用面对面叠加法实现芯片的3D集成

面对面芯片叠加使一颗芯片置于另一颗芯片的倒装凸块阵列中,从而极大减小了封装厚度。POSSUMTM封装是指两颗或多颗芯片用面对面的方式叠加,其中较小的芯片置于较大芯片上没有互联倒装凸块的区域。较小的芯片在薄化后通过铜柱微块组装到较大的芯片上。因此,薄化了的较小芯片和它的铜柱微块的总体高度就比其附着的较大芯片的倒装凸块经回流后的高度要低很多。一旦组装完毕,较小芯片就被有效地夹在上面的较大芯片和下面的基板中,同时被一环或多环倒装锡凸块包围。底部填充剂的使用同时保证了铜柱和无铅锡凸块在测试和使用中的可靠性要求。因为信号在两颗芯片的表面运行,所以互连线极短,可以实现近距离信号匹配,和小电感的信号传输。这种面对面芯片叠加方式保证了很好的芯片间信号传输的完整性,是穿硅孔(TSV)封装技术的低成本的有效替代。     

3D封装与硅通孔(TSV)工艺技术

在IC制造技术受到物理极限挑战的今天,3D封装技术越来越成为了微电子行业关注的热点。对3D封装技术结构特点、主流多层基板技术分类及其常见键合技术的发展作了论述,对过去几年国际上硅通孔（TSV）技术发展动态给与了重点的关注。尤其就硅通孔关键工艺技术如硅片减薄技术、通孔制造技术和键合技术等做了较详细介绍。同时展望了在强大需求牵引下2015年前后国际硅通孔技术进步的蓝图。     

TSV结构SiP模块的等效建模仿真与热阻测试

基于硅通孔(TSV)结构的系统级封装(SiP)模块内部存在多个微焊点层,数量众多的微焊点与模块尺寸差异较大,使得建模时网格划分困难和仿真计算效率低。研究了TSV结构微焊点层的均匀化等效建模方法,以TSV结构内的芯片微焊点层作为研究对象,通过仿真和理论计算其等效导热系数、等效密度和等效比热容等热特性参数,建立SiP模块的详细模型和等效模型进行仿真分析,并基于瞬态双界面测量方法测出SiP模块的结壳热阻值,再对比分析详细模型和等效模型的仿真热阻值和测量偏离值。结果表明:围绕微焊点层结构的均匀化等效建模方法具有较高的仿真准确度,且计算效率显著提高,适用于复杂封装结构模块的热仿真分析。     

SiP与PoP

文章介绍了SiP与PoP的特点、市场、产品和设计工具。手机、数码相机等便携式数字电子产品是推动SiP、PiP和PoP的主动力。2010年SiP产品市场预计将达100亿美元;2009年PoP、PiP产品市场出货量预计将达21亿块。PoP比PiP更先进,PoP封装中底部为逻辑器件(如基带处理器、应用处理器、多媒体处理器),顶部为存储器。两种器件一般采用FBGA封装,焊球凸起(点)直径300μm,焊球节距0.65mm。     

4通道S波段硅基SiP模块的设计与实现

为满足下一代卫星通信机载有源相控阵天线系统小型化要求,采用三维堆叠系统级封装（SiP）中的硅通孔（TSV）技术,设计并实现一种高集成度的4通道S波段射频SiP模块。该SiP模块采用0.2 mm厚度的声表滤波器芯片,尺寸仅为15.8 mm×16.8 mm×1.95 mm,相较于传统高温共烧陶瓷封装模块,体积缩小85%以上。使用辅助设计软件对SiP模块进行设计与仿真,实测结果显示,该SiP模块在1 980～2 300 MHz频率范围内,增益为1～5 d B,幅度一致性优于±1 d B,相位一致性优于±5°,带外抑制优于30 d B (1 980～2 010 MHz频段优于50 d B)。     

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。     

系统级封装(SiP)的发展前景--市场驱动因素,要求达到的指标,需要克服的困难

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.     

叠层式3D封装技术发展现状

随着电子产品朝小型化、高密度化、高可靠性、低功耗方向发展,将多种芯片、器件集成于同一封装体的3D封装成为满足技术发展的新方向,其中叠层3D封装因具有集成度高、质量轻、封装尺寸小、制造成本低等特点而具有广阔的应用前景。综述了叠层式3D封装的主要类型、性能特点、技术优势以及应用现状。     

射频系统2.5D/3D封装结构的研究进展

射频系统封装已经成为无线通信系统重要的集成技术,对于不断向高速率、小型化、多功能方向发展的无线通信系统,先进射频系统封装结构为其提供了坚实的基础.介绍了2.5D/3D射频系统封装结构的研究进程,重点分析了中介层结构、埋入结构、堆叠结构中的关键工艺,并从信号传输、电磁干扰、结构集成度等多角度出发,对不同封装结构做了深入剖...     

塑封SiP破坏性物理分析方法研究

系统级封装(SiP)器件由于体积小、重量轻、功能系统化的优点,逐渐应用于航空航天及武器装备等领域.系统级封装器件所使用的新材料、新结构、新工艺,对器件进行破坏性物理分析(DPA)工作带来了困难,尤其是对于塑封SiP器件,目前没有合适的标准规范依据.论文通过对几种不同封装工艺塑封SiP器件的DPA关键问题分析,研究了塑封...     

系统模块(SiP)和三维封装(3D)在移动通讯中的应用

电子封装业界正遭受着前所未有的来自手机和其他移动通讯终端设备挑战。在这一领域里,IC封装的关键是尺寸微型化,缩减成本和市场时机。这一挑战的背后隐含着手机技术发展的两大趋势:系统模块化和日益增长的复杂性及功能。越来越多的功能正在被组合到手机上即PDA、MP3、照相机、互联网等等。功能的增加需要靠模块化来实现,而模块化又促进了更多功能的组合。同时,模块化使得移动通讯终端设备得以微型化、降低成本和缩短设计周期。业界越来越多地感受到整体射频模块和通讯模块解决方案的必要性。这些整体模块把手机设计师从电路设计的细节中解脱出来,从而能专著于高层的手机应用和系统的设计。为了满足上诉移动通讯产品的苛刻要求,大量的新兴电子封装技术和封装产品应运而生。最引人注目的例子在于对系统模块穴SiP雪和三维穴3D雪封装的重点资金和技术投入。这两项先进封装技术有着各自不同的特征和应用范围。总体介绍先进封装技术在移动通讯中的应用,重点讨论电子封装材料和工艺所面临的挑战和最新发展趋势。对移动通讯带来的新一轮集成化及其所产生的潜在供应链问题也做了适当的讨论。     

SiP协调设计与PI解析(4)

概述了SiP协调设计和PI解析:(1)3维安装的问题,(2)协调工程。     

亚100 nm硅集成技术融合趋势

对亚100 nm硅集成技术融合趋势进行了展望。各项新技术使MOSFET器件可以按比例缩小到10 nm以下节点,让摩尔定律在未来很长时间继续有效。另一方面,随着硅通孔等技术的日益成熟,器件、芯片、晶圆和介质层之间将以各种灵活的方式进行互连,实现各式各样的三维硅集成。在摩尔定律指引下的器件小型化技术、沿着后摩尔定律方向的三维硅集成技术,以及两者之间的相互融合,是亚100 nm硅集成技术的发展方向。     

3DIC集成与硅通孔(TSV)互连

介绍了3维封装及其互连技术的研究与开发现状,重点讨论了垂直互连的硅通孔（TSV）互连工艺的关键技术及其加工设备面临的挑战．提出了工艺和设备开发商的应对措施并探讨了3DTSV封装技术的应用前景。     

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。     

2.5 W低噪声CMOS D类音频功放设计

提出了一种基于0.5μm5VCMOS工艺的低噪声PWM调制D类音频功率放大器。该放大器在5V电源电压下以全桥方式可以驱动4Ω负载输出2.5W功率;转换效率等于87%,信噪比达94dB(负载8Ω,输出功率1W);THD+N仅0.05%(负载4Ω,输出功率1W);PSRR为68dB(频率1kHz)。分析了整体电路结构及其线性化模型,并着重介绍了高性能前置斩波稳定运算放大器(开环增益117dB,等效输入噪声16μV.Hz-1/2),线性三角波振荡电路(斜率偏差仅±0.2%)和功率器件、驱动电路的设计。最后给出了D类放大器的测试结果。     

3D封装及其最新研究进展

介绍了3D封装的主要形式和分类。将实现3D互连的方法分为引线键合、倒装芯片、硅通孔、薄膜导线等,并对它们的优缺点进行了分析。围绕凸点技术、金属化、芯片减薄及清洁、散热及电路性能、嵌入式工艺、低温互连工艺等,重点阐述了3D互连工艺的最新研究成果。结合行业背景和国内外专家学者的研究,指出3D封装主要面临的是散热和工艺兼容性等问题,提出应尽快形成统一的行业标准和系统的评价检测体系,同时指出对穿透硅通孔(TSV)互连工艺的研究是未来研究工作的重点和热点。     

用于3D封装的带TSV的超薄芯片新型制作方法

提出了一种应用于3D封装的带有硅通孔(TSV)的超薄芯片的制作方法。具体方法为通过刻蚀对硅晶圆打孔和局部减薄,然后进行表面微加工,最后从硅晶圆上分离出超薄芯片。利用两种不同的工艺实现了TSV的制作和硅晶圆局部减薄,一种是利用深反应离子刻蚀(DRIE)依次打孔和背面减薄,另一种是先利用KOH溶液湿法腐蚀局部减薄,再利用DRIE刻蚀打孔。通过实验优化了KOH和异丙醇(IPA)的质量分数分别为40%和10%。这种方法的优点在于制作出的超薄芯片翘曲度相较于CMP减薄的小,而且两个表面都可以进行表面微加工,使集成度提高。利用这种方法已经在实验室制作出了厚50μm的带TSV的超薄芯片,表面粗糙度达到0.02μm,并无孔洞地电镀填满TSV,然后在两面都制作了凸点,在表面进行了光刻、溅射和剥离等表面微加工工艺。实验结果证实了该方法的可行性。     

晶圆级多层堆叠技术

随着5G和人工智能等新型基础设施建设的不断推进,单纯通过缩小工艺尺寸、增加单芯片面积等方式带来的系统功能和性能提升已难以适应未来发展的需求。晶圆级多层堆叠技术作为能够突破单层芯片限制的先进集成技术成为实现系统性能、带宽和功耗等方面指标提升的重要备选方案之一。对目前已有的晶圆级多层堆叠技术及其封装过程进行了详细介绍;并对封装过程中的两项关键工艺,硅通孔工艺和晶圆键合与解键合工艺进行了分析;结合实际封装工艺对晶圆级多层堆叠过程中的可靠性管理进行了论述。在集成电路由二维展开至三维的发展过程中,晶圆级多层堆叠技术将起到至关重要的作用。     

面向三维集成封装的硅通孔电特性分析

主要针对三维集成封装中的关键技术之一的硅通孔互连技术进行电性能研究。首先简要介绍了硅通孔互连技术的背景,利用三维全波电磁仿真软件建立地．信号一地TSV模型,对其TDR阻抗和时域TDR／TDT信号进行分析,同时仿真分析了TSV互连线及介质基板所使用的材料和TSV半径、高度、绝缘层厚度等物理尺寸对三维封装中TSV信号传输性能的影响。研究结果可为工程设计提供有力的技术参考,有效地用于改善互连网络的S21,提高三维集成电路系统的性能。