先进封装材料复习大纲.doc

三维集成技术综述 1、简单描述三维集成技术 答： （1）三维集成技术是在微系统封装的过程中采用三维结构的集成技术。 （2）在三维结构中，功能模块可以垂直堆叠，每个模块都可以称为堆栈结构中的独立层。每一层都可以通过层间垂直互连线连接在一起。 （3）三维集成技术分成三大类：三维片上集成、三维IC堆栈和三维封装。 硅封装效率（SPE）= 硅片面积/基板总面积 互连线缩短的作用：缩短互连时间延迟、减少串音和降低功率损耗，提高系统性能。 4、常用的圆片键合技术有两类：直接键合（无任何中间层）和间接键合（采用中间层）。 5、根据键合技术将IC堆栈技术分成三类：直接氧化物（SiO2）键合、金属-金属键合和 粘胶键合。 6、金属-金属键合集成技术 （1）好处： ①金属键合层导热性好，热量很容易传导到芯片的另一侧或者沿垂直通孔传输。 ②金属键合既可以作为IC间的机械支撑，也可以作为电互连线。 代表例子：铜-铜键合、铜-锡-铜键合 8、硅穿孔制造分两步：通孔刻蚀、通孔金属化或填孔 (1)二氧化硅和硅中填充金属W的工艺步骤 a)二氧化硅　b)硅 用于沉积铜填孔的大马士革工艺步骤 a)在氧化物通孔中的工艺步骤　b)在硅中通孔的工艺步骤 8、三维封装技术分四类：引线键合堆栈、BGA堆栈、采用芯片弯曲布线的折叠堆栈、 超薄封装堆栈。 先进键合/连接技术 三种先进的键合/连接技术：粘胶键合、直接键合、无铅焊接。 粘胶键合： 四种常见的粘合剂：环氧树脂、硅树脂、聚酰亚胺、丙烯酸。 两种新型的粘合剂：液晶高分子聚合物（LCP）、SU8（流程分析） SU8粘胶键合 SU8是一种环氧基高对比度的光刻胶，主要用于微加工及其他微电子行业，可以得到较厚的图形，并且具有较好的化学性能和热稳定性。SU8是一种典型的负性胶，即曝光区相互耦合，而非曝光区溶于显影液中。 一般工艺流程：基片前处理→涂胶→软烘→曝光→曝光后烘烤→显影→冲洗、干燥→竖膜 直接键合：指不采用任何粘合剂或者焊料，将物体A和物体B键合起来的工艺过程，键合后只有一个键合界面，利用的原理是两个平整和光滑表面间的吸引力。 三种常用的键合方法：阳极键合、扩散键合、表面活化键合。 一种新型的键合方法：Ag-Cu直接键合技术 先进的芯片与基板连接技术 无焊料芯片-基板互连：铜互连、电镀铜柱阵列（超声或热超声键合） ①铜互连：指在半导体集成电路互连层的制作中采用铜金属材料取代传统铝金属互连材料的新型半导体制造工艺技术。 ②电镀铜柱阵列 通过光刻胶掩模电镀铜柱在覆盖上Au层的结构，有助于热-声键合，可以获得更高的产量和更低的成本。电镀铜柱镀上一层Ni作为阻挡层，然后电镀用于热-声键合的Au帽层。改工艺的一大优点是，键合前不用对芯片进行处理。铜柱上覆盖Au帽层后，将其翻转与芯片上的Al焊盘对准，然后在压力、温度和超声条件下键合，如图： 先进引线键合工艺---材料、方法与测试 IC有两种主要的初级互连形式：引线键合、倒装芯片贴片 引线键合和倒装芯片互连的优缺点比较 因素 引线键合 倒装芯片贴片 1 面积 第二焊点在芯片边缘需要空间 在芯片边缘 2 I/O数目 极限：四周共1~4排（约100~1000个） 全部面阵列，外接引线键合有较大间距（约100~10000个） 3 灵活性 很灵活，能改变I/O，容纳不同的芯片方位、大小、封装布局等（在范围内） 灵活性差，衬底图案必须与I/O图案匹配（自装能力） 4 电学性能 长圆线限制低损耗频率响应在5~10GHz 短粗焊接柱容许低损耗频率响应超过100GHz 5 成本 全自动操作下每个互连0.0005~0.001美元 下每个互连0.01~0.05美元 6 键合时间 按顺序进行(10~20个/s) 一组组键合 7 键合类型 焊接处：Au-Al、Au-Au、Al-Al、 Au-Cu、Cu-Cu 焊料：Sn63、Sn5、Sn10、无铅焊料 8 可靠性 单金属系统，可靠性极好，柔韧性减轻或消除CTE问题，双金属系统会受合金生长与空洞影响。 由于CTE失配带来焊料疲劳问题。Sn与Cu会有合金生长和空洞问题。 9 环境 Au、Al环境友好 Pb引起环境问题，必须使用无铅焊料 3、球焊工艺的5个步骤： ①焊球形成 ②焊球粘附到IC或衬底焊盘上（第一次键合） ③引线移动到第二个焊点位置 ④引线连接到封装体或母版焊盘上（第二次键合） ⑤切断引线 4、热超声键合：将超声能量和球焊键合技术共同应用于热压键合中。 5、键合引线的主要材料： ①Au(纯金和合金) ②Al(纯铝) ③含1%Si的Al ④掺Mg的Al ⑤Cu 先进基板材料与工艺展望 金属基板、有机基板、陶瓷基板的比较 图形