集成电路TSV三维封装可靠性试验方法 编制说明

国家标准《集成电路硅通孔（TSV）三维封装可靠性试验方法》(征求意见稿)编制说明

1工作简况

1.1任务来源

本项目是2018年国家标准委下达的军民通用化工程标准项目中的一项，本国家标准的制定任务已列入2018年国家标准制修订项目，项目名称为《集成电路硅通孔（TSV）三维封装可靠性试验方法》，项目编号为：20182284-T-339。本标准由中国电子技术标准化研究院负责组织制定，标准归口单位为全国半导体器件标准化技术委员会集成电路分技术委员会（TC78/SC2）。

1.2起草单位简介

中国电子技术标准化研究院是工业和信息化部直属事业单位，专业从事工业和电子信息技术领域标准化科研工作。中国电子技术标准化研究院紧紧围绕部中心工作，立足标准化工作核心，研究工业和电子信息技术领域标准化发展战略，提出相关规划和政策建议；组织建立和完善电子信息、软件服务等领域技术标准体系，开展共性、基础性标准的研究制定和应用推广；承担电子产品的试验检测、质量控制和技术评价、质量监督检查和质量争议鉴定等工作；负责电子工业最高计量标准的建立、维护和量值传递工作；开展管理体系认证、产品认证、评估服务等相关活动；建立和维护标准信息资源，开展标准信息服务、技术咨询评估和培训活动。

1.3主要工作过程

接到编制任务，项目牵头单位中国电子技术标准化研究院成立了标准编制组，中科院微电子研究所、华进半导体封装先导技术研发中心有限公司、中国电子科技集团公司第十三研究所等相关单位参与标准编制工作。编制组落实了各单位职责，并制定编制计划。

编制组查找了国际、国内三维集成电路封装相关标准，认真研究了现行集成电路标准体系和相关标准技术内容，在此基础上形成了标准草案。

2标准编制原则和确定主要内容的论据及解决的主要问题

2.1本标准制定原则

本标准遵循“科学性、实用性、统一性、规范性”的原则进行编制，依据GB/T 1.1-2009规则起草，确立了本标准的范围、规范性引用文件、术语和定义。

2.2标准的主要内容与依据

2.2.1本标准的定位

本标准是三维（3D）集成电路（IC）封装系列标准中的一项，规定了采用硅通孔（TSV）1

技术的三维集成电路封装推荐使用的可靠性试验，适用于“先通孔”（先完成TSV的制作，再做有源芯片及其互连)、“中通孔”(先做有源器件，然后制作TSV,之后再进行片内互连工艺)以及“后通孔”(先完成有源芯片和有源芯片片内互连层，最后制作TSV)等采用不同工艺流程制造的TSV 结构的可靠性试验。

2.2.2关于引用文件

GB/T 4937.20-2018 半导体器件机械和气候试验方法第20部分：塑封表面安装器件耐潮湿和焊接热综合影响；

GB/T 4937.30-2018 半导体器件机械和气候试验方法第30部分：非气密表面安装器件在可靠性试验前的预处理；

GB/T 12750-2006 半导体器件集成电路第11部分：半导体集成电路分规范（不包括混合电路）；GB/T XXXX-20XX 集成电路三维封装术语和定义（报批稿）。

GB/T 4937.20-2018和GB/T 4937.30-2018是半导体器件的潮湿敏感度试验方法和可靠性试验前的预处理程序，用于半导体器件的抗潮湿能力检测。

GB/T 12750-2006是半导体集成电路分规范规定了半导体集成电路设计、生产、检测应遵循的要

求。

GB/T XXXX-20XX 是三维集成电路的术语定义，本标准的部分术语引用该标准。

2.2.3术语和定义

在GB/T XXXX-20XX 集成电路三维封装术语和定义（报批稿）基础上，增加了本标准需要使用的术语定义：前道工序、后道工序、先通孔、中通孔、后通孔等。

部分术语采用《集成电路产业全书》的内容。

2.2.4 TSV堆叠芯片制造

在3D IC中，TSV作为一种新型的互连结构，其工艺复杂，容易在生产产生多种故障，在生产阶段对TSV进行测试与故障诊断，既可保证TSV的有效性与可靠性，又可提高产品良率，降低制造成本。

TSV通常情况下是一种柱状金属结构，它实现了各层芯片在垂直方向上的电气互连互通。在芯片键合前，TSV的制造过程包括刻蚀通孔、氧化物淀积、铜种子淀积、镀铜以及化学工艺打磨等步骤。每个步骤都有可能引起TSV缺陷，例如，由于TSV的高深宽比，容易出现绝缘层或导电层电镀不完全而引起的绝缘壁破损或空洞缺陷。在芯片键合阶段，由于TSV二氧化硅绝缘层与硅衬底的热膨胀系数不同，极易造成由热应力引起的TSV断裂缺陷。同时，2

由于TSV一般只有几十微米（μm），也常常因对接时不能准确对齐而造成失效。

TSV制造步骤如下图1：

图1 TSV制造步骤

TSV又根据制造步骤的不同，分为“先通孔”（先完成TSV的制作，再做有源芯片及其互连)、“中通孔”(先做有源器件，然后制作TSV,之后再进行片内互连工艺)以及“后通孔”(先完成有源芯片和有源芯片片内互连层，最后制作TSV)，示意图如图2所示。

图2 TSV分类示意图

TSV制造后，还需三维键合和装配工艺，包括：芯片与芯片粘接、多芯片粘接、芯片焊接、填充和固化、热增强涂敷、二次成型或密封性涂敷、模块测试、老炼、模块卡连接、倒装芯片塑封焊球阵列（FCPBGA）和类似封装类型的工艺返工。

本标准第4章对TSV制造工艺进行了说明，并对TSV制造工艺可能带来的可靠性问题进行了描述。这些可靠性问题包括：CPI、热应力、翘曲、不均匀性、漏电、空洞。

这些问题有TSV本身的，也有TSV与芯片连接后产生的。

TSV本身的主要缺陷：空洞、缝隙、填充缺失，造成开路、漏电，如下图2所示：

3

主要缺陷图2 TSV 失效物理设计2.2.5 TSV必须通过工艺过程检测或制成成品后很难检测，因为TSV是在工艺过程中的加工工艺，章对此进行了规定。设计试验结构来进行可靠性试验，本标准第5 可靠性试验2.2.6 TSV应开展哪些可针对失效模式，的结构类型，给出相应的失效模式；本标准表1按照TSV 靠性试验，最后进行完可靠性试验后对样品的检查采用的检查方法也一并给出。本标准只给出常见结构的试验方法，特殊设计的结构不在本标准范围内。 2.2.7 试验程序7章对试验程序进行了说明。第 2.2.8 失效分析采用的分析方法进行了对失效分析的注意事项、试验后若出现失效，应进行失效分析，规定。试验报告2.2.9

给出了试验报告应包含的信息。A

附录2.2.10

制造工艺的基本工艺步骤。给出TSVB

2.2.11 附录B。试验报告可以参考本标准附录（或验证）情况分析主要试验3无。

知识产权说明4

无。和国外先进标准情况采用5国际标准4

目前国际上有JEDEC于2009年发布的JEP 158《3D chip stack with through-silicon vias（TSVS）：Identitying，Evaluating and Understanding Reliability Interactions 》（硅通孔3D堆叠芯片：可靠性的相互作用的识别、评估和理解）。

本标准的内容参考了JEP 158。

6与现行相关法律、法规、规章及相关标准的协调性

本标准不违反现行的法律、法规和规章。与GB/T 12750-2006《半导体器件集成电路第11部分：半导体集成电路分规范（不包括混合电路）》、GB/T 16464-1996《半导体器件集成电路第1部分：总则》、GB/T 9178-88《集成电路术语》以及SJ/T 11707-2018 《硅通孔协调一致，本标准是三维集成电路封装系列标准的一项，可以健全现有集成几何测量术语》电路标准体系。

7重大分歧意见的处理经过和依据

无。

8标准性质的建议

本国家标准属于基础性标准，建议本标准草案通过审查后作为推荐性国家标准发布。

9贯彻标准的要求和措施建议

无。

10替代或废止现行相关标准的建议

无。

11其他应予说明的事项无。

5

3D IC-TSV技术与可靠性研究

3D IC-TSV技术与可靠性研究 摘要：对三维（3 Dimension，3D）堆叠集成电路的硅通孔(Through Silicon Via，TSV)互连技术进行了详细的介绍，阐述了TSV的关键技术与工艺，比如对准、键合、晶圆减薄、通孔刻蚀、铜大马士革工艺等。着重对TSV可靠性分析的重要性、研究现状和热应力分析方面进行了介绍。以传热分析为例，实现简单TSV模型的热仿真分析和理论计算。最后介绍了TSV技术市场化动态和未来展望。 关键词： 3D-TSV；通孔；晶圆减薄；键合；热可靠性 0 引言 随着半导体制作工艺尺寸缩小到深亚微米量级，摩尔定律受到越来越多的挑战。首先，互连线(尤其是全局互连线)延迟已经远超过门延迟，,这标志着半导体产业已经从“晶体管时代”进入到“互连线时代”。为此，国际半导体技术路线图组织(ITRS)在 2005 年的技术路线图中提出了“后摩尔定律”的概念。“后摩尔定律”将发展转向综合创新，而不是耗费巨资追求技术节点的推进。尤其是基于TSV(Through Silicon Via)互连的三维集成技术，引发了集成电路发展的根本性改变。三维集成电路(Three-Dimensional Integrated Circuit，3D IC)可以将微机电系统(MEMS)、射频模块(RF module)、内存(Memory)及处理器(Processor)等模块集成在一个系统内[1]，，大大提高了系统的集成度，减小了功耗，提高了性能，因此被业界公认为延续摩尔定律最有效的途径之一，成为近年来研究的热点。 目前3D集成技术主要有如下三种：焊线连接(Wire-Bonding)、单片集成(Monolithic Integration)和TSV技术[2]。焊线连接是一种直接而经济的集成技术，但仅限于不需要太多层间互连的低功率、低频的集成电路。单片集成是在同一个衬底上制作多层器件的新技术，它的应用受到工艺温度要求很高和晶体管质量较差等约束。基于TSV的3D集成可以实现短且密的层间互连，有效缩短了互连线长度，大大提高了系统集成度，降低了互连延时，提高了系统性能，缩小了封装尺寸，高频特性出色，芯片功耗降低(可将硅锗芯片的功耗降低大约40%)，热膨胀可靠性高，同时还实现了异构集成，成为业界公认使摩尔定律持续有效的有力保证，所以备受研究者的青睐。 1 TSV技术与相关工艺 1.1 TSV技术介绍 TSV技术将在先进的三维集成电路(3D IC)设计中提供多层芯片之间的互连功能[3]。图2给出了最早的TSV结构示意图,这是1958年诺贝尔奖得主WilliamShockley提出的[4]。它是通过在芯片和芯片之间、晶圆和晶圆之间制作垂直导通，一般用导体材料钨、铝、铜、多晶硅或碳纳米管构成的互连线垂直穿过硅衬底以实现上下层芯片的信号互连[5]，需要穿透组成叠层电路的各种材料以及很厚的硅衬底。TSV作为目前芯片互连的最新技术，使芯片在三维方向堆叠密度最大、芯片间的互连线最短、外形尺寸最小，大大改善芯片速度，产生低功耗性能。 使用硅基板和TSV的三维堆叠的结构。在 3D 芯片堆叠结构中，为了充分利用三维集成电路的优势[6]，硅通孔能缩短堆叠芯片之间的垂直互连，硅中介层是在相同衬底上途经任何组件的硅衬底。TSV对通孔进行金属化处理，然后在孔上形成低熔点的凸点，使之成为导电通孔，再利用孔内的金属焊点以及金属层进行垂直方向的互连[7]。与目前应用于多层互连的通孔不同，TSV技术尺寸的一般要求如表1 所示。

(完整版)√MOS器件及其集成电路的可靠性与失效分析

MOS 器件及其集成电路的可靠性与失效分析（提要） 作者：Xie M. X. (UESTC ，成都市) 影响MOS 器件及其集成电路可靠性的因素很多，有设计方面的，如材料、器件和工艺等的选取；有工艺方面的，如物理、化学等工艺的不稳定性；也有使用方面的，如电、热、机械等的应力和水汽等的侵入等。 从器件和工艺方面来考虑，影响MOS 集成电路可靠性的主要因素有三个：一是栅极氧化层性能退化；二是热电子效应；三是电极布线的退化。 由于器件和电路存在有一定失效的可能性，所以为了保证器件和电路能够正常工作一定的年限（例如，对于集成电路一般要求在10年以上），在出厂前就需要进行所谓可靠性评估，即事先预测出器件或者IC 的寿命或者失效率。 （1）可靠性评估： 对于各种元器件进行可靠性评估，实际上也就是根据检测到的元器件失效的数据来估算出元器件的有效使用寿命——能够正常工作的平均时间（MTTF ，mean time to failure ）的一种处理过程。 因为对于元器件通过可靠性试验而获得的失效数据，往往遵从某种规律的分布，因此根据这些数据，由一定的分布规律出发，即可估算出MTTF 和失效率。 比较符合实际情况、使用最广泛的分布规律有两种，即对数正态分布和Weibull 分布。 ①对数正态分布： 若一个随机变量x 的对数服从正态分布，则该随机变量x 就服从对数正态分布；对数正态分布的概率密度函数为 222/)(ln 21)(σμπσ--?=x e x x f 该分布函数的形式如图1所示。 对数正态分布是对数为正态分布的任 意随机变量的概率分布；如果x 是正态分布 的随机变量，则exp(x)为对数分布；同样， 如果y 是对数正态分布，则log(y)为正态分 布。 ②Weibull 分布： 由于Weibull 分布是根据最弱环节模型 或串联模型得到的，能充分反映材料缺陷和 应力集中源对材料疲劳寿命的影响，而且具 有递增的失效率，所以，将它作为材料或零件的寿命分布模型或给定寿命下的疲劳强 度模型是合适的；而且尤其适用于机电类产品的磨损累计失效的分布形式。由于它可以根据失效概率密度来容易地推断出其分布参数，故被广泛地应用于各种寿命试验的数据处理。与对数正态分布相比，Weibull 分布具有更大的适用性。 Weibull 分布的失效概率密度函数为 m t m t m e t m t f )/()(ηη--?= 图1 对数正态分布

集成电路特点及可靠性分析

集成电路特点及可靠性分析 电子科学与应用物理学院

数字集成电路的出现, 促进了电子器件更广泛的应用于工业控制、医疗卫生、航天航空、国防军事等生产和生活的各个领域。同时，为了满足这些生产和生活各个领域发展的不断要求，设计和制造体积更小、信息处理能力更强的器件，成为未来信息技术发展的关键所在。 自1958年美国德克萨斯仪器公司(TI)发明集成电路（IC）后，随着硅平面技术的发展，二十世纪六十年代先后发明了双极型和MOS型两种重要的集成电路，它标志着由电子管和晶体管制造电子整机的时代发生了量和质的飞跃。 MOS是:金属-氧化物-半导体(Metal-Oxide-Semiconductor)结构的晶体管简称MOS晶体管，有P型MOS管和N型MOS管之分。由MOS管构成的集成电路称为MOS集成电路，而由PMOS管和NMOS管共同构成的互补型MOS集成电路即为CMOS-IC（Complementary MOS Integrated Circuit）。 目前数字集成电路按导电类型可分为双极型集成电路（主要为TTL）和单极型集成电路（CMOS、NMOS、PMOS等）。CMOS电路的单门静态功耗在毫微瓦（nw）数量级。 CMOS发展比TTL晚，但是以其较高的优越性在很多场合逐渐取代了TTL。 以下比较两者性能，大家就知道其原因了。 1.CMOS是场效应管构成，TTL为双极晶体管构成 2.CMOS的逻辑电平范围比较大（5～15V），TTL只能在5V下工作 3.CMOS的高低电平之间相差比较大、抗干扰性强，TTL则相差小，抗干扰能力差 4.CMOS功耗很小，TTL功耗较大（1～5mA/门） CMOS的主要特点就是功耗低。CMOS集成电路主要应用场效应管，场效应管的互补结构使它们工作时两个场效应管通常处于一个管静止另一个管导通的状态，有由于它们采用串联连接的方式，因此电路静态功耗从理论上看基本为零。实际上看，CMOS集成电路板的功耗并非真正为零，由于电路板的电流在传输过程中存在漏电流损耗，因此CMOS集成电路板中有少许静态功耗，据测试，单一电路的功耗值仅为17.8毫瓦，在1MHz的工作频率下，动态功耗也仅28毫瓦。CMOS的另一个特点是它的工作电压范围宽，对电压波动性的适应能力强，无需稳压器，供电电源的体积小，方便各种应用电路板的设备使用。目前国际上最常

集成电路封装考试答案

名词解释： 1.集成电路芯片封装： 利用膜技术及微细加工技术，将芯片及其他要素在框架或基板上布置、粘贴固定及连接，引用接线端子并通过可塑性绝缘介质灌装固定，构成整体立体结构的工艺。 2.芯片贴装： 3.是将IC芯片固定于封装基板或引脚架芯片的承载座上的工艺过程。 4.芯片互联： 5.将芯片与电子封装外壳的I/O引线或基板上的金属布线焊区相连接。 6.可焊接性: 指动态加热过程中，在基体表面得到一个洁净金属表面，从而使熔融焊料在基体表面形成良好润湿能力。 7.可润湿性： 8.指在焊盘的表面形成一个平坦、均匀和连续的焊料涂敷层。 9.印制电路板： 10.为覆盖有单层或多层布线的高分子复合材料基板。 11.气密性封装： 12.是指完全能够防止污染物（液体或固体）的侵入和腐蚀的封装。 13.可靠性封装： 14.是对封装的可靠性相关参数的测试。 15.T/C测试： 16.即温度循环测试。 17.T/S 测试： 18.测试封装体抗热冲击的 能力。 19.TH测试： 20.是测试封装在高温潮湿 环境下的耐久性的实验。 21.PC测试： 22.是对封装体抵抗抗潮湿 环境能力的测试。 23.HTS测试： 24.是测试封装体长时间暴 露在高温环境下的耐久性实验。封装产品长 时间放置在高温氮气炉中，然后测试它的电 路通断情况。 25.Precon测试： 26.模拟包装、运输等过 程，测试产品的可靠性。 27.金线偏移： 28.集成电路元器件常常因 为金线偏移量过大造成相邻的金线相互接触 从而产生短路，造成元器件的缺陷。 29.再流焊： 30.先将微量的铅锡焊膏印 刷或滴涂到印制板的焊盘上，再将片式元器 件贴放在印制板表面规定的位置上，最后将 贴装好元器件分印制板放在再流焊设备的传 送带上。 1

集成电路封装与测试_毕业设计论文

毕业设计（论文）集成电路封装与测试

摘要 IC封装是一个富于挑战、引人入胜的领域。它是集成电路芯片生产完成后不可缺少的一道工序，是器件到系统的桥梁。封装这一生产环节对微电子产品的质量和竞争力都有极大的影响。按目前国际上流行的看法认为，在微电子器件的总体成本中，设计占了三分之一，芯片生产占了三分之一，而封装和测试也占了三分之一，真可谓三分天下有其一。封装研究在全球范围的发展是如此迅猛，而它所面临的挑战和机遇也是自电子产品问世以来所从未遇到过的；封装所涉及的问题之多之广，也是其它许多领域中少见的，它需要从材料到工艺、从无机到聚合物、从大型生产设备到计算力学等等许许多多似乎毫不关连的专家的协同努力，是一门综合性非常强的新型高科技学科。 媒介传输与检测是CPU封装中一个重要环节，检测CPU物理性能的好坏，直接影响到产品的质量。本文简单介绍了工艺流程，机器的构造及其常见问题。 关键词：封装媒介传输与检测工艺流程机器构造常见问题

Abstract IC packaging is a challenging and attractive field. It is the integrated circuit chip production after the completion of an indispensable process to work together is a bridge device to the system. Packaging of the production of microelectronic products, quality and competitiveness have a great impact. Under the current popular view of the international community believe that the overall cost of microelectronic devices, the design of a third, accounting for one third of chip production, packaging and testing and also accounted for a third, it is There are one-third of the world. Packaging research at the global level of development is so rapid, and it faces the challenges and opportunities since the advent of electronic products has never been encountered before; package the issues involved as many as broad, but also in many other fields rare, it needs to process from the material, from inorganic to polymers, from the calculation of large-scale production equipment and so many seem to have no mechanical connection of the concerted efforts of the experts is a very strong comprehensive new high-tech subjects . Media transmission and detection CPU package is an important part of testing the physical properties of the mixed CPU, a direct impact on product quality. This paper describes a simple process, the structure of the machine and its common problems. Keyword: Packaging Media transmission and detection Technology process Construction machinery Frequently Asked Questions

三维封装铜柱应力及结构优化分析

第３８卷第３期２０１７年３月 焊　接　学　报 ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳＯＦＴＨＥＣＨＩＮＡＷＥＬＤＩＮＧＩＮＳＴＩＴＵＴＩＯＮ Ｖｏｌ．３８　Ｎｏ．３Ｍａｒｃｈ　２０１７ 收稿日期：２０１５－０３－１８ 基金项目：黑龙江省自然科学基金资助项目（Ｅ２０１４４９） 三维封装铜柱应力及结构优化分析 江　伟，　王丽凤 （哈尔滨理工大学材料科学与工程学院，哈尔滨　１５００８０） 摘　要：文中利用有限元模拟软件ＡＮＳＹＳ对三维立体封装芯片发热过程中整体应力及局部铜柱的应力情况进行了分析，并对三维封装的结构进行了优化设计．结果表明，最大应力分布在铜柱层，铜柱的应力最大点出现在铜柱外侧拐角与底部接触位置．以铜柱处最大应力作为响应，进行了结构参数优化，采用三因素三水平正交试验方法，分别使用铜柱直径、铜柱高度、铜柱间距三个影响因素作为变化的结构参数．结果表明，铜柱直径的变化对等效应力影响最大，铜柱间距次之，铜柱高度影响最小．且发现随着铜柱高度、铜柱间距、铜柱直径的不断增大其铜柱外侧拐角与底部接触位置的最大等效应力不断减小．关键词：有限元模拟；铜柱应力；正交试验；参数优化 中图分类号：ＴＧ４０４ 文献标识码：Ａ 文章编号：０２５３－３６０Ｘ（２０１７）０３－０１１２－０５ ０　序 言 随着电子工业的不断发展，对微系统的功能、密度和性能要求不断提高，为顺应摩尔定律的增长趋势，芯片技术越来越向着小型化和高性能方向发展，并且越来越需要三维集成方案，在此推动下，穿透硅通孔技术（ｔｈｒｏｕｇｈｓｉｌｉｃｏｎｖｉａｓ，ＴＳＶ）应运而生 ［１］ ，成 为三维集成、芯片级和晶圆级封装的关键技术之一．ＴＳＶ技术是通过在芯片与芯片之间、晶圆与晶圆之间作垂直互连，是实现芯片之间互连的最新技术．三维封装与传统封装相比有特殊的优势，ＴＳＶ能够使三维方向堆叠密度最大，因此使得电性能大大提高，互连长度大大减小 ［２］ ．３Ｄ堆叠芯片极薄，可以 小到５０～１００μｍ，非常容易产生裂纹［３］ ，例如在热 循环和高压键合下极易产生裂纹，很多研究指出，通过调整铜柱高度，铜柱间距及铜柱直径可以避免裂纹的产生 ［４，５］ ． 由于三维封装结构的复杂性和尺寸的微化，使得ＴＳＶ技术变得更加复杂，许多有关ＴＳＶ技术的研究也只是在初期，因此使用ＡＮＳＹＳ软件利用有限元分析方法对三维堆叠封装进行模拟研究显得尤为重要．在小规模三维堆叠封装中，芯片产热是极大的，特别是芯片极薄的情况下会产生很大的温差，中间温度极高，对芯片造成损害，另外随着芯片封装尺寸 的减小和芯片的垂直堆叠，大量不同热膨胀系数的材料将围绕ＴＳＶ，由于铜热膨胀系数相对较大，造成材料间热膨胀系数差很大，这样在热的作用下将产生大量的热应力，因此由于芯片发热问题而引起的热应力不得不被引起高度重视． Ｃｈｕｋｗｕｄｉ等人 ［６］ 对３Ｄ－ＳＩＣ封装中铜通孔Ｃｕ－ Ｃｕ键合压力进行了研究，认为铜（１６．７ｐｐｍ／℃）与硅之间（２．３ｐｐｍ／℃）热膨胀系数的不匹配，铜的自 由膨胀被大块的硅所限制将会在硅片内部产生应力而影响结构的整体性能，最终导致硅片的失效．文中虽然指出失效机制，但并未对此进行深入研究．因此研究铜与硅之间的结构力学性能具有重要的意义．Ｈｓｉｅｈ等人 ［７］ 对四层芯片堆叠封装体的热力学 性能进行了模拟计算研究．为了获得在堆叠ＩＣ封装的热应力分布，设计了４层堆叠ＩＣ封装（芯片对芯片）与ＴＳＶ技术的结构．指出在芯片发热过程中，ＴＳＶ受热应力的影响，封装体最大应力出现在芯片界面和ＴＳＶ结构连接处．文中指出了最大应力的分布位置，但并未对影响应力分布的结构参数进行研究，因此研究铜结构参数对应力分布的影响具有重要意义．文中首先通过一组合适的参数研究了在芯片发热过程中三维封装结构整体应力情况及局部ＴＳＶ通孔中铜柱的应力情况，然后把铜柱直径、高度和间距作为优化参数，通过使用正交试验方法对不同参数下铜柱最大应力数据进行分析，从而找到铜柱直径、铜柱高度和铜柱间距三者对铜柱应力影响的大小． 万方数据

集成电路封装考试答案

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名词解释： 1.集成电路芯片封装： 利用膜技术及微细加工技术，将芯片及其他要素在框架或基板上布置、粘贴固定及连接，引用接线端子并通过可塑性绝缘介质灌装固定，构成整体立体结构的工艺。 2.芯片贴装： 3.是将IC芯片固定于封装基板或引脚架芯 片的承载座上的工艺过程。 4.芯片互联： 5.将芯片与电子封装外壳的I/O引线或基 板上的金属布线焊区相连接。 6.可焊接性: 指动态加热过程中，在基体表面得到一个洁净金属表面，从而使熔融焊料在基体表面形成良好润湿能力。 7.可润湿性： 8.指在焊盘的表面形成一个平坦、均匀 和连续的焊料涂敷层。 9.印制电路板： 10.为覆盖有单层或多层布线的高分子复 合材料基板。 11.气密性封装： 12.是指完全能够防止污染物（液体或固 体）的侵入和腐蚀的封装。 13.可靠性封装： 14.是对封装的可靠性相关参数的测试。 15.T/C测试： 16.即温度循环测试。17.T/S 测试： 18.测试封装体抗热冲击的能力。 19.TH测试： 20.是测试封装在高温潮湿环境下的耐久 性的实验。 21.PC测试： 22.是对封装体抵抗抗潮湿环境能力的测 试。 23.HTS测试： 24.是测试封装体长时间暴露在高温环境 下的耐久性实验。封装产品长时间放置在高温氮气炉中，然后测试它的电路通断情况。 25.Precon测试： 26.模拟包装、运输等过程，测试产品的 可靠性。 27.金线偏移： 28.集成电路元器件常常因为金线偏移量 过大造成相邻的金线相互接触从而产生短 路，造成元器件的缺陷。 29.再流焊： 30.先将微量的铅锡焊膏印刷或滴涂到印 制板的焊盘上，再将片式元器件贴放在印制板表面规定的位置上，最后将贴装好元器件分印制板放在再流焊设备的传送带上。

集成电路封装和可靠性Chapter2-1-芯片互连技术【半导体封装测试】

UESTC-Ning Ning 1 Chapter 2 Chip Level Interconnection 宁宁 芯片互连技术 集成电路封装测试与可靠性

UESTC-Ning Ning 2 Wafer In Wafer Grinding (WG 研磨)Wafer Saw (WS 切割)Die Attach (DA 黏晶)Epoxy Curing (EC 银胶烘烤)Wire Bond (WB 引线键合)Die Coating (DC 晶粒封胶/涂覆) Molding (MD 塑封)Post Mold Cure (PMC 模塑后烘烤)Dejunk/Trim (DT 去胶去纬) Solder Plating (SP 锡铅电镀)Top Mark (TM 正面印码)Forming/Singular (FS 去框/成型) Lead Scan (LS 检测)Packing (PK 包装) 典型的IC 封装工艺流程 集成电路封装测试与可靠性

UESTC-Ning Ning 3 ? 电子级硅所含的硅的纯度很高，可达99.9999 99999 % ? 中德电子材料公司制作的晶棒( 长度达一公尺，重量超过一百公斤 )

UESTC-Ning Ning 4 Wafer Back Grinding ?Purpose The wafer backgrind process reduces the thickness of the wafer produced by silicon fabrication (FAB) plant. The wash station integrated into the same machine is used to wash away debris left over from the grinding process. ?Process Methods: 1) Coarse grinding by mechanical.(粗磨)2) Fine polishing by mechanical or plasma etching. (细磨抛光 )

三维集成封装的电热特性研究及优化设计

三维集成封装的电热特性研究及优化设计在技术发展、社会需要以及经济增长的驱动下,“延续摩尔”和“超越摩尔”成为了目前集成电路发展的两大趋势,在这种情况下,三维集成封装技术受到了广泛的认可。目前,三维集成封装技术在多方面都取得了突破性的进展,然而仍然存在由于内部复杂电磁环境导致的电可靠性问题,以及由于堆叠芯片增大了功率密度导致的热可靠性问题,针对这些问题,本文着重于三维集成封装的电热特性以及优化设计方面的创新研究,并取得了如下成果:1)研究了三维集成封装多端口互连的电特性与优化设计。我们首先提出了新型共面波导串扰屏蔽结构,分析其电特性并据此进行了优化设计,然后对结果进行了实验验证;接下来针对基于“地缺陷结构”的共模噪声滤波器,分析了各尺寸参数对于其电特性的影响并提出了应用机器学习进行优化的方法。2)显著的提高了应用去嵌入方法测量三维集成封装多端口硅通孔(TSV)高频电特性的测量精度。 我们首先分析了传统去嵌入测量结构与算法,得到将其应用于多端口高频电特性测量的两个补充条件,并通过修正测量结构与加入屏蔽TSV满足了这两个条件,进而提高了测量精度,其中插入损耗的最大相对误差从33.52%降低至4.67%,最后通过实验进行了验证。3)使用解析法研究了三维集封装TSV的横向热特性,包括TSV作为热源的稳态热特性以及TSV作为导热材料的瞬态热特性,并分别通过数值仿真对推导结果进行了验证。4)提出了基于流体制冷和机器学习的三维集成封装动态热管理方案。我们首先讨论了集成流体热槽的三维集成封装的建模仿真方法,然后提出了基于机器学习的优化控制方法并讨论了算法的计算复杂度,最后通过仿真模拟热管理系统工作,验证了该动态热管理方案的有效性。

集成电路产业链及主要企业分析

集成电路产业链及主要企业分析 集成电路简介集成电路（integratedcircuit）是一种微型电子器件或部件。采用一定的工艺，把一个电路中所需的晶体管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的微型结构；其中所有元件在结构上已组成一个整体，使电子元件向着微小型化、低功耗、智能化和高可靠性方面迈进了一大步。它在电路中用字母“IC”表示。集成电路发明者为杰克·基尔比（基于锗（Ge）的集成电路）和罗伯特·诺伊思（基于硅（Si）的集成电路）。当今半导体工业大多数应用的是基于硅的集成电路。 是20世纪50年代后期一60年代发展起来的一种新型半导体器件。它是经过氧化、光刻、扩散、外延、蒸铝等半导体制造工艺，把构成具有一定功能的电路所需的半导体、电阻、电容等元件及它们之间的连接导线全部集成在一小块硅片上，然后焊接封装在一个管壳内的电子器件。其封装外壳有圆壳式、扁平式或双列直插式等多种形式。集成电路技术包括芯片制造技术与设计技术，主要体现在加工设备，加工工艺，封装测试，批量生产及设计创新的能力上。 集成电路的特点集成电路具有体积小，重量轻，引出线和焊接点少，寿命长，可靠性高，性能好等优点，同时成本低，便于大规模生产。它不仅在工、民用电子设备如收录机、电视机、计算机等方面得到广泛的应用，同时在军事、通讯、遥控等方面也得到广泛的应用。用集成电路来装配电子设备，其装配密度比晶体管可提高几十倍至几千倍，设备的稳定工作时间也可大大提高。 集成电路产业链概要集成电路的产业链又是怎样的呢？集成电路，就是把一定数量的常用电子元件，如电阻、电容、晶体管等，以及这些元件之间的连线，通过半导体工艺集成在一起的具有特定功能的电路。 集成电路主要包括模拟电路、逻辑电路、微处理器、存储器等。广泛用于各类电子产品之

集成电路封装与测试复习题 - 答案

一、填空题 1、将芯片及其他要素在框架或基板上布置，粘贴固定以及连接，引出接线端子并且通过可塑性绝缘介质灌封固定的过程为狭义封装 ;在次基础之上，将封装体与装配成完整的系统或者设备，这个过程称之为广义封装。 2、芯片封装所实现的功能有传递电能；传递电路信号；提供散热途径；结构保护与支持。 3、芯片封装工艺的流程为硅片减薄与切割、芯片贴装、芯片互连、成型技术、去飞边毛刺、切筋成形、上焊锡、打码。 4、芯片贴装的主要方法有共晶粘贴法、焊接粘贴法、导电胶粘贴发、玻璃胶粘贴法。 5、金属凸点制作工艺中，多金属分层为黏着层、扩散阻挡层、表层金保护层。 6、成型技术有多种，包括了转移成型技术、喷射成型技术、预成型技术、其中最主要的是转移成型技术。 7、在焊接材料中，形成焊点完成电路电气连接的物质叫做焊料；用于去除焊盘表面氧化物，提高可焊性的物质叫做助焊剂；在SMT中常用的可印刷焊接材料叫做锡膏。 8、气密性封装主要包括了金属气密性封装、陶瓷气密性封装、玻璃气密性封装。 9、薄膜工艺主要有溅射工艺、蒸发工艺、电镀工艺、

光刻工艺。 10、集成电路封装的层次分为四级分别为模块元件（Module）、电路卡工艺（Card）、主电路板（Board）、完整电子产品。 11、在芯片的减薄过程中，主要方法有磨削、研磨、干式抛光、化学机械平坦工艺、电化学腐蚀、湿法腐蚀、等离子增强化学腐蚀等。 12、芯片的互连技术可以分为打线键合技术、载带自动键合技术、倒装芯片键合技术。 13、DBG切割方法进行芯片处理时，首先进行在硅片正面切割一定深度切口再进行背面磨削。 14、膜技术包括了薄膜技术和厚膜技术，制作较厚薄膜时常采用丝网印刷和浆料干燥烧结的方法。 15、芯片的表面组装过程中，焊料的涂覆方法有点涂、 丝网印刷、钢模板印刷三种。 16、涂封技术一般包括了顺形涂封和封胶涂封。 二、名词解释 1、芯片的引线键合技术(3种) 是将细金属线或金属带按顺序打在芯片与引脚架或封装基板的焊垫上

集成电路TSV三维封装可靠性试验方法-编制说明

国家标准《集成电路硅通孔（TSV）三维封装可靠性试验方法》(征求意见稿)编制说明 1工作简况 1.1任务来源 本项目是2018年国家标准委下达的军民通用化工程标准项目中的一项，本国家标准的制定任务已列入2018年国家标准制修订项目，项目名称为《集成电路硅通孔（TSV）三维封装可靠性试验方法》，项目编号为：20182284-T-339。本标准由中国电子技术标准化研究院负责组织制定，标准归口单位为全国半导体器件标准化技术委员会集成电路分技术委员会（TC78/SC2）。 1.2起草单位简介 中国电子技术标准化研究院是工业和信息化部直属事业单位，专业从事工业和电子信息技术领域标准化科研工作。中国电子技术标准化研究院紧紧围绕部中心工作，立足标准化工作核心，研究工业和电子信息技术领域标准化发展战略，提出相关规划和政策建议；组织建立和完善电子信息、软件服务等领域技术标准体系，开展共性、基础性标准的研究制定和应用推广；承担电子产品的试验检测、质量控制和技术评价、质量监督检查和质量争议鉴定等工作；负责电子工业最高计量标准的建立、维护和量值传递工作；开展管理体系认证、产品认证、评估服务等相关活动；建立和维护标准信息资源，开展标准信息服务、技术咨询评估和培训活动。 1.3主要工作过程 接到编制任务，项目牵头单位中国电子技术标准化研究院成立了标准编制组，中科院微电子研究所、华进半导体封装先导技术研发中心有限公司、中国电子科技集团公司第十三研究所等相关单位参与标准编制工作。编制组落实了各单位职责，并制定编制计划。 编制组查找了国际、国内三维集成电路封装相关标准，认真研究了现行集成电路标准体系和相关标准技术内容，在此基础上形成了标准草案。 2标准编制原则和确定主要内容的论据及解决的主要问题 2.1本标准制定原则 本标准遵循“科学性、实用性、统一性、规范性”的原则进行编制，依据GB/T 1.1-2009规则起草，确立了本标准的范围、规范性引用文件、术语和定义。 2.2标准的主要内容与依据 2.2.1本标准的定位 本标准是三维（3D）集成电路（IC）封装系列标准中的一项，规定了采用硅通孔（TSV）

新型封装

（一） 硅通孔（TSV，Through -Silicon-Via）技术 3D 封装的发展趋势已经被清楚地确认，穿透硅通孔(TSV)的晶圆封装技术已不断地向 高量产发展。然而，许多问题的研究仍然在进行中，比如：对于通孔联结需要怎样的深宽比及哪些填充材料和技术能够满足它们。 穿透硅通孔(TSV) 将在先进的三维集成电路(3D IC)设计中提供多层芯片之间的互连功能。TSV 与目前应用于多层互连的通孔有所不同，一方面是尺寸的差异(直径1～100 μm，深度10～400 μm)，另一方面，它们不仅需要穿透组成叠层电路的各种材料，还需要穿透很厚的硅衬底。目前制造商们正在考虑的多种三维集成方案，也需要多种尺寸的TSV 与之配合。 等离子刻蚀技术已经广泛应用于存储器和MEMS 生产的深硅刻蚀工艺，同样也非常适合于 制造TSV。 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，芯片之间的互连线最短、且外形尺寸最小，大大改善了芯片速度和低功耗性能。 （定义）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新技术(见图4 所示)。 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。 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。它将集成电路垂直堆叠，在更小的面积上大幅提升芯片性能并增加芯片功能。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低功耗的性能。因此，业内人士将TSV 称为继引线键合(Wire Bonding)、TAB 和倒装芯片(FC)之后的第四代封装技术。 由于TSV 工艺的内连接长度可能是最短的，因此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的优势：

《超大规模集成电路设计》考试习题(含答案)完整版分析

1．集成电路的发展过程经历了哪些发展阶段？划分集成电路的标准是什么？ 集成电路的发展过程: ?小规模集成电路(Small Scale IC，SSI) ?中规模集成电路(Medium Scale IC，MSI) ?大规模集成电路(Large Scale IC，LSI) ?超大规模集成电路(Very Large Scale IC，VLSI) ?特大规模集成电路(Ultra Large Scale IC，ULSI) ?巨大规模集成电路(Gigantic Scale IC，GSI） 划分集成电路规模的标准 2．超大规模集成电路有哪些优点？ 1. 降低生产成本 VLSI减少了体积和重量等,可靠性成万倍提高,功耗成万倍减少. 2.提高工作速度 VLSI内部连线很短,缩短了延迟时间.加工的技术越来越精细.电路工作速度的提高,主要是依靠减少尺寸获得. 3. 降低功耗 芯片内部电路尺寸小,连线短,分布电容小,驱动电路所需的功率下降. 4. 简化逻辑电路 芯片内部电路受干扰小,电路可简化. 5.优越的可靠性 采用VLSI后，元件数目和外部的接触点都大为减少，可靠性得到很大提高。 6.体积小重量轻 7.缩短电子产品的设计和组装周期 一片VLSI组件可以代替大量的元器件,组装工作极大的节省,生产线被压缩,加快了生产速度. 3．简述双阱CMOS工艺制作CMOS反相器的工艺流程过程。 1、形成N阱 2、形成P阱 3、推阱 4、形成场隔离区 5、形成多晶硅栅 6、形成硅化物 7、形成N管源漏区 8、形成P管源漏区 9、形成接触孔10、形成第一层金属11、形成第一层金属12、形成穿通接触孔13、形成第二层金属14、合金15、形成钝化层16、测试、封装，完成集成电路的制造工艺 4．在VLSI设计中，对互连线的要求和可能的互连线材料是什么？ 互连线的要求 低电阻值：产生的电压降最小；信号传输延时最小（RC时间常数最小化） 与器件之间的接触电阻低 长期可靠工作 可能的互连线材料 金属（低电阻率），多晶硅（中等电阻率），高掺杂区的硅(注入或扩散)（中等电阻率）

集成电路封装与系统测试

集成电路封装与系统测试课程实验报告电子、集成专业 （2014—2015学年第一学期） 课程名称集成电路封装与系统测试 课程类别□必修□√限选 班级 学号 姓名 任课教师 考试日期

目录 一、实验目的......................................................... - 2 - 二、实验原理......................................................... - 2 - BC3199集成电路测试系统简介 ..................................... - 2 -测试电路原理图................................................... - 3 -测试参数分析..................................................... - 3 -测量输出电压Vo ............................................. - 3 - 测量电源电压调整率.......................................... - 4 - 测量负载电压调整率.......................................... - 4 - 三、实验设备......................................................... - 4 - 四、实验步骤......................................................... - 4 - 焊制电路板...................................................... - 4 -建立LM7805测试程序............................................. - 5 -测试数据及结果.................................................. - 5 - 五、实验结论......................................................... - 6 - 六、心得体会......................................................... - 6 -附录：............................................................... - 7 -

集成电路封装和可靠性Chapter2-1-芯片互连技术

1 Chapter 2 Chip Level Interconnection 芯片互连技术 集成电路封装测试与可靠性

UESTC-Ning Ning 2 Wafer In Wafer Grinding (WG 研磨)Wafer Saw (WS 切割)Die Attach (DA 黏晶)Epoxy Curing (EC 银胶烘烤)Wire Bond (WB 引线键合)Die Coating (DC 晶粒封胶/涂覆) Molding (MD 塑封)Post Mold Cure (PMC 模塑后烘烤)Dejunk/Trim (DT 去胶去纬) Solder Plating (SP 锡铅电镀)Top Mark (TM 正面印码)Forming/Singular (FS 去框/成型) Lead Scan (LS 检测)Packing (PK 包装) 典型的IC 封装工艺流程 集成电路封装测试与可靠性

UESTC-Ning Ning 3 ? 电子级硅所含的硅的纯度很高，可达99.9999 99999 % ? 中德电子材料公司制作的晶棒( 长度达一公尺，重量超过一百公斤 )

UESTC-Ning Ning 4 Wafer Back Grinding ?Purpose The wafer backgrind process reduces the thickness of the wafer produced by silicon fabrication (FAB) plant. The wash station integrated into the same machine is used to wash away debris left over from the grinding process. ?Process Methods: 1) Coarse grinding by mechanical.(粗磨)2) Fine polishing by mechanical or plasma etching. (细磨抛光 )

TSV三维封装内部典型缺陷的特征识别方法研究

TSV三维封装内部典型缺陷的特征识别方法研究随着微电子技术的飞速发展,为了应对现代微电子器件高集成,小型化和高可靠性的封装要求,TSV(硅通孔,Through-Silicon Via,简称TSV)三维封装技术凭借其集成度高,低时延和低功耗等优良特点而受到广泛关注。与此同时,由于小孔径、高密度及高深宽比正逐渐成为TSV三维封装的主流发展趋势,极易造成其缺陷的频繁发生,而缺陷大多集中于晶圆和芯片内部,如果能掌握其缺陷的外在表现特征并加以识别,进而可以达到TSV三维封装内部缺陷检测的目的。本文主要以TSV内部缺陷响应机理研究为基础,采用理论分析,有限元仿真和试验结果验证相结合的方式,得到其缺陷下温度和应力的分布规律,识别和定位出相应的缺陷,通过掌握TSV内部缺陷的外在表现形式,从而可解决三维封装中内部缺陷难检测的问题。 具体工作内容如下:首先,综合阐述了目前关于TSV缺陷检测的常见方法,结合TSV三维封装基本结构和工作方式,着重分析了TSV三维封装内部的热传导过程,建立了TSV三维封装内部热传导微分方程和热阻网络模型,并在此基础上做了应力应变分析,为后续的仿真和试验提供理论支撑。然后,针对填充缺失、含有缝隙和底部空洞三种典型的TSV内部缺陷,分别建立了有限元模型,并进行了热-电和热-结构耦合条件下的有限元分析。两种耦合场下的仿真结果表明:从整体上来看所有含缺陷的TSV均显示出了与正常结构明显不同的温度和应力分布。 相比而言,在三种缺陷中,含有填充缺失的TSV显示出最明显的温度和应力分布及路径变化差异;其次为底部有空洞的TSV;而具有缝隙的TSV差异最小,并且还探究了TSV层指定路径上温度分布变化的规律。最后,设计并制备出了所需的TSV试验样品,并对样品进行了测量和试验系统的搭建。试验结果表明:(1)温

集成电路封装考试答案

. 名词解释： 1.集成电路芯片封装： 利用膜技术及微细加工技术，将芯片及其他要素在框架或基板上布置、粘贴固定及连接，引用接线端子并通过可塑性绝缘介质灌装固定，构成整体立体结构的工艺。 2.芯片贴装： 是将IC芯片固定于封装基板或引脚架芯片的承载座上的工艺过程。 3.芯片互联： 将芯片与电子封装外壳的I/O引线或基板上的金属布线焊区相连接。 4.可焊接性: 指动态加热过程中，在基体表面得到一个洁净金属表面，从而使熔融焊料在基体表面形成良好润湿能力。 5.可润湿性： 指在焊盘的表面形成一个平坦、均匀和连续的焊料涂敷层。 6.印制电路板： 为覆盖有单层或多层布线的高分子复合材料基板。 7.气密性封装： 是指完全能够防止污染物（液体或固体）的侵入和腐蚀的封装。 8.可靠性封装： 是对封装的可靠性相关参数的测试。9.T/C测试： 即温度循环测试。 10.T/S 测试： 测试封装体抗热冲击的能力。 11.TH测试： 是测试封装在高温潮湿环境下的耐久性的实验。 12.PC测试： 是对封装体抵抗抗潮湿环境能力的测试。 13.HTS测试： 是测试封装体长时间暴露在高温环境下的耐久性实验。封装产品长时间放置在高 温氮气炉中，然后测试它的电路通断情况。 14.Precon测试： 模拟包装、运输等过程，测试产品的可靠性。 15.金线偏移： 集成电路元器件常常因为金线偏移量过大造成相邻的金线相互接触从而产生短路，造成元器件的缺陷。 16.再流焊： 先将微量的铅锡焊膏印刷或滴涂到印制板的焊盘上，再将片式元器件贴放在印制 板表面规定的位置上，最后将贴装好元器件 分印制板放在再流焊设备的传送带上。