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3D封装技术下钼铜合金的应用探索

随着集成电路向高性能、小型化和高集成度发展，三维封装技术已成为半导体行业的主流趋势。3D封装通过将多个芯片垂直叠层，并利用垂直互连（如TSV，硅通孔）实现高密度、高带宽、低功耗的封装结构。

这一技术的发展对封装材料提出了更高要求，特别是在热管理、机械强度、热膨胀匹配等方面。而钼铜合金（Mo-Cu alloy）凭借其出色的导热性能、低热膨胀系数、良好的力学性能和可加工性，正在成为3D封装中的关键支撑材料之一。

一、热沉（Heat Sink）与热扩散板（Heat Spreader）

Mo-Cu合金最重要的应用之一是作为热沉或热扩散板。3D封装由于芯片层数多、功率密度大，容易出现“热点”聚集，从而影响器件性能和寿命。Mo-Cu合金具有较高的热导率（可达180–220 W/m·K）和良好的热扩散性能，能迅速将芯片产生的热量从封装内部导出，防止热积累。同时，其热膨胀系数介于硅（~3 ppm/℃）和铜（~17 ppm/℃）之间，通常为6–8 ppm/℃，与半导体材料及陶瓷封装基板热匹配性好，能有效减少热应力和开裂风险。

二、基板支撑结构（Substrate Support Structure）

在3D堆叠芯片结构中，底部或中间芯片常常需要一个坚固、尺寸稳定的金属支撑材料以承载上层芯片的重量，并保障整个结构在热循环过程中不发生翘曲或变形。钼铜因其高弹性模量和高温稳定性被用于作为封装支撑板或中介层（interposer baseplate），确保封装堆叠结构的机械强度和长期可靠性。

三、中介层（Interposer）导热垫层

在硅通孔（TSV）或晶圆级3D封装中，中介层（interposer）是连接上下芯片电信号与热通路的关键元件。钼铜可作为中介层的热导路径，起到稳定的导热桥梁作用。部分先进工艺将Mo-Cu复合结构与陶瓷中介层结合，以兼顾电性能与热性能。

四、微型散热片与定制热结构件

3D封装对热管理的局部化需求越来越高，尤其是在高功率计算芯片（如GPU、AI芯片）中。Mo-Cu合金可以被精密加工成微型散热结构，如微槽、微柱或内嵌散热块等，集成于封装体内部，以实现更高效的散热控制。同时，由于其优良的机械加工性能，可定制各种形状以适应不同封装方案。

五、封装盖板（Lid）与导热夹层（TIM Support）

在某些3D封装模组中，钼铜还被用作封装外壳的盖板，或作为热界面材料（Thermal Interface Material, TIM）之间的稳定支撑结构。通过与高导热硅脂、石墨片等材料协同使用，Mo-Cu盖板可进一步提升封装整体的散热效率和可靠性。

六、高频、高功率封装中的应用

随着5G通信和高频雷达技术的发展，3D封装逐步扩展至高频和高功率场景。钼铜合金因其优良的热稳定性、电磁兼容性和无磁性特性，被用于功率放大器模块（PA module）、射频器件（RF device）等器件的热控底座和结构支撑，为高频信号传输提供坚实基础。

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