2025-11-26 16:06:20

城大研製新型半導體晶片封裝材料　推動香港下一代半導體生產技術

隨着人工智能、高效能運算（HPC）及 5G 通訊等新興技術迅速發展，業界對晶片效能及可靠性的要求也日漸提高。香港城市大學的科研團隊早前獲「產學研1+計劃」撥款資助，旨在解決三維積體電路（3DIC）半導體晶片封裝中的金屬化挑戰。團隊將通過研製一系列可用於電鍍銅的專利化學添加劑，從而確保晶片堆疊之間的連接更快速及穩定，提高晶片效能，並計劃於明年建立自動化智能生產線。

由城大系統工程學系馮憲平教授領導的「化學添加劑優化電鍍銅在先進電子封裝和三維積體電路中的應用」，為第二批獲中華人民共和國香港特別行政區政府「產學研 1+計劃」（RAISe+ Scheme）資助的項目。團隊將通過計劃加速科研成果的商業化、增加產業應用，助力香港在全球先進半導體供應鏈市場佔據重要席位。

三維積體電路與先進封裝技術的挑戰

現時的半導體產業之中，電晶體的數量是提升運算效能與表現的關鍵指標，但隨着市場對電晶體數量的追求不斷增加，晶片設計因而面對空間限制、耗能、散熱困難和訊號延誤等不同問題。

至於 3DIC 技術是通過垂直堆疊的方式來整合（封裝）多顆電晶體，克服傳統平面連接結構所帶來的限制，將積體電路的架構由二維轉化為三維，從而提升半導體晶片的性能、減少功耗，並在相同面積上附載更多電晶體，提升運算能力。

此項技術的關鍵是利用「矽穿孔（TSV）」結構、重佈線層（RDL），及以「銅對銅（Cu-Cu）鍵合」的方式垂直地連接電晶體，這對促進各層之間的信號傳遞、電力分配也至為重要。然而，若要持續縮小線寬尺寸與間距，鍵合溫度過高、銅表面氧化以及電遷移壽命等問題，仍然是下一代 3DIC 及先進封裝技術發展的重要挑戰。

四項關鍵技術提升穩定性及效能

為解決上述難題，團隊專注於研究封裝材料的解決方案，包括開發多種電鍍銅物料，透過專利的化學添加劑精確控制銅層的微結構，以提升 3DIC、玻璃基板和先進晶片封裝的生產和效能。

針對 2.5D 及 3DIC 封裝技術中金屬互連的4項關鍵技術包括：

亞穩態銅（MS-Cu）：透過納米晶粒銅結構，實現低溫的「銅對銅鍵合」方案，減少因高溫對溫度敏感元件帶來的傷害，並保持 3D 堆疊技術的穩定性。
動態共價鍵塗層材料（DCB-coating）：可防止銅表面氧化，並易於在「銅對銅鍵合」前去除，以確保高質量和乾淨的鍵合界面。
結構穩定銅（SS-Cu）：透過銅的複合微結構設計，可提高對表面腐蝕和電遷移（即電流引起原子移動，使物料形成空孔而導致裝置故障等問題）的抵抗力，確保高密度「重佈線層」的持續可靠性。
納米粒子硫橋表面處理（NP-S）：為玻璃基板進行金屬化製程，可增強電鍍銅在玻璃通孔（TGV）上的附著力，令玻璃成為新一代高頻電子器件的基板材料。