系統(tǒng)級(jí)封裝多層堆疊鍵合技術(shù)研究.pdf

1、基于硅通孔（Through Silicon Via，TSV）的三維封裝技術(shù)是第四代的封裝技術(shù)，具有集成度高、互連距離短、信號(hào)傳輸速度快、信號(hào)干擾少等優(yōu)點(diǎn)，是未來(lái)封裝發(fā)展的主流方向。作為三維封裝的關(guān)鍵技術(shù)之一，鍵合能實(shí)現(xiàn)層間機(jī)械互連和電熱互連，對(duì)產(chǎn)品的性能影響巨大。但是目前的鍵合方式大多溫度較高，工藝過(guò)程長(zhǎng)，效率低，也降低了產(chǎn)品可靠性，因此，三維封裝迫切需要相應(yīng)的低溫鍵合方法。Cu-Sn共晶鍵合具有強(qiáng)度較高、導(dǎo)熱導(dǎo)電性能好、低溫鍵合高溫使

2、用等優(yōu)點(diǎn)，可以避免已鍵合層受到后續(xù)鍵合過(guò)程的影響，非常適于三維封裝，是目前三維封裝鍵合技術(shù)研究熱點(diǎn)。Cu-Sn共晶鍵合主要依靠低熔點(diǎn)金屬Sn熔化來(lái)實(shí)現(xiàn)低溫鍵合，其熔點(diǎn)為232℃。基于TSV工藝的多芯片堆疊技術(shù)是提升封裝產(chǎn)品性能的重點(diǎn)和難點(diǎn)所在，結(jié)合了刻蝕、電鍍、鍵合、對(duì)準(zhǔn)等工藝，工藝過(guò)程復(fù)雜，工藝難度較大，本文對(duì)此進(jìn)行了重點(diǎn)研究并開發(fā)出高效率、高良品率、高穩(wěn)定性的多芯片堆疊鍵合技術(shù)。主要研究?jī)?nèi)容包括：
　　首先，分析了銅錫合金作為

3、鍵合材料實(shí)現(xiàn)低溫鍵合的理論基礎(chǔ)。金屬錫熔點(diǎn)低，熔化后液態(tài)錫的存在可以加速銅和錫間相互擴(kuò)散進(jìn)程，進(jìn)而降低鍵合溫度和鍵合壓力，實(shí)現(xiàn)低溫、低壓快速鍵合；
　　其次，開發(fā)了一套含TSV結(jié)構(gòu)和Cu/Sn微焊盤的芯片樣品制備工藝，主要包括光刻、薄膜沉積、深硅刻蝕、TSV電鍍銅、硅片減薄、電鍍Cu/Sn焊盤等，制備了5批1000片芯片樣品，工藝簡(jiǎn)單可靠，良品率高；并通過(guò)多組實(shí)驗(yàn)，研究鍵合壓力，退火溫度以及退火時(shí)間對(duì)Cu/Sn鍵合過(guò)程的影響，優(yōu)化

4、了鍵合工藝，最終獲得鍵合壓力0.5MPa、退火溫度260℃、退火時(shí)間10min的最佳工藝條件；
　　再次，采用Cu-Sn低溫鍵合技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了多芯片堆疊鍵合，通過(guò)改變Sn層厚度的方法，使堆疊層數(shù)逐漸增加，最終獲得了10層堆疊樣品，對(duì)準(zhǔn)精確，鍵合緊密；并測(cè)試了堆疊鍵合結(jié)構(gòu)的機(jī)械強(qiáng)度和電學(xué)性能，同時(shí)進(jìn)行了高溫、熱沖擊以及高溫高濕測(cè)試，測(cè)試結(jié)果證明該技術(shù)能夠滿足三維封裝的使用要求；
　　最后，提出了一種新型多芯片對(duì)準(zhǔn)方法和裝置，初步