隨著集成電路向高性能、小型化和高集成度發展,三維封裝技術已成為半導體行業的主流趨勢。3D封裝通過將多個芯片垂直疊層,并利用垂直互連(如TSV,硅通孔)實現高密度、高帶寬、低功耗的封裝結構。這一技術的發展對封裝材料提出了更高要求,特別是在熱管理、機械強度、熱膨脹匹配等方面。而鉬銅合金(Mo-Cu alloy)憑借其出色的導熱性能、低熱膨脹系數、良好的力學性能和可加工性,正在成為3D封裝中的關鍵支撐材料之一。
一、熱沉(Heat Sink)與熱擴散板(Heat Spreader)
Mo-Cu合金最重要的應用之一是作為熱沉或熱擴散板。3D封裝由于芯片層數多、功率密度大,容易出現“熱點”聚集,從而影響器件性能和壽命。Mo-Cu合金具有較高的熱導率(可達180–220 W/m·K)和良好的熱擴散性能,能迅速將芯片產生的熱量從封裝內部導出,防止熱積累。同時,其熱膨脹系數介于硅(~3 ppm/℃)和銅(~17 ppm/℃)之間,通常為6–8 ppm/℃,與半導體材料及陶瓷封裝基板熱匹配性好,能有效減少熱應力和開裂風險。
二、基板支撐結構(Substrate Support Structure)
在3D堆疊芯片結構中,底部或中間芯片常常需要一個堅固、尺寸穩定的金屬支撐材料以承載上層芯片的重量,并保障整個結構在熱循環過程中不發生翹曲或變形。鉬銅因其高彈性模量和高溫穩定性被用于作為封裝支撐板或中介層(interposer baseplate),確保封裝堆疊結構的機械強度和長期可靠性。
三、中介層(Interposer)導熱墊層
在硅通孔(TSV)或晶圓級3D封裝中,中介層(interposer)是連接上下芯片電信號與熱通路的關鍵元件。鉬銅可作為中介層的熱導路徑,起到穩定的導熱橋梁作用。部分先進工藝將Mo-Cu復合結構與陶瓷中介層結合,以兼顧電性能與熱性能。
四、微型散熱片與定制熱結構件
3D封裝對熱管理的局部化需求越來越高,尤其是在高功率計算芯片(如GPU、AI芯片)中。Mo-Cu合金可以被精密加工成微型散熱結構,如微槽、微柱或內嵌散熱塊等,集成于封裝體內部,以實現更高效的散熱控制。同時,由于其優良的機械加工性能,可定制各種形狀以適應不同封裝方案。
五、封裝蓋板(Lid)與導熱夾層(TIM Support)
在某些3D封裝模組中,鉬銅還被用作封裝外殼的蓋板,或作為熱界面材料(Thermal Interface Material, TIM)之間的穩定支撐結構。通過與高導熱硅脂、石墨片等材料協同使用,Mo-Cu蓋板可進一步提升封裝整體的散熱效率和可靠性。
六、高頻、高功率封裝中的應用
隨著5G通信和高頻雷達技術的發展,3D封裝逐步擴展至高頻和高功率場景。鉬銅合金因其優良的熱穩定性、電磁兼容性和無磁性特性,被用于功率放大器模塊(PA module)、射頻器件(RF device)等器件的熱控底座和結構支撐,為高頻信號傳輸提供堅實基礎。