三维封装与系统封装

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。

晶圆级三维系统集成技术

晶圆级三维系统集成技术 三维集成系统正在快速增长，它涉及众多不同技术新兴领域，目前已出现诸多大有希望应用于三维集成的新技术。本文将对其中的一项技术进行系统介绍。为了实现三维结构的体积最小化和具有优良电性能的高密度互连，我们将采用穿硅通孔（TSV）用于晶圆级堆叠器件的互连。 该技术基本工艺为高密度钨填充穿硅通孔，通孔尺寸从1μm到3μm。用金属有机化学汽相淀积（MOCVD）淀积一层TiN薄膜作为籽晶层，随后同样也采用CVD工艺淀积而成的钨膜的扩散势垒层即可实现具有大纵宽比（HAR）ICV的金属填充。堆叠器件的未来应用还需要铜填充TSV以优化电学性能。所谓的ICV-SLID技术可用于制作三维器件的堆叠。这项工艺非常适合应用于产品的低成本高效率生产，包括高性能应用，如三维微处理器和高度小型化的多功能系统，传感器之间的节点、存储器数据处理与传输（eGrains TM, eCubes TM）等。 推动三维系统集成技术发展的关键因素 从总体上看，加速三维集成技术应用于微电子系统生产的重要因素包括以下几个方面：?系统的外形体积：缩小系统体积、降低系统重量并减少引脚数量的需求， ?性能：提高集成密度，缩短互连长度，从而提高传输速度并降低功耗， ?大批量低成本生产：降低工艺成本，如混合技术等， ?新应用：如超小无线传感器系统等。 与系统芯片（SoC）相比，这种新方法是一种能将不同优化生产技术高效融合在一起的三维系统集成技术。此外，三维集成方法还可能用于解决由信号传播延迟导致的“布线危机”，不管是板级的还是芯片级的，其原因是这种方法可以实现最短的互连长度，而且还省去了受速度限制的芯片之间及芯片内部互连。 低成本制作潜力也是影响三维集成技术未来应用的主要因素。当前，系统芯片的制作主要依靠单片集成来嵌入多种工艺。但这种方法有很多缺陷，如复杂性达到最高程度时会使分片工艺非常困难，从而导致总系统“制作成本爆炸性”提高。与之相比，采用适当的三维集成技术可以将MEMS和CMOS等不同的最佳基础工艺有机结合起来，通过提高产品合格率和小型化程度，发挥该技术低成本制作的潜力。与单片集成SoC相比，采用最佳三维集成技术制作的器件堆叠（如控制器层和存储器层等）会使生产成本显著降低。此外，采用该技术还有望实现新型多功能微电子系统，如分布式无线传感器网络应用的超小型传感器节点等（图1）。

芯片封装的主要步骤

芯片封装的主要步骤 板上芯片（Chip On Board, COB)工艺过程首先是在基底表面用导热环氧树脂(一般用掺银颗粒的环氧树脂)覆盖硅片安放点，然后将硅片直接安放在基底表面，热处理至硅片牢固地固定在基底为止，随后再用丝焊的方法在硅片和基底之间直接建立电气连接。 裸芯片技术主要有两种形式：一种是COB技术，另一种是倒装片技术（Flip Chip）。板上芯片封装（COB），半导体芯片交接贴装在印刷线路板上，芯片与基板的电气连接用引线缝合方法实现，芯片与基板的电气连接用引线缝合方法实现，并用树脂覆盖以确保可靠性。虽然COB是最简单的裸芯片贴装技术，但它的封装密度远不如TAB和倒片焊技术。 COB主要的焊接方法： （1）热压焊 利用加热和加压力使金属丝与焊区压焊在一起。其原理是通过加热和加压力，使焊区（如AI）发生塑性形变同时破坏压焊界面上的氧化层，从而使原子间产生吸引力达到“键合”的目的，此外，两金属界面不平整加热加压时可使上下的金属相互镶嵌。此技术一般用为玻璃板上芯片COG。 （2）超声焊 超声焊是利用超声波发生器产生的能量，通过换能器在超高频的磁场感应下，迅速伸缩产生弹性振动，使劈刀相应振动，同时在劈刀上施加一定的压力，于是劈刀在这两种力的共同作用下，带动AI丝在被焊区的金属化层如（AI膜）表面迅速摩擦，使AI丝和AI膜表面产生塑性变形，这种形变也破坏了AI层界面的氧化层，使两个纯净的金属表面紧密接触达到原子间的结合，从而形成焊接。主要焊接材料为铝线焊头，一般为楔形。 （3）金丝焊 球焊在引线键合中是最具代表性的焊接技术，因为现在的半导体封装二、三极管封装都采用AU线球焊。而且它操作方便、灵活、焊点牢固（直径为25UM的AU丝的焊接强度一般为0.07～0.09N/点），又无方向性，焊接速度可高达15点/秒以上。金丝焊也叫热（压）（超）声焊主要键合材料为金（AU）线焊头为球形故为球焊。 COB封装流程 第一步：扩晶。采用扩张机将厂商提供的整张LED晶片薄膜均匀扩张，使附着在薄膜表面紧密排列的LED晶粒拉开，便于刺晶。 第二步：背胶。将扩好晶的扩晶环放在已刮好银浆层的背胶机面上，背上银浆。点银浆。

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

系统级封装(SiP)

系统级封装(SiP)的发展前景(上） ——市场驱动因素，要求达到的指标，需要克腰的困难 集成电路技术的进步、以及其它元件的微小型化的发展为电子产品性能的提高、功能的丰富与完善、成本的降低创造了条件。现在不仅仅军用产品，航天器材需要小型化，工业产品，甚至消费类产品，尤其是便携式也同样要求微小型化。这一趋势反过来又进一步促进微电子技术的微小型化。这就是近年来系统级封装(SiP,System in Package)之所以取得了迅速发展的背景。SiP已经不再是一种比较专门化的技术；它正在从应用范围比较狭窄的市场，向更广大的市场空间发展；它正在成长为生产规模巨大的重要支持技术。它的发展对整个电子产品市场产生了广泛的影响。它已经成为电子制造产业链条中的一个重要环节。它已经成为影响，种类繁多的电子产品提高性能、增加功能、扩大生产规模、降低成本的重要制约因素之一。它已经不是到了产品上市前的最后阶段才去考虑的问题，而是必须在产品开发的开始阶段就加以重视，纳入整体产品研究开发规划；和产品的开发协同进行。再有，它的发展还牵涉到原材料，专用设备的发展。是一个涉及面相当广泛的环节。因此整个电子产业界，不论是整机系统产业，还是零部件产业，甚至电子材料产业部门，专用设备产业部门，都很有必要更多地了解，并能够更好地促进这一技术的发展。经过这几年的发展，国际有关部门比较倾向于将SiP定义为：一个或多个半导体器件(或无源元件)集成在一个工业界标准的半导体封装内。按照这个涵义比较广泛的定义，SiP又可以进一步按照技术类型划分为四种工艺技术明显不同的种类；芯片层叠型；模组型；MCM型和三维(3D)封装型。现在，SiP应用最广泛的领域是将存储器和逻辑器件芯片堆叠在一个封装内的芯片层叠封装类型，和应用于移动电话方面的集成有混合信号器件以及无源元件的小型模组封装类型。这两种类型SiP的市场需求在过去4年里十分旺盛，在这种市场需求的推动下，建立了具有广泛基础的供应链；这两个市场在成本方面的竞争也十分激烈。 而MCM(多芯片模组)类型的SiP则是一贯应用于大型计算机主机和军用电子产

集成电路芯片封装技术复习题

￥ 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而形成电路互连，包括超声波键合、热压键合、热超声波键合。 2、陶瓷封装

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。

Systems In Package 系统级封装

LANCASTER
UNIVERSITY
Centre for Microsystems Engineering Faculty of Applied Sciences
System-in-Package Research within the IeMRC
Prof. Andrew Richardson Lancaster University

Project Statistics
? Design for Manufacture Methodology for SiP
– – – – Academic partners : Lancaster University & Greenwich Industrial partners : NXP, Flowmerics, Coventor & Selex ￡206K – Nov 2005 – Nov 2007 Focus : Reliability Engineering of SiP assemblies
? Integrated Health Monitoring of MNT Enabled Integrated Systems “I-Health”
– Academic partners : Lancaster University & Heriot Watt University – Industrial partners : NXP, QinetiQ, Coventor, MCE – Focus : Embedded Test & Health Monitoring of SiP based systems

芯片封装形式

芯片封装形式 芯片封装形式主要以下几种：DIP，TSOP，PQFP，BGA，CLCC，LQFP，SMD，PGA，MCM，PLCC等。 DIP DIP封装（Dual In-line Package），也叫双列直插式封装技术，双入线封装，DRAM的一种元件封装形式。指采用双列直插形式封装的集成电路芯片，绝大多数中小规模集成电路均采用这种封装形式，其引脚数一般不超过100。DIP封装的CPU芯片有两排引脚，需要插入到具有DIP结构的芯片插座上。当然，也可以直接插在有相同焊孔数和几何排列的电路板上进行焊接。DIP封装的芯片在从芯片插座上插拔时应特别小心，以免损坏管脚。DIP封装结构形式有：多层陶瓷双列直插式DIP，单层陶瓷双列直插式DIP，引线框架式DIP（含玻璃陶瓷封接式，塑料包封结构式，陶瓷低熔玻璃封装式）等。 DIP封装具有以下特点： ?适合在PCB(印刷电路板)上穿孔焊接，操作方便。 ?芯片面积与封装面积之间的比值较大，故体积也较大。 ?最早的4004、8008、8086、8088等CPU都采用了DIP封装，通过其上的两排引脚 可插到主板上的插槽或焊接在主板上。 ?在内存颗粒直接插在主板上的时代，DIP 封装形式曾经十分流行。DIP还有一种派 生方式SDIP（Shrink DIP,紧缩双入线封装），它比DIP的针脚密度要高6六倍。 DIP还是拨码开关的简称，其电气特性为 ●电器寿命:每个开关在电压24VDC与电流25mA之下测试,可来回拨动2000次； ●开关不常切换的额定电流:100mA,耐压50VDC ； ●开关经常切换的额定电流:25mA,耐压24VDC ； ●接触阻抗:(a)初始值最大50mΩ；(b)测试后最大值100mΩ； ●绝缘阻抗:最小100mΩ,500VDC ； ●耐压强度:500VAC/1分钟； ●极际电容:最大5pF ； ●回路:单接点单选择:DS(S),DP(L) 。 TSOP 到了上个世纪80年代，内存第二代的封装技术TSOP出现，得到了业界广泛的认可，时至今日仍旧是内存封装的主流技术。TSOP是“Thin Small Outline Package”的缩写，意思是薄型小尺寸封装。TSOP内存是在芯片的周围做出引脚，采用SMT技术（表面安装技术）直接附着在PCB板的表面。TSOP封装外形尺寸时，寄生参数(电流大幅度变化时，引起输出电压扰动)减小，适合高频应用，操作比较方便，可靠性也比较高。同时TSOP封装具有成品率高，价格便宜等优点，因此得到了极为广泛的应用。 TSOP封装方式中，内存芯片是通过芯片引脚焊接在PCB板上的，焊点和PCB板的接触面积较小，使得芯片向PCB办传热就相对困难。而且TSOP封装方式的内存在超过150MHz 后，会产品较大的信号干扰和电磁干扰。 PQFP PQFP： (Plastic Quad Flat Package，塑料方块平面封装)一种芯片封装形式。 BGA BGA封装内存 BGA封装(Ball Grid Array Package)的I/O端子以圆形或柱状焊点按阵列形式分布在封装下面，BGA技术的优点是I/O引脚数虽然增加了，但引脚间距并没有减小反而增加了，从而提

TSOP叠层芯片封装介绍

年来，叠层芯片封装逐渐成为技术发展的主流。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(NOR/NAND)及SDRAM的叠层封装。 叠层芯片封装技术对于无线通讯器件、便携器件及存储卡来讲是最理想的系统解决方案。近年来，手机、PDA、电脑、通讯、数码等消费产品的技术发展非常快，此行业的迅猛发展需要大容量、多功能、小尺寸、低成本的存储器、DSP、ASIC、RF、MEMS等各种半导体器件，叠层芯片技术因此也得到了蓬勃发展。 3D封装技术的主要特点包括：多功能、高效能；大容量高密度，单位体积上的功能及应用成倍提升以及低成本。在NAND的封装形式上，虽然发展最快的是SIP，但是TSOP仍然是大容量NAND封装的一个主要解决方案。和SIP相比，TSOP更具有柔韧性，因为TSOP可以通过SMD制作成SD卡、MiniSD卡、CF卡或是集成到MP3/MP4、移动存储器等不同的终端产品中，而SIP一旦完成组装，它就是成品了，不能再根据市场需求来进行调整。和另一种同样可以通过SMD组装的PBGA封装形式相比，TSOP具有非常明显的成本优势。 TSOP叠层芯片封装技术 单芯片TSOP生产工艺流程比较简单，只需要经过一次贴片、一次烘烤、一次引线键合 就可以了，流程如图1：

我们可以根据封装名称来识别叠层芯片封装中有多少个芯片。比如，“TSOP2+1”就是指一个TSOP封装体内有两个活性芯片(ActiveDie)、一个空白芯片(Spacer)，如果我们说“TSOP3+0”，那就是说一个TSOP封装体内有三个活性芯片、没有空白芯片，以此类推。 图2是最典型的TSOP2+1的封装形式剖面和俯视图，上下两层是真正起作用的芯片（ActiveDie），中间一层是为了要给底层芯片留出焊接空间而加入的空白芯片（Spacer）。 空白芯片(Spacer)由硅片制成，里面没有电路。 我们以最简单的二芯片叠层封装（TSOP2+X）为例查看其工艺流程： 方法一，仍然沿用单芯片封装的液态环氧树脂作为芯片粘合剂、多次重复单芯片的工艺， 其工艺流程如下：

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）

电子封装技术发展现状及趋势

电子封装技术发展现状及趋势 摘要 电子封装技术是系统封装技术的重要容，是系统封装技术的重要技术基础。它要求在最小影响电子芯片电气性能的同时对这些芯片提供保护、供电、冷却、并提供外部世界的电气与机械联系等。本文将从发展现状和未来发展趋势两个方面对当前电子封装技术加以阐述，使大家对封装技术的重要性及其意义有大致的了解。 引言 集成电路芯片一旦设计出来就包含了设计者所设计的一切功能，而不合适的封装会使其性能下降，除此之外，经过良好封装的集成电路芯片有许多好处，比如可对集成电路芯片加以保护、容易进行性能测试、容易传输、容易检修等。因此对各类集成电路芯片来说封装是必不可少的。现今集成电路晶圆的特征线宽进入微纳电子时代，芯片特征尺寸不断缩小，必然会促使集成电路的功能向着更高更强的方向发展，这就使得电子封装的设计和制造技术不断向前发展。近年来，封装技术已成为半导体行业关注的焦点之一，各种封装方法层出不穷，实现了更高层次的封装集成。本文正是要从封装角度来介绍当前电子技术发展现状及趋势。

正文 近年来，我国的封装产业在不断地发展。一方面，境外半导体制造商以及封装代工业纷纷将其封装产能转移至中国，拉动了封装产业规模的迅速扩大；另一方面，国芯片制造规模的不断扩大，也极推动封装产业的高速成长。但虽然如此，IC的产业规模与市场规模之比始终未超过20%，依旧是主要依靠进口来满足国需求。因此，只有掌握先进的技术，不断扩大产业规模，将国IC产业国际化、品牌化，才能使我国的IC产业逐渐走到世界前列。 新型封装材料与技术推动封装发展，其重点直接放在削减生产供应链的成本方面，创新性封装设计和制作技术的研发倍受关注，WLP 设计与TSV技术以及多芯片和芯片堆叠领域的新技术、关键技术产业化开发呈井喷式增长态势，推动高密度封测产业以前所未有的速度向着更长远的目标发展。 大体上说，电子封装表现出以下几种发展趋势：（1）电子封装将由有封装向少封装和无封装方向发展；（2）芯片直接贴装（DAC）技术，特别是其中的倒装焊（FCB）技术将成为电子封装的主流形式；（3）三维（3D）封装技术将成为实现电子整机系统功能的有效途径；（4）无源元件将逐步走向集成化；（5）系统级封装（SOP或SIP）将成为新世纪重点发展的微电子封装技术。一种典型的SOP——单级集成模块（SLIM）正被大力研发；（6）圆片级封装（WLP）技术将高速发展；（7）微电子机械系统（MEMS）和微光机电系统（MOEMS）正方兴未艾，它们都是微电子技术的拓展与延伸，是集成电子技术与

TSOP叠层芯片封装的介绍

TSOP叠层芯片封装的介绍 第六图书馆 叠层芯片封装技术,简称3D,是指在不改变封装体外型尺寸的前提下,在同一个封装体内于垂直方向叠放两个以上的芯片的封装技术,它起源于快闪存储器(NOR/NAND)及SDRAM的叠层封装。叠层芯片封装技术具有大容量、多功能、小尺寸、低成本的特点,2006年以来3D技术逐渐成为主流。随着NAND快闪存储器市场的高速增长及3D技术的兴起,加之TSOP封装成本低、柔韧性强,所以TSOP封装得以重新焕发生机。叠层芯片封装技术,简称3D,是指在不改变封装体外型尺寸的前提下,在同一个封装体内于垂直方向叠放两个以上的芯片的封装技术,它起源于快闪存储器(NOR/NAND)及SDRAM的叠层封装。叠层芯片封装技术具有大容量、多功能、小尺寸、低成本的特点,2006年以来3D技术逐渐成为主流。随着NAND快闪存储器市场的高速增长及3D技术的兴起,加之TSOP封装成本低、柔韧性强,所以TSOP封装得以重新焕发生机。叠层芯片封装技术 3D 快闪存储器 TSOP叠层芯片封装 环氧树脂薄膜半导体行业张德洪星科金朋上海有限公司LDP技术部2007第六图书馆 第六图书馆 https://www.sodocs.net/doc/249709750.html,

TSOP叠层芯片封装的介绍 张德洪 星科金朋上海有限公司L D P技术部 摘要:叠层芯片封装技术，简称3D，是指在不改变封装体外型尺寸的前提下，在同一个封装体内于垂直方向叠放两个以上的芯片的封装技术，它起源于快闪存储器（NOR/NAND）及SD RAM的叠层封装。叠层芯片封装技术具有大容量、多功能、小尺寸、低成本的特点，2006年以来3D技术逐渐成为主流。随着NA ND快闪存储器市场的高速增长及3D技术的兴起，加之TSOP封装成本低、柔韧性强，所以T SOP封装得以重新焕发生机。 关键词:叠层芯片封装技术；3D；快闪存储器；TS OP叠层芯片封装；环氧树脂薄膜 前言 近年来，叠层芯片封装逐渐成为技术发展的主流。叠层芯片封装技术，简称3D，是指在不改变封装体的尺寸的前提下，在同一个封装体内于垂直方向叠放两个以上的芯片的封装技术，它起源于快闪存储器（NOR/NAND）及SDRAM的叠层封装。叠层芯片封装技术对于无线通讯器件、便携器件及存储卡来讲是最理想的系统解决方案。近年来，手机、PD A、电脑、通讯、数码等消费产品的技术发展非常快，这些行业的迅猛发展需要大容量、多功能、小尺寸、低成本的存储器、DSP、ASI C、R F、M EM S等半导体器件，于是叠层芯片技术在近几年得到了蓬勃发展。 3D封装技术的有以下几个特点： 1多功能、高效能 2大容量高密度，单位体积上的功能及应用成倍提升 3这种新技术带来了新一轮的技术革新 低成本 近几年来在NAND封装领域发 展最快的是SIP。但是，T SO P仍然是 大容量NAND的一个主要的解决方 案。和SI P相比，TSO P更具有柔韧 性，因为T SOP可能通过SM D制作 成SD卡、M i ni SD卡、CF卡或是 集成到M P3/M P4、SDRAM中，Si P 一旦完成组装，它就是成品了、不 能再根据市场需求来进行调整。和 另一种同样可以通过S MD组装的 PBG A封装形式相比，TSOP具有非 常明显的成本优势。 TSO P单芯片封装工艺介绍 半导体封装工艺分为两段，分别 叫前道（Fr ont-of-l i ne，FO L）和后 道（End-of-l i ne，EO L），前道（FO L） 主要是将芯片和引线框架 （L eadf r am e）或基板（Subsr t at e）连 接起来，即完成封装体内部组装。后 道（EOL）主要是完成封装并且形成 指定的外形尺寸。单芯片TSO P生产 工艺流程如下: 一、前道生产工艺： 封装测试 2007/127 https://www.sodocs.net/doc/249709750.html, 第六图书馆 半导体行业3

3D封装技术的未来

试议3D封装到来时的机遇与挑战 苏州德天光学技术有限公司 1111摘要：本文揭示了在摩尔定律即将失效的大背景下，电子信息产业的开发思维、生产方式将发生一系列变革；较详尽地阐述了3D封装将是电子产业发展的必然趋势；反映了检测手段的提高是3D封装目前面临的主要难题。分析了我国信息电子产业在此环境下所面临的机遇和挑战。 关键词：摩尔定律3D封装微焊点自动光学显微检测（MMI）机遇与挑战Discussion on the opportunities and challenges of the 3D pac kage’s coming Liu Bin, Yan Shixin Suzhou Detian Optical Technology Co., Ltd. Abstract: Against the background of Moore’s law will lose effectiveness，a variety of reformation will appear in the development and production mode of electronics and information industry; 3D-TSV will be the inexorable trend of the electronic industry, and the improvement of detection level is the main problem of 3D package. The opportunities and challenges electronics and information industry will be faced with under the circumstances were analyzed. Key Words: Moore’s Law, 3D Package, Micro-joint Automatic Optical Micro-Inspection (MMI), Opportunities and Challenges 目前，国际电子信息行业正在经历一场新的变革，摩尔定律即将失效，3D封装蓬勃兴起，如果我们能抓住这个机会，对国内相关行业及其发展环境进行大力改革整顿，顺应世界发展潮流，将大大缩小我们同国际先进水平的差距。 1 摩尔定律的失效 摩尔定律是由英特尔创始人之一戈登·摩尔（Gordon Moore）提出来的。其内容为：集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔18个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。这一定律揭示了信息技术进步的速度。 图 1 摩尔定律 但是，进入新世纪后，实现等比例缩减的代价变得非常高，器件尺寸已接近单个原子，而原子无法缩减。其次，尽管目前出现了多内核处理器，但日常使用的应用软件无法利用如此强大的处理能力；而建设芯片工厂的天价成本也阻碍摩尔定律了的延伸。摩尔本人也明确表示，摩尔定律只能再延续十年，此后在技术上将会十分困难，在他看来，摩尔定律已经走

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：

叠层芯片封装技术与工艺探讨

叠层芯片封装技术与工艺探讨 一、引言 现代便携式电子产品对微电子封装提出了更高的要求，其对更轻、更薄、更小、高可靠性、低功耗的不断追求推动微电子封装朝着密度更高的三维封装方式发展，芯片叠层封装（stacked die package）是一种得到广泛应用的三维封装技术，叠层封装不但提高了封装密度，降低了封装成本，同时也减小了芯片之间的互连导线长度，从而提高了器件的运行速度，而且通过叠层封装还可以实现器件的多功能化，初级的3D芯片叠层封装就是把多个芯片在垂直方向上累叠起来，利用传统的引线封装结构，然后再进行封装。由于这种结构的特殊性，芯片和基板之间，芯片和芯片之间的互连是叠层封装的关键，现在普遍是以引线键合方式实现叠层封装的互连，其方式主要有2 种：一种是金字塔型的叠层封装，使用大小不同的芯片，上层的芯片的面积要小于下层，这样下层芯片表面就有足够的面积和空间可以用来进行引线键合；另一种是使用大小相同的芯片，通过在上下层芯片之间加入一层芯片（spacer）以便于下层芯片的引线键合，垫片是一块面积比上下层芯片小的普通硅片，使用这两种结构都可以制造出多层芯片的叠层封装。为避免对现有工艺进行大的改动，叠层封装一般通过减薄芯片的厚度来保证总的封装厚度不变，但是芯片厚度的减少会造成芯片刚度减少，易于变形，在热处理过程中芯片内应力集中点甚至会造成芯片的破坏，此外，由于塑封料厚度的减小，阻止水汽侵入芯片和塑封料界面的能力减弱，水汽的侵入会促使裂纹的产生和扩展。本文就LQFP系列3D封装在实际生产过程中所遇

到的问题及解决方案进行了详细的阐述。 二、超薄圆片减薄及划片 传统的MOS集成电路一般都是表面型器件，功耗小，无需考虑散热问题，所以对芯片厚度要求不高，芯片厚度主要由塑封体厚度而定，除了QFP、SOP 等扁平封装因受塑封体厚度限制，芯片厚度一般为300μm左右，其余芯片厚度一般为400μm左右，然而3D封装芯片厚度一般为200μm以下，这就必须考虑减薄后圆片的翘曲以及划片崩裂等问题。 2.1.薄圆片减薄后圆片翘曲成因及对策 2.1.1.翘曲原因 实践证明，减薄后，圆片翘曲主要是由机械切削造成的损伤层引起，这是因为，硅材料片是单晶硅片，硅原子按金刚石结构周期排列，而背面减薄就是通过机械切削的方式对圆片背面进行切削，切削必然会在圆片背面形成一定厚度的损伤层，损伤层的厚度与砂轮金刚砂直径成正比，背面损伤层的存在，破坏了圆片内部单晶硅的晶格排列，使圆片的内部存在较大的应力，当圆片很薄时，使圆片自身抗拒上述应力的能力就很弱，体现在外部，就是圆片翘曲，圆片翘曲与粗糙度、砂轮金刚砂直径及圆片直径成正比，另外，圆片厚度越大，圆片自身抗拒内部应力的能力越强。 2.1.2.3D封装减薄技术和传统封装减薄技术的差别 机械切削是常规的背面减薄技术，一般分为两阶段：即前段粗磨和后段细磨两部分，由于细磨后圆片比较光滑，并且细磨砂轮金刚砂直径一般在20μm以

封装技术发展趋势

微电子封装技术发展趋势 电子产品正朝着便携式、小型化、网络化和多媒体化方向发展，这种市场需求对电路组装技术提出了相应的要求，单位体积信息的提高(高密度)和单位时间处理速度的提高(高速化)成为促进微电子封装技术发展的重要因素。 片式元件：小型化、高性能 片式元件是应用最早、产量最大的表面组装元件。它主要有以厚薄膜工艺制造的片式电阻器和以多层厚膜共烧工艺制造的片式独石电容器，这是开发和应用最早和最广泛的片式元件。 随着工业和消费类电子产品市场对电子设备小型化、高性能、高可靠性、安全性和电磁兼容性的需求，对电子电路性能不断地提出新的要求，片式元件进一步向小型化、多层化、大容量化、耐高压、集成化和高性能化方向发展。在铝电解电容和钽电解电容片式化后，现在高Q 值、耐高温、低失真的高性能MLCC已投放市场；介质厚度为10um的电容器已商品化，层数高达100层之多；出现了片式多层压敏和热敏电阻，片式多层电感器，片式多层扼流线圈，片式多层变压器和各种片式多层复合元件；在小型化方面，规格尺寸从3216→2125→1608→1005发展，目前最新出现的是0603(长0.6mm，宽0.3mm)，体积缩小为原来的0.88%。 集成化是片式元件未来的另一个发展趋势，它能减少组装焊点数目和提高组装密度，集成化的元件可使Si效率(芯片面积/基板面积)达到80%以上，并能有效地提高电路性能。由于不在电路板上安装大量的分立元件，从而可极大地解决焊点失效引起的问题。 芯片封装技术：追随IC的发展而发展 数十年来，芯片封装技术一直追随着IC的发展而发展，一代IC就有相应一代的封装技术相配合，而SMT的发展，更加促进芯片封装技术不断达到新的水平。 六七十年代的中、小规模IC，曾大量使用TO型封装，后来又开发出DIP、PDIP，并成为这个时期的主导产品形式。八十年代出现了SMT，相应的IC封装形式开发出适于表面贴装短引线或无引线的LCCC、PLCC、SOP等结构。在此基础上，经十多年研制开发的QFP 不但解决了LSI的封装问题，而且适于使用SMT在PCB或其他基板上表面贴装，使QFP终于成为SMT主导电子产品并延续至今。为了适应电路组装密度的进一步提高，QFP的引脚间距目前已从1.27mm发展到了0.3mm 。由于引脚间距不断缩小，I/O数不断增加，封装体积也不断加