個(gè)市場的利潤很高；第二，從國家層面來講，現(xiàn)在已經(jīng)開始注重電力電子行業(yè)的發(fā)展，無論是科技部還是工信部對(duì)這些都可能會(huì)有千億規(guī)模的資助，來支持電力電子在國家層面的發(fā)展；第三，電力電子行業(yè)的準(zhǔn)入門檻很高，這就意味著當(dāng)前的競爭對(duì)手還不多，電力電子行業(yè)的制造商數(shù)量只有微電子行業(yè)的制造商的一個(gè)零頭，所以說，一旦我們跨過這個(gè)門檻，那么勢必就會(huì)進(jìn)入一個(gè)市場很大、利潤很高、國家政策扶持力度大且競爭對(duì)手又少的行業(yè)。
電力電子(IGBT)與微電子的差別很大，如上圖所示，它的功率更大、熱流密度更高，可靠性和產(chǎn)品使用壽命要求更是非常高，另外冷卻方式不同于微電子用強(qiáng)制空冷而是需要采用液冷的方式�；谒蠊β省⒏呱嵝缘倪@種特性，謝斌博士表示，它將朝著這兩條路去發(fā)展：一是要求采用不同的互連技術(shù)包括引線框、銅引線、鍍銅等去發(fā)展；二是基板技術(shù)需要進(jìn)一步提升，包括氮化硅的基板、氮化鋁的基板，以及可以大大提高產(chǎn)品可靠性的全塑封模塊技術(shù)等(應(yīng)科院自主研發(fā)了三維全塑封功率模塊)。
應(yīng)科院大概在三年前就開始布局這個(gè)市場，擁有各種專利技術(shù)，且產(chǎn)品已經(jīng)經(jīng)過小批量生產(chǎn)和驗(yàn)證。在三維IGBT模塊方面，不同于傳統(tǒng)打線方式，應(yīng)科院成功開發(fā)了全新的無焊線封裝技術(shù)，并將進(jìn)一步研發(fā)三維全塑封技術(shù)以大幅度提升IGBT模塊的整體電、熱性能及可靠性。相信這對(duì)準(zhǔn)備進(jìn)入電子電力行業(yè)的廠商來說，應(yīng)科院的技術(shù)將能夠?yàn)檫@些廠商提供很好的服務(wù)，并能夠幫助他們更為快速地進(jìn)入到這個(gè)市場。
