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3D封裝技術下鉬銅合金的應用探索

隨著積體電路向高性能、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封裝通過將多個晶片垂直疊層，並利用垂直互連（如TSV，矽通孔）實現高密度、高頻寬、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）憑藉其出色的導熱性能、低熱膨脹係數、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封裝由於晶片層數多、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，能迅速將晶片產生的熱量從封裝內部匯出，防止熱積累。同時，其熱膨脹係數介於矽（~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堆疊晶片結構中，底部或中間晶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晶片的重量，並保障整個結構在熱迴圈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於作為封裝支撐板或仲介層（interposer baseplate），確保封裝堆疊結構的機械強度和長期可靠性。

三、仲介層（Interposer）導熱墊層

在矽通孔（TSV）或晶圓級3D封裝中，仲介層（interposer）是連接上下晶片電信號與熱通路的關鍵元件。鉬銅可作為仲介層的熱導路徑，起到穩定的導熱橋樑作用。部分先進工藝將Mo-Cu複合結構與陶瓷仲介層結合，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晶片（如GPU、AI晶片）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，由於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，或作為熱介面材料（Thermal Interface Material, TIM）之間的穩定支撐結構。通過與高導熱矽脂、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、電磁相容性和無磁性特性，被用於功率放大器模組（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。

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