電子封裝正朝著更小尺寸、更強性能、更優電氣和熱性能、更高I/O數量和更高可靠性的方向飛速發展。然而，傳統的Sn基焊料互連封裝技術，盡管具有低鍵合溫度和低成本等優勢，其局限性也日益凸顯，如焊料外溢、電氣性能較差以及焊接溫度導致的芯片或基板翹曲等問題。在這樣的背景下，先進封裝技術應運而生，成為推動半導體行業繼續前行的關鍵力量。

一、集成電路封裝發展概況

半導體業界已明確五大增長引擎，這些應用推動了電子封裝技術的不斷進步。移動和便攜式設備，如智能手機、智能手表和筆記本電腦，要求封裝尺寸更小、重量更輕，同時保持高性能和低功耗。高性能計算（HPC）則對處理速度和計算能力提出了更高要求。自動駕駛汽車和物聯網（IoT）則需要高度集成、低功耗和長壽命的封裝解決方案。大數據（云計算）和即時數據（邊緣計算）應用則要求封裝具有高帶寬和低延遲。

目前，大規?；亓骱腹に嚭蜔釅汉讣夹g是電子組件中兩種廣泛使用的互連封裝技術。然而，Sn基焊料的電氣性能較差，且焊接溫度較高，容易導致芯片或基板翹曲，限制了其進一步發展。因此，業界迫切需要尋找新的封裝技術，以滿足未來應用的需求。

二、先進封裝技術的誕生

隨著集成電路產業的不斷發展，摩爾定律在傳統半導體行業面臨挑戰。為了維持半導體行業的發展，業界提出了More Moore和More than Moore兩條路徑。More Moore路徑致力于晶體管的不斷縮放以提高性能，而More than Moore路徑則通過電路設計、系統算法優化或封裝技術來提高芯片的性能。然而，隨著先進制程逐漸向原子尺寸逼近，晶體管的制造難度呈指數級增加，且成本高昂，量產進度落后于預期。

在這樣的背景下，先進封裝技術登上歷史舞臺，成為拓展摩爾定律技術路線的重要方向。目前，已經出現許多先進的封裝技術，如2-D扇出（芯片優先）IC集成、2-D倒裝芯片集成、封裝上封裝（PoP）、封裝中系統（SiP）、μ凸點3-D IC集成和無凸點3-D IC集成等。

為了提高互連密度，IBM提出了倒裝鍵合（Flip Chip）技術，利用焊錫凸點將芯片與芯片鍵合在一起。然而，當互連密度提高到一定地步時，焊點將很容易完全轉化為金屬間化合物（IMC），進而降低焊點的機械性能與導電性能。因此，業界開始探索銅銅直接鍵合技術，其中銅銅混合鍵合技術已經得到了應用。該技術將銅焊點鑲嵌在介電材料中，并利用熱處理同時鍵合兩種材料，由于固態的銅原子會發生擴散，因而可以實現鍵合。整個過程一直處于固態，因此不會有橋接問題，且能顯著提升焊點密度和降低信號傳導所需的能量。

三、銅銅互聯封裝技術應用

硅通孔技術（TSV）

硅通孔技術是通過在硅孔中填充鎢、銅、多晶硅等導電物質，形成垂直方向上的電氣互連。TSV技術避免了長布線帶來的尺寸限制和信號延遲等問題，有效減小了封裝體的尺寸。相對于二維封裝技術，TSV具有更強的電氣性能、更高的堆疊密度和更寬的帶寬，同時功耗更低。因此，TSV技術非常適合便攜式電子產品和物聯網/可穿戴設備等應用。

然而，TSV的填充工藝具有較大難度，因為硅通孔的孔徑較小且比較深，高深寬比使得其有較大的表面張力，并且孔外的電流密度一般高于孔內，物質很難擴散到孔內部。因此，業內的科研人員圍繞TSV的填充工藝展開了大量研究，以降低成本并提高沉積速率。

再布線層技術（RDL）

為了不斷擴展摩爾定律，除了晶體管的新型納米技術的發展外，2.5D和3D的先進封裝技術也在快速發展。在集成扇出（InFO）封裝中引入再分配層（RDL）可實現更好的集成能力和更低的成本。便攜設備中芯片的厚度限制抑制了其散熱能力，因此下一代移動應用需要提高熱性能。預計由RDL技術制造的并排封裝將是未來的移動封裝解決方案，因為與PoP相比，并排結構可以增加芯片厚度，并且RDL可以通過用RDL代替傳統印刷電路板（PCB）來提供小的形狀因數，從而提高熱性能。然而，需要解決與臺階高度、翹曲、底切和泄漏相關的關鍵挑戰，以實現精細間距RDL集成。

電鍍銅是RDL工藝制造的重要步驟之一。由于RDL具有直徑小于50μm的盲孔和節距范圍為50μm至20μm甚至更小的布線，因此通孔填充能力和均勻性仍然是該應用的主要挑戰。

銅柱凸點技術

隨著I/O密度的提高，傳統的焊料凸塊封裝工藝已經無法滿足使用需求。C2（Chip Connection）技術逐漸成為主流，與C4技術中的焊球相比，銅柱直徑不受高度影響，因此可以進一步縮小節距。銅柱凸點的主要制作工藝包括物理氣相沉積（PVD）、光刻、電鍍、蝕刻和回流焊。銅柱凸點技術不僅提高了互連密度，還提升了電氣性能和可靠性。

電鍍鍵合技術

電鍍鍵合技術是在兩個微結構之間進行互連或接觸的作用。使用這種電鍍鍵合工藝可以應用于芯片封裝。電鍍鍵合技術通過將兩個承載要連接的金屬結構的基板連接在一起，然后浸入電鍍溶液中并向通電層施加電勢，使金屬沉積在陰極并結合形成連接。多種金屬電鍍溶液可用于電鍍接合，包括Cu、Au、Ni、Ni/Fe和多種其他金屬。電鍍鍵合技術具有工藝簡單、成本低廉和可靠性高等優點，在先進封裝技術中具有廣泛的應用前景。

銅銅直接鍵合技術以其獨特的優勢，在先進封裝技術中占據了重要地位。在鍵合過程中，銅一直處于固態，不會產生外溢，可實現窄節距互連。銅具有低電阻率、強抗電遷移能力、快速導熱和優秀的機械性能等優點，同時具有良好的工藝兼容性和較低的成本。因此，銅銅直接鍵合技術可實現高密度、高可靠性的互連。