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随着信息社会快速发展,人们对智能设备无论是外观设计还是性能应用上的需求与依赖都在不断提高。这些智能设备的核心则是基于半导体技术的微电子芯片。ITRS半导体技术蓝图2.0报告预测2021年最小晶体管尺寸将不再缩小,芯片层面集成与先进封装被认为是延续突破摩尔定律的关键路径,其中扇出型圆片级封装(Fan-Out Wafer Level Package,简称“FOWLP”)为先进封装的典型代表。根据国内外扇出型圆片级封装技术最新进展,本文提出了内嵌硅转接板技术,设计了面向不同应用的内嵌硅转接板实现扇出型圆片级封装叠层,该内嵌转接板衬底上含有数个凹坑结构,凹坑侧壁具有金属布线层,凹坑底部具有垂直贯穿衬底的电互连结构,两者结合实现贯穿内嵌硅转接板两个表面的电互连;微电子芯片通过正面贴装或倒装焊方式集成在凹坑底部,不同凹坑内芯片之间可通过上表面重布线层实现电连接,基于此种内嵌硅转接板叠层结构实现了扇出型圆片级3D封装。本文主要研究内容如下:(1)针对低频数字IC扇出型圆片级封装应用,提出了 一种以低阻硅柱为电互连的内嵌硅转接板设计结构。开发了玻璃回流工艺和KOH湿法腐蚀工艺,在凹坑衬底上实现了低阻硅柱与衬底的隔离,形成穿过硅转接板(Through Silicon Interposer,简称“TSI”)的垂直互连结构。研究了玻璃回流温度、深宽比等因素对环形深槽填充深度的影响规律,验证了硅转接板表面与凹坑上的TSI垂直互连结构通过凹坑侧壁金属布线形成电气连接,成功制备出具有内嵌TSI硅转接板的演示样品。同时,利用TSI阻值测试和击穿电压测试检测了其电学性能,利用红外光弹成像技术测试了硅转接板的TSI热应力分布情况,分析了该转接板在热循环下的应力情况;利用氦质谱检漏方法进行了气密性测试。(2)针对射频微电子芯片系统级封装应用,提出了一种基于空心铜TSV(Through Silicon Via,简称“TSV”)的内嵌硅转接板结构设计,开发了超声辅助四甲基氢氧化铵(TMAH)湿法腐蚀硅工艺,实现了光滑平整的内嵌凹坑,其表面粗糙度低至22.6nm,开发了双面TSV电镀工艺,在硅转接板两个表面、衬底凹坑内表面及TSV孔侧壁一次性电镀形成图形化金属层,成功制备了基于空心铜TSV的内嵌硅转接板样品。(3)为了验证开发的面向射频微电子芯片系统封装应用的空心铜TSV内嵌硅转接板,设计了射频多功能芯片3D叠层封装结构与装配工艺流程,仿真分析了集成装配过程中产生的热应力与热塑性应变分布情况,并分析了共面波导(Coplanar Waveguide,简称“CPW”)传输线密度的和TSV布局因素对热应力的影响规律,完成了射频芯片的装配与测试,初步验证了空心铜TSV的射频装配可行性。