硅通孔三維封裝的熱力學(xué)分析.pdf

1、隨著后摩爾時(shí)代的到來(lái),三維封裝技術(shù)是未來(lái)電子產(chǎn)品封裝的必然趨勢(shì),其中,硅通孔技術(shù)(Through Silicon via,TSV)是通過(guò)在芯片和芯片、晶圓和晶圓之間制作垂直導(dǎo)通以實(shí)現(xiàn)芯片間互連的最新的三維封裝技術(shù),也是目前最熱門的技術(shù)。由多種材料間熱膨脹系數(shù)不匹配引起的熱應(yīng)力將影響芯片的性能和可靠性,這一問(wèn)題是TSV技術(shù)必須解決的問(wèn)題,因此,熱應(yīng)力的研究成為了三維封裝可靠性研究的重要組成部分。
　　本課題致力于研究TSV對(duì)芯片熱應(yīng)

2、力的影響,采用有限元分析法,通過(guò)TSV的二維與三維模型研究單個(gè) TSV(圓柱型、圓臺(tái)型與博世刻蝕型)以及多個(gè)芯片堆疊模型中的熱應(yīng)力及變形,并研究不同尺寸,材料以及結(jié)構(gòu)的TSV與芯片三維封裝熱應(yīng)力之間的關(guān)系,研究成果可為集成電路設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)出高性能、高可靠性的芯片提供理論基礎(chǔ)與指導(dǎo)意義。
　　研究表明,在單個(gè)硅通孔的所有模型中,銅填充模型的熱應(yīng)力均遠(yuǎn)大于鎢填充模型的熱應(yīng)力,應(yīng)力最大值出現(xiàn)在較大變形處,且直徑小的硅通孔熱應(yīng)力更大。在通孔

3、深度逐漸變大的過(guò)程中,圓柱型與圓臺(tái)型硅通孔的應(yīng)力變化趨勢(shì)相反,圓臺(tái)型硅通孔更適用于高深寬比,且上下直徑差較大的模型中。對(duì)比而言,博世刻蝕在“鉆蝕”工藝中有較大優(yōu)勢(shì),但相比光滑孔壁模型應(yīng)力卻明顯偏大,尤其是在有阻擋層(Ti/Ta)的模型中。
　　硅通孔的二維橫向剖面模型只適用于研究通孔中心面的應(yīng)力,不能代表通孔兩端的應(yīng)力大小與分布。此外,通孔間距及排列方式也對(duì)應(yīng)力有影響,需要合適地選取參數(shù)以優(yōu)化應(yīng)力大小與分布。在多片芯片堆疊的模型中