系統(tǒng)級封裝多層堆疊鍵合技術研究.pdf

1、基于硅通孔（Through Silicon Via，TSV）的三維封裝技術是第四代的封裝技術，具有集成度高、互連距離短、信號傳輸速度快、信號干擾少等優(yōu)點，是未來封裝發(fā)展的主流方向。作為三維封裝的關鍵技術之一，鍵合能實現(xiàn)層間機械互連和電熱互連，對產品的性能影響巨大。但是目前的鍵合方式大多溫度較高，工藝過程長，效率低，也降低了產品可靠性，因此，三維封裝迫切需要相應的低溫鍵合方法。Cu-Sn共晶鍵合具有強度較高、導熱導電性能好、低溫鍵合高溫使

2、用等優(yōu)點，可以避免已鍵合層受到后續(xù)鍵合過程的影響，非常適于三維封裝，是目前三維封裝鍵合技術研究熱點。Cu-Sn共晶鍵合主要依靠低熔點金屬Sn熔化來實現(xiàn)低溫鍵合，其熔點為232℃?；赥SV工藝的多芯片堆疊技術是提升封裝產品性能的重點和難點所在，結合了刻蝕、電鍍、鍵合、對準等工藝，工藝過程復雜，工藝難度較大，本文對此進行了重點研究并開發(fā)出高效率、高良品率、高穩(wěn)定性的多芯片堆疊鍵合技術。主要研究內容包括：
　　首先，分析了銅錫合金作為

3、鍵合材料實現(xiàn)低溫鍵合的理論基礎。金屬錫熔點低，熔化后液態(tài)錫的存在可以加速銅和錫間相互擴散進程，進而降低鍵合溫度和鍵合壓力，實現(xiàn)低溫、低壓快速鍵合；
　　其次，開發(fā)了一套含TSV結構和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，工藝簡單可靠，良品率高；并通過多組實驗，研究鍵合壓力，退火溫度以及退火時間對Cu/Sn鍵合過程的影響，優(yōu)化

4、了鍵合工藝，最終獲得鍵合壓力0.5MPa、退火溫度260℃、退火時間10min的最佳工藝條件；
　　再次，采用Cu-Sn低溫鍵合技術，實現(xiàn)了多芯片堆疊鍵合，通過改變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，對準精確，鍵合緊密；并測試了堆疊鍵合結構的機械強度和電學性能，同時進行了高溫、熱沖擊以及高溫高濕測試，測試結果證明該技術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準方法和裝置，初步