2.5DFC芯片封装工艺与市场应用分析及 2.5DFC芯片清洗剂介绍

关于2.5DFC芯片封装工艺全流程解析与核心市场应用的详细分析。

2.5DFC芯片封装工艺全流程解析与核心市场应用分析

一、 什么是2.5D/2.5DFC封装？

在深入流程之前，首先要理解其概念。2.5D封装是一种先进的集成电路封装技术，其核心特征在于：多个芯片（如计算芯、高带宽内存HBM）并排安装在一种称为“硅中介层”的基板上。

• “2.5D”的由来：传统2D封装是将芯片直接安装在有机基板（PCB-like）上；3D封装则是将芯片直接堆叠在一起（如Die on Die）。2.5D介于两者之间，芯片并未直接垂直堆叠，而是通过一个额外的中介层实现高密度互连，可以看作是“2D的布局，3D的性能”。

• “FC”的含义：FC代表Flip-Chip，即倒装焊技术。这是与传统Wire Bonding（打线键合）相对应的技术，芯片的有源面（有晶体管的一面）朝下，通过微小的凸块（Bump）直接与基板或中介层连接。2.5D封装几乎无一例外地采用Flip-Chip技术，因此常被称为2.5DFC。

核心价值：2.5D封装通过硅中介层上的高密度走线和硅通孔，实现了芯片间超短距离、超高带宽（如HBM与GPU之间）、超低功耗的互连，完美解决了“内存墙”问题，是高性能计算的基石技术。

二、 2.5DFC封装工艺全流程解析

2.5D封装的流程极为复杂，涉及多学科交叉。其主要流程可分为中介层制备、芯片制备、集成组装和最终封装四大阶段。

核心材料与部件：

• 芯片：通常是一个大型计算单元（如CPU, GPU, ASIC）和多个高带宽内存（HBM）。

• 硅中介层：核心部件，上面有精密走线（Redistribution Layer, RDL）和连接上下层的硅通孔（Through-Silicon Via, TSV）。

• 微凸点：连接芯片与中介层的微小焊球。

• C4凸点：连接中介层与封装基板的较大焊球。

• 底部填充胶：用于填充缝隙，增强机械强度并分散热应力。

• 封装基板：承载中介层和芯片，并将其连接到主板。

全流程步骤：

阶段一：硅中介层制备

1. TSV制造：在硅晶圆上通过深反应离子刻蚀等技术制作垂直通孔。

2. TSV填充：用电镀工艺填充铜等导电材料。

3. RDL制造：在晶圆表面沉积介电层和铜层，通过光刻和刻蚀工艺形成多层再布线层，实现XY平面上的电路连接。这是中介层上最精密的电路。

4. 微凸点植球：在RDL的焊盘上制作微凸点，用于后续连接芯片。

阶段二：芯片制备

1. 晶圆测试：对计算芯和HBM晶圆进行电性测试，标记出不良品。

2. 凸点制作：在芯片的焊盘上制作相应的微凸点。

3. 切割：将晶圆切割成单个的芯片（Die）。

阶段三：集成与组装（核心步骤）

1. 贴装：使用高精度倒装芯片键合机，将计算芯和HBM芯片精准地贴装到硅中介层上。芯片的微凸点与中介层上的微凸点对准并接触。

2. 回流焊：通过加热使微凸点熔化并焊接，形成牢固的电气和机械连接。

3. 底部填充：在芯片与中介层之间的细小缝隙中，用毛细作用或模压注入底部填充胶，然后固化。这一步至关重要，能显著提升可靠性和散热。

4. 中介层与封装基板连接：将已经组装好芯片的中介层，通过更大的C4凸点倒装焊到传统的有机封装基板上。

5. 下填充：同样，对中介层与封装基板之间的缝隙进行底部填充。

阶段四：最终封装

1. 塑封：使用模具化合物将整个结构包封起来，提供物理保护。

2. 植球：在封装基板的底部焊上锡球，作为封装体与PCB主板连接的接口。

3. 测试：进行最终的电性能、功能性和可靠性测试，确保良品。

至此，一个完整的2.5DFC封装体就完成了。

三、 核心市场应用分析

2.5DFC封装成本高昂，因此其应用主要集中在那些对性能、带宽和能效有极致追求的高端领域。

1. 人工智能与高性能计算

• 应用场景：AI训练集群、超级计算机、数据中心加速卡。

• 代表产品：NVIDIA的GPU（如A100, H100及其后续版本）、AMD的MI系列加速卡、Google的TPU。

• 需求分析：AI模型尤其是大语言模型，需要海量数据在GPU和内存间快速流动。2.5D封装将GPU与HBM紧密集成，提供了高达TB/s级别的内存带宽，是训练和推理任务得以高效运行的关键。

2. 高端网络与通信

• 应用场景：高速路由器、交换机、光通信设备、5G/6G基站的核心处理芯片。

• 需求分析：网络数据吞吐量呈指数级增长，要求核心交换芯片和处理器具备极高的数据处理速度和带宽。2.5D封装可以集成多个核心、高速SerDes（串行解串器）和大容量缓存，满足Tb/s级别的数据交换需求。

3. 高端FPGA

• 应用场景：原型验证、加速计算、军事航空、医疗成像。

• 代表产品：Xilinx（AMD）/Altera（Intel）的高端FPGA产品（如Virtex UltraScale+, Stratix 10）。

• 需求分析：现代FPGA不再是简单的逻辑单元阵列，而是集成了处理器核心、高速接口、HBM等的系统级平台。2.5D封装是实现这种复杂异构集成的理想选择。

4. 其他新兴领域

• 自动驾驶：L4/L5级自动驾驶的计算平台需要处理海量的传感器数据，进行实时决策，对算力和内存带宽要求极高。

• 高端图形处理：顶级工作站和游戏主机的GPU也开始采用类似技术来提升性能。

四、 总结与展望

总结特点：

• 优势：极致性能（高带宽、低延迟、低功耗）、异构集成能力强、缩小整体尺寸。

• 挑战：制程复杂、成本极高（尤其是硅中介层）、良率控制难、散热问题突出。

未来展望：

1. 成本优化：研发低成本中介层替代方案，如基于玻璃、有机材料的中介层，以及Intel的EMIB（嵌入式多芯片互连桥）等无源中介层技术，旨在以更低成本实现类似性能。

2. 与3D IC融合：未来将是2.5D和3D封装技术融合的时代。先用2.5D技术将HBM等组件与计算芯并排互连，再在计算芯上通过3D堆叠缓存（如SRAM），形成更复杂的3D系统级集成。

3. 应用普及：随着技术成熟和成本下降，2.5D封装的应用将从顶级旗舰产品逐渐下探到更多高性能需求的领域，成为推动摩尔定律延续的重要引擎之一。

总而言之，2.5DFC封装是后摩尔时代突破性能瓶颈的关键使能技术，虽然目前成本高昂，但其在高端市场的价值不可替代，并将持续演进，塑造未来芯片的形态。

2.5DFC封装清洗剂- 芯片封装前锡膏助焊剂清洗剂介绍：

水基清洗的工艺和设备配置选择对清洗精密器件尤其重要，一旦选定，就会作为一个长期的使用和运行方式。水基清洗剂必须满足清洗、漂洗、干燥的全工艺流程。

污染物有多种，可归纳为离子型和非离子型两大类。离子型污染物接触到环境中的湿气，通电后发生电化学迁移，形成树枝状结构体，造成低电阻通路，破坏了电路板功能。非离子型污染物可穿透PC B 的绝缘层，在PCB板表层下生长枝晶。除了离子型和非离子型污染物，还有粒状污染物，例如焊料球、焊料槽内的浮点、灰尘、尘埃等，这些污染物会导致焊点质量降低、焊接时焊点拉尖、产生气孔、短路等等多种不良现象。

这么多污染物，到底哪些才是最备受关注的呢？助焊剂或锡膏普遍应用于回流焊和波峰焊工艺中，它们主要由溶剂、润湿剂、树脂、缓蚀剂和活化剂等多种成分，焊后必然存在热改性生成物，这些物质在所有污染物中的占据主导，从产品失效情况来而言，焊后残余物是影响产品质量最主要的影响因素，离子型残留物易引起电迁移使绝缘电阻下降，松香树脂残留物易吸附灰尘或杂质引发接触电阻增大，严重者导致开路失效，因此焊后必须进行严格的清洗，才能保障电路板的质量。

研发的水基清洗剂配合合适的清洗工艺能为芯片封装前提供洁净的界面条件。

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凭借精湛的产品技术水平受邀成为国际电子工业连接协会技术组主席单位，编写全球首部中文版《清洗指导》IPC标准（标准编号：IPC-CH-65B CN）(“Guidelines for Cleaning of Printed Boards and Assemblies”)，IPC标准是全球电子行业优先选用标准，是集成电路材料产业技术创新联盟会员成员。

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半导体技术应用节点：FlipChip ;2D/2.5D/3D堆叠集成;COB绑定前清洗；晶圆级封装；高密度SIP焊后清洗；功率电子清洗。