硅通孔三維封裝的熱力學分析.pdf

1、隨著后摩爾時代的到來,三維封裝技術是未來電子產(chǎn)品封裝的必然趨勢,其中,硅通孔技術(Through Silicon via,TSV)是通過在芯片和芯片、晶圓和晶圓之間制作垂直導通以實現(xiàn)芯片間互連的最新的三維封裝技術,也是目前最熱門的技術。由多種材料間熱膨脹系數(shù)不匹配引起的熱應力將影響芯片的性能和可靠性,這一問題是TSV技術必須解決的問題,因此,熱應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對芯片熱應

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

3、深度逐漸變大的過程中,圓柱型與圓臺型硅通孔的應力變化趨勢相反,圓臺型硅通孔更適用于高深寬比,且上下直徑差較大的模型中。對比而言,博世刻蝕在“鉆蝕”工藝中有較大優(yōu)勢,但相比光滑孔壁模型應力卻明顯偏大,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力,不能代表通孔兩端的應力大小與分布。此外,通孔間距及排列方式也對應力有影響,需要合適地選取參數(shù)以優(yōu)化應力大小與分布。在多片芯片堆疊的模型中