3D_封装与硅通孔TSV工艺技术.ppt

目录 2.有源基板型3D封装 3D封装与TSV工艺技术 4 TSV技术简介 1 2 3 5 通孔的形成 晶片减薄 TSV 键合 总结 叠层芯片封装技术，简称3D封装，是指在不改变封装体尺寸的前提下，在同一个封装体内于垂直方向叠放两个以上芯片的封装技术，它起源于快闪存储-器(NOIUNAND)及SDRAM的叠层封装。 3D封装 填埋型即将元器件填埋在基板多层布线内或填埋、制作在基板内部。 有源基板型是用硅圆片集成( wafer scale integra-tion, WSI) 技术做基板时, 先采用一般半导体IC制作方法作一次元器件集成化, 形成有源基板, 然后再实施多层布线, 顶层再安装各种其他IC芯片或元器件, 实现3D封装。这一方法是人们最终追求并力求实现的一种3D封装方法。 叠层型是将两个或多个裸芯片或封装芯片在垂直芯片方向上互连形成3D结构。 3D封装形式 TSV技术简介 ——在各类基板内或多层布线介质层中“埋置”R、C或IC等元器件，最上层再贴装SMC/SMD来实现立体封装。 1.填埋型3D封装 TSV技术简介 ——Si圆片规模集成(WLS)后的有源基板上再实行多层布线,最上层再贴装SMC/SMD。 TSV技术简介 3.叠层型3D封装 封装内的裸片堆叠（图a） 封装内的封装堆叠或称封装堆叠 （图b） TSV技术简介 图b 图a 3D封装按照封装堆叠及IC裸芯片焊接(键合)技术近二十年来经历着三个重要阶段,如下图所示。 有人将TSV技术称之为第四代封装技术。是基于微电子装联键合技术从软铅焊、丝焊和芯片凸点倒装焊到通孔互连技术的不断进步发展而言。 TSV技术简介 TSV (through silicon via)穿透硅通孔技术，简称硅通孔技术。TSV是利用垂直硅通孔完成芯片间互连的方法, 由于连接距离更短、强度更高, 它能实现更小更薄而性能更好、密度更高、尺寸和重量明显减小的封装, 同时还能用于异种芯片之间的互连。 TSV技术 TSV技术简介 图1所示是4层芯片采用载带封装方法 (图 1(a))和采用TSV方法(图1(b))封装的外形比较。 TSV作为新一代封装技术，是通过在芯片和芯片之间，晶圆和晶圆之间制造垂直导通，实现芯片之间互连的最新技术，能够在三维方向使得堆叠密度最大，而外形尺寸最小，大大改善了芯片速度和低功耗性能。 硅通孔技术(TSV)是通过在芯片和芯片之间、晶圆和晶圆之间制作垂直导通，实现芯片之间互连的最新技术(见下图所示)。与以往的IC封装键合和使用凸点的叠加技术不同，TSV能够使芯片在三维方向堆叠的密度最大，外形尺寸最小，并且大大改善芯片速度和降低功耗的性能。 TSV技术简介 硅通孔技术(TSV)示意图 TSV的主要技术环节： 通孔的形成 晶片减薄 TSV 键合 TSV技术被看做是一个必然的互连解决方案，是目前倒装芯片和引线键合型叠层芯片解决方案的很好补充。许多封装专家认为TSV是互连技术的下一阶段。实际上，TSV可以很好取代引线键合。 TSV能够使芯片在三维方向堆叠的密度最大，外形尺寸最小，并且大大改善芯片速度和低功耗的性能。因此，业内人士将TSV称为继引线键合(WireBonding)、TAB（载带自动焊）和倒装芯片(FC)之后的第四代封装技术。 TSV技术简介 TSV技术特点 由于TSV工艺的内连接长度可能是最短的，可以减小信号传输过程中的寄生损失和缩短时间延迟。TSV的发展将受到很多便携式消费类电子产品的有力推动，这些产品需要更长的电池寿命和更小的波形系数。芯片堆叠是各种不同类型的电路互相混合的最佳手段，例如将存储器直接堆叠在逻辑器件上方。 TSV技术可以连接两块芯片内的不同核心，还能将处理器和内存等不同部件连在一起，并通过数千个微小的连线传输数据，比如在硅锗芯片中，通过钻出许多细微的孔洞并以钨材料填充，就能得到TSV。 目前的芯片大多使用总线(bus)通道传输数据，容易造成堵塞、影响效率。 更加节能也是TSV的特色之一。据称，TSV可将硅锗芯片的功耗降低大约40％。 由于改用垂直方式堆叠成3D芯片，TSV还能大大节约主板空间。尽管目前也有垂直堆叠芯片，但都是通过总线互连，因此不具备TSV的高带宽优势，因为TSV是直接连接项部芯片和底部芯片的。 TSV技术简介 TSV互连尚待解决的关键技术难题和挑战： (1)通孔的刻蚀——激光VS.深反应离子刻蚀(DRIE)； (2)通孔的填充——材料(多晶硅、铜、钨和高分子导体等)和技术(电镀、化学气相沉积、高分子涂布等)； (3)工艺流程——先通孔(via-first)或后通孔(via-last)技术； (4)堆叠形式——晶圆到晶圆、芯片到晶圆或芯片到芯片； (5)键合方式——直接Cu-Cu键合、粘接、直接熔