基于TSV技术的硅光转接板器件的研究

基于硅通孔(Through silicon via,TSV)技术的硅光转接板是实现2.5D/3D光电混合集成方案之一,TSV和再分布层(Redistribution layer,RDL)是集成系统中信号传输的关键组件。对基于硅光转接板的光电混合集成技术进行了介绍,研究了接地TSV排布对基于SOI衬底的TSV_RDL链路传输性能的影响,并展示了带有TSV_RDL链路结构的光电探测器的高频特性。该探测器3 dB带宽可以达到31 GHz,为基于硅光转接板的2.5D/3D光电混合集成的实现奠定了基础。     

硅基微波毫米波收发芯片封装结构研究

借助硅基转接板来实现芯片互连的2.5D/3D封装技术是目前广泛应用的一种封装方式,其电磁损耗是影响系统集成的关键问题.以一种基于硅基转接板的封装结构为对象,根据理论分析对硅基转接板进行挖腔预处理.通过对该结构进行建模仿真,得出封装结构的电性能指标.最后利用该结构分别封装一个微带直通线和一款收发芯片,并对实际的电性能进行...     

用2.5D TSV实现多处理器SiP功能

本项目由Open-Silicon,GLOBALFOUNDRI ES和Amkor三家公司合作完成。两颗28nm的ARM处理器芯片,通过2.5D硅转接板实现集成。芯片的高性能集成通常由晶体管制程提高来实现,应用2.5D技术的Si P正成为传统芯片系统集成的有效替代。Open-Silicon负责芯片和硅转接板的设计,重点在于性能优化和成本降低。GLOBALFOUNDRI ES采用28nm超低能耗芯片工艺制造处理器芯片,而用65nm技术制造2.5D硅转接板。包括功耗优化和功能界面有效管理等概念得到验证。硅基板的高密度布线提供大量平行I/O,以实现高性能存储,并保持较低功耗。所开发的EDA设计参考流程可以用于优化2.5D设计。本文展示了如何将大颗芯片重新设计成较小的几颗芯片,通过2.5D硅转接板实现Si P系统集成,以降低成本,提高良率,增加设计灵活性和重复使用性,并减少开发风险。     

2.5D封装结构回流焊过程热应力分析

对一种典型2.5D封装结构在回流焊工艺过程的热应力进行仿真。通过对比分析传统热力学仿真方法与基于生死单元技术的热力学仿真方法,研究了计算方法对热应力计算结果的影响。在相同参考温度下,由不同计算方法得到的硅通孔(TSV)转接板应力结果相差不大,从焊球应力结果可推测出,基于生死单元技术的热力学仿真方法考虑了残余应力的累积模拟更适合于回流焊过程的热应力仿真。研究了2.5D封装回流焊过程中参考温度的选择对计算结果的影响,选用最高参考温度作为各个组件的参考温度,通常得到TSV转接板的应力值偏大,模拟的结果会更加偏于激进。通过对2.5D封装结构回流焊过程进行热应力分析,对比分析了计算模拟方法和参考温度的选择对最终计算结果的影响。该方法同样可用于指导其他同类2.5D封装结构应力的计算和分析。     

基于TSV硅转接板封装结构的力学可靠性分析

TSV硅转接板是3D IC封装技术的一项重要应用,其力学可靠性是影响系统集成的关键问题。以某TSV硅转接板封装结构为对象,采用有限元方法开展了封装、服役过程中应力应变特性和热疲劳寿命研究,分析了基板材料对封装结构力学可靠性的影响,提出了基板材料优选思路。论文提出的分析方法可用作此类封装结构设计优化以及结构力学可靠性初步验证的手段,可以提高设计效率,缩短研制周期。     

2.5D硅转接板关键电参数测试技术研究

硅转接板是3D IC中实现高密度集成的关键模块,获取其技术参数对微系统的设计至关重要.以实际研制的一种2.5D硅转接板为研究对象,对大马士革铜布线(Cu-RDL)、硅通孔(TSV)关键电参数的测试结构与测试方法进行了研究,并对TSV电参数测试结构的寄生电容进行了分析.研究结果表明,研制的2.5D硅转接板中10 μm×8...     

硅通孔(TSV)转接板微组装技术研究进展

以硅通孔(TSV)为核心的三维集成技术是半导体工业界近几年的研发热点,特别是2.5D TSV转接板技术的出现,为实现低成本小尺寸芯片系统封装替代高成本系统芯片(So C)提供了解决方案。转接板作为中介层,实现芯片和芯片、芯片与基板之间的三维互连,降低了系统芯片制作成本和功耗。在基于TSV转接板的三维封装结构中,新型封装结构及封装材料的引入,大尺寸、高功率芯片和小尺寸、细节距微凸点的应用,都为转接板的微组装工艺及其可靠性带来了巨大挑战。综述了TSV转接板微组装的研究现状,及在转接板翘曲、芯片与转接板的精确对准、微组装相关材料、工艺选择等方面面临的关键问题和研究进展。     

基于芯片化光电共封装的量子噪声源模块

现有的量子噪声源模块一般采用的是分立器件集成方式,不利于量子随机数发生器芯片化的发展需求。为此本文提出了一种基于芯片化光电共封装的量子噪声源模块,通过采用裸芯片高效空间光耦合及光电共封装的方式,最终实现了量子噪声源模块的芯片化封装,封装体积为7.5×5.4×5.2(mm)。     

先进射频封装技术发展面临的挑战

随着射频技术的广泛应用和发展,射频封装已经呈现出更高密度功能集成、更高功率、更高频率和更低成本的发展要求。在这些要求下,3D封装、大功率射频器件集成、多种信号混合集成、硅中道工艺顺应而出。相对于传统射频封装,基于硅中道工艺的先进射频封装面临结构、热管理、信号完整性和工艺等多方面的挑战。     

后摩尔时代的封装技术

介绍了在高性能的互连和高速互连芯片(如微处理器)封装方面发挥其巨大优势的TSV互连和3D堆叠的三维封装技术。采用系统级封装(SiP)嵌入无源和有源元件的技术,有助于动态实现高度的3D-SiP尺寸缩减。将多层芯片嵌入在内核基板的腔体中;采用硅的后端工艺将无源元件集成到硅衬底上,与有源元件芯片、MEMS芯片一起形成一个混合集成的器件平台。在追求具有更高性能的未来器件的过程中,业界最为关注的是采用硅通孔(TSV)技术的3D封装、堆叠式封装以及类似在3D上具有优势的技术,并且正悄悄在技术和市场上取得实实在在的进步。随着这些创新技术在更高系统集成中的应用,为系统提供更多的附加功能和特性,推动封装技术进入后摩尔时代。     

硅基双介质集成同轴传输结构

针对硅基系统级封装技术的发展需求,以及硅基板上传统的信号传输结构传输损耗大、抗串扰能力差等问题,提出一种新型的硅基双介质集成同轴传输结构。 该结构基于体硅微加工工艺设计而成,具有全封闭式的外导体以及单晶硅和空气两种介质。由于结构的复杂性,提出等效矩形同轴传输结构设计方法来简化设计流程,并用有限元仿真验证了此设计方法的有效性。 将双介质集成同轴传输结构与硅基板上的若干传统传输结构的性能进行仿真对比,结果表明该新型传输结构具有更低的插入损耗及更好的抗串扰性能。最后,制备了双介质集成同轴结构和相应的硅基带状线实物样品并进行了测试对比,测试结果与仿真结果保持一致并较好地验证了仿真分析的结论。     

SABRE~ 3D:技术和生产力领先者:WLP Electrodeposition

随着消费者对移动电子设备不断提出"更小,更快,更强大"的需求,先进封装技术变得越来越重要。外形尺寸的减少,功耗的降低,系统级封装等正是得益于该技术的广泛推广。相对于传统的封装,以硅通孔(TSV)和晶片级封装(WLP)为代表的2.5D和3D堆叠集成技术在减少线宽,增大I/O密度的同时,能够实现更直接的芯片到芯片互连,从而获得"摩尔定律"之外的性能提高。所以,以WLP为代表的先进封装已成为半导     

一种基于低温共烧陶的无引线键合封装

为提高微机电系统(MEMS)加速度计的可靠性,减小因为引线键合断裂造成的传感器失效,该文设计了一种基于低温共烧陶瓷的无引线键合封装。该封装采用阳极键合技术将低温共烧陶瓷基板与芯片连接,同时将电路转接板同步集成。结果表明,该封装结构可减小传感器的封装尺寸,有效提高了MEMS加速度计的可靠性。     

毫米波硅基SiP模块设计

设计了一款采用硅基板作为载体的毫米波上变频微系统系统级封装(System in Package, SiP)模块。该模块利用类同轴硅通孔(Through-Silicon-Via, TSV)结构解决了毫米波频段信号在转接板层间低损耗垂直传输的问题。该结构整体采用四层硅基板封装,并在封装完成后对硅基射频SiP模块进行了测试。测试结果显示,在工作频段29～31 GHz之间,其增益大于27 dB,端口驻波小于1.4,且带外杂散抑制大于55 dB。该毫米波硅基SiP模块具有结构简单、集成度高、射频性能良好等优点,其体积不到传统二维集成结构的5%,实现了毫米波频段模块的微系统化,可广泛运用于射频微系统。     

一种基于硅转接板的高安全芯片集成技术研究

针对芯片面临的侵入式物理攻击和侧信道攻击等安全威胁,结合2.5D硅转接板技术,提出了一种新型的芯片高安全、高密度集成方案.芯片被置于硅转接板的埋置槽中,而在该埋置槽中特地设计了能够实现攻击实时检测的高密度立体化金属屏蔽防护网络.埋置槽采用湿法腐蚀的方法进行制备,具有制造工艺简单、成本低等优点,也能够使得金属屏蔽防护网络...     

硅MEMS器件加工技术及展望

介绍了几种典型的硅基MEMS加工技术以及应用,并简单展望了MEMS加工技术发展趋势。硅基MEMS加工技术主要包括体硅MEMS加工技术和表面MEMS加工技术。体硅MEMS加工技术的主要特点是对硅衬底材料的深刻蚀,可得到较大纵向尺寸可动微结构,体硅工艺包括湿法SOG(玻璃上硅)工艺、干法SOG工艺、正面体硅工艺、SOI(绝缘体上硅)工艺。表面MEMS加工技术主要通过在硅片上生长氧化硅、氮化硅、多晶硅等多层薄膜来完成MEMS器件的制作,利用表面工艺得到的可动微结构的纵向尺寸较小,但与IC工艺的兼容性更好,易与电路实现单片集成。阐述了这些MEMS加工技术的工艺原理、优缺点、加工精度、应用等。提出了MEMS加工技术的发展趋势,包括MEMS器件圆片级封装(WLP)技术、MEMS工艺标准化、MEMS与CMOS单片平面集成、MEMS器件与其他芯片的3D封装集成技术等。     

基于双面TSV互连技术的超厚硅转接板制备

为了满足异质集成应用中对转接板机械性能方面的需求,提出了一种基于双面硅通孔(TSV)互连技术的超厚硅转接板的制备工艺方案。该方案采用Bosch工艺在转接板正面形成300μm深的TSV,通过结合保型性电镀工艺和底部填充电镀工艺进行TSV填充。在转接板背面工艺中首先通过光刻将双面TSV的重叠部分控制在一个理想的范围内,然后经深反应离子刻蚀(DRIE)工艺形成深度为20μm的TSV并完成绝缘层开窗,最后使用保型性电镀完成TSV互连。通过解决TSV刻蚀中侧壁形貌粗糙、TSV底部金属层过薄和光刻胶显影不洁等关键问题,最终得到了双面互连电阻约为20Ω、厚度约为323μm的硅转接板。     

基于硅桥芯片互连的芯粒集成技术研究进展

在后摩尔时代,通过先进封装技术将具有不同功能、不同工艺节点的异构芯粒实现多功能、高密度、小型化集成是延长摩尔定律寿命的有效方案之一。在众多先进封装解决方案中,在基板或转接板中内嵌硅桥芯片不仅能解决芯粒间局域高密度信号互连问题,而且相较于TSV转接板方案,其成本相对较低。因此,基于硅桥芯片互连的异构芯粒集成技术被业内认为是性能和成本的折中。总结分析了目前业内典型的基于硅桥芯片互连的先进集成技术,介绍其工艺流程和工艺难点,最后展望了该类先进封装技术的发展。     

2.5D微系统多物理场耦合仿真及优化

微系统封装需要综合考虑电、热和力学性能的多物理场耦合问题.以某款2.5D微系统封装结构为研究对象,实测验证了2.5D微系统封装仿真模型准确性,完成了关键部件-TSV转接板(Through-Silicon-Via, TSV)的电-热-力多物理场耦合仿真分析.综合分析了TSV转接板的电性能、热性能和力学性能,仿真结果表明,...     

圆片级真空封装技术在MEMS陀螺中的应用

为维持MEMS硅微陀螺的真空度,利用两次硅-玻璃阳极键合和真空长期维持技术,实现了MEMS硅微陀螺的圆片级真空气密性封装。制作过程包括:先将硅和玻璃键合,在硅-玻璃衬底上采用DRIE工艺刻蚀出硅振动结构;再利用MEMS圆片级阳极键合工艺在10-5 mbar(1 mbar=100 Pa)真空环境中进行封装;最后利用吸气剂实现圆片的长期真空气密性。经测试,采用这种方式制作出的硅微陀螺键合界面均匀平整无气泡,漏率低于5.0×10-8 atm.cm3/s。对芯片进行陶瓷封装,静态下测试得出品质因数超过12 000,并对样品进行连续一年监测,性能稳定无变化。