半导体封装工艺Bumping中的1P1M,2P2M,3P3M指的是啥?

B站影视 欧美电影 2025-09-10 23:40 1

摘要:P(Passivation):金属层与晶圆中器件之间的绝缘层/钝化层/介电层,有的地方这个P用的是PI(聚酰亚胺),也没问题,因为PI就是常用的绝缘层,也有的是用PBO(聚对苯撑苯并二噁)为绝缘层。

Bumping工艺中的1P1M,2P2M,3P3M指的是什麼?

M(Metal Layer):每块基板中用于布线的金属层数量。

P(Passivation):金属层与晶圆中器件之间的绝缘层/钝化层/介电层,有的地方这个P用的是PI(聚酰亚胺),也没问题,因为PI就是常用的绝缘层,也有的是用PBO(聚对苯撑苯并二噁)为绝缘层。

PMM/MPM:金属层与绝缘层(Passivation)的排列顺序(PMM = Passivation-Metal-Metal,MPM = Metal-Passivation-Metal)。

1P1M(单层钝化层 + 单层金属层)

定义与结构

1P一层钝化层(如聚酰亚胺或氧化硅),用于保护芯片表面免受外界污染,并提供绝缘。1M一层金属层(如铜或铝),作为信号传输的主要路径,通常与 UBM(Under Bump Metallurgy)结合形成凸块。典型工艺直接在晶圆原钝化层(Fab-Passivation)上沉积金属层,或先覆盖聚合物再钝化层(Polymeric Re-Passivation)后沉积金属。

特点

优势成本低仅需一次光刻和金属沉积,工艺简单。轻量化结构薄,适合小型化封装。局限密度有限单层金属层难以实现复杂的重布线(RDL),I/O 密度较低。可靠性受限单一钝化层对热应力和机械应力的缓冲能力较弱。

应用场景

消费电子手机、可穿戴设备的射频前端(RF)、PMIC(电源管理芯片),例如 WiFi 模块和音频编码器。低成本需求对信号传输速度和密度要求不高的传感器或存储芯片。

当然,还有0P1M,0P2M的结构,图片来源Zhihu

2P2M(2层钝化层 + 2层金属层)

定义与结构

2P两层钝化层,通常底层为聚合物(如聚酰亚胺),顶层为无机材料(如氮化硅),增强绝缘和抗腐蚀能力。2M两层金属层,形成更复杂的 RDL 网络,可实现跨区域信号路由。典型工艺采用电镀铜 RDL,结合 UBM 和焊料帽(Solder Cap),支持更精细的线宽(如 15/15μm)。

特点

优势高可靠性双层钝化层有效分散热应力,减少焊球开裂风险。中等密度双层金属层可实现更灵活的布线,支持中等 I/O 密度(如 50-100μm 节距)。局限成本较高需两次光刻和金属沉积,工艺复杂度提升。厚度增加双层结构可能影响封装的轻薄化。

应用场景

汽车电子车载处理器、ADAS(高级驾驶辅助系统),需兼顾可靠性和中等性能。通信设备基站射频芯片、5G 模块,要求稳定的信号传输和抗干扰能力。存储芯片NAND Flash 和 DRAM 的多芯片堆叠(Multi-Stack),通过 RDL 重分布实现 SiP(系统级封装)。

图片来源Zhihu

3P3M(三层钝化层 + 三层金属层)

定义与结构

3P三层钝化层,可能包含交替的有机和无机材料,进一步提升绝缘和抗冲击性。3M三层金属层,形成多层 RDL 网络,支持极细间距(如 30μm 以下)和三维互连。典型工艺结合铜柱凸块(Cu Pillar)和电镀技术,实现高密度垂直互连。

特点

优势超高密度三层金属层可构建复杂的 3D 布线,支持 HBM(高带宽内存)和 Chiplet 间的高速通信(如 5Tbps/mm 带宽)。卓越可靠性多层钝化层有效缓冲热膨胀系数(CTE)差异,适用于高温环境。局限成本极高需多次光刻、电镀和检测,设备投入大。工艺难度大对对准精度和材料一致性要求苛刻。

应用场景

AI 与高性能计算GPU、FPGA 和 AI 加速器,如英伟达 H100 采用 CoWoS 封装结合 3P3M 结构实现 Chiplet 互联。先进存储HBM3 通过多层 RDL 和微凸块(μBump)实现堆叠,带宽达 8.6Gbps 以上。高端通信数据中心交换机、光模块,需极低延迟和超高吞吐量。

图片来源Casmeit

来源:卡比獸papa

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