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EMC-3D联盟瞄准经济的TSV互连

作者:Bioh KimSemitool   2007-05-15   点击:875

  设备公司供应商、材料公司和封装研究者共同参与以形成一个国际联盟,致力于TVS 3D互连的复杂集成。


  IC技术发展的驱动力来源于对更高性能、更多功能、更小尺寸、更低功耗和成本的需求。为满足这些不断增长的需求,经济的新型小尺寸3D封装技术应运而生。3D封装的主要优势包括:具有最小的尺寸和重量,将不同种类的技术集成到单个封装中,用短的垂直互连代替长的2D互连,降低了寄生效应和功耗等。因此,3D封装能为未来技术带来性能、功能和波形因数等方面上的巨大好处。

来源Semitool


  目前有许多种基于堆叠方法的3D封装,主要包括:以芯片内功能层基础的、逐层内建连接的片上3D集成,由芯片到芯片(die-to-die)堆叠所形成的3D叠层封装、或由封装到封装(package-to-package)堆叠(package-on-package或package-in-package)所形成的3D叠层封装,以及通过贯穿硅的通孔技术(through-silicon vias,TSV)实现裸片到裸片互连的3D IC(IC的3D集成)等。在所有的3-D封装技术中,TSV能实现最短、最丰富的Z方向互连。

  TS

V技术的潜在优势包括:

  ■  连线长度可以缩短到与芯片厚度相等,通过使逻辑模块垂直堆叠来代替水平分布,可以显著地缩短模块之间的平均互连线长度。
  ■  可以实现高密度、高深宽比的连接,从而能够实现复杂的多片全硅系统集成,密度比当前用于先进多片模块的物理封装高出许多倍。
  ■  通过用逻辑模块间的垂直互连代替长的水平互连,可以显著减小RC延迟。

   现在和不久的将来,封装技术的发展趋势是从2D结构转到3D堆叠(引线、焊球和微通孔),然后转向使用TSV互连的3D IC,以减小硅片占用面积、提高硅利用率并缩短互连长度。引线键合受到密度和性能的限制,而倒装芯片技术无法广泛应用于芯片堆叠。因此在不久的将来,为实现封装的小型化和性能提升,将不可避免地会用到TSV技术。3D IC的主要目标器件和市场是闪存、图像传感器以及存储器与逻辑器件的异质堆叠,TSV很快(约在2008年)就会应用到闪存和图像传感器中,并实现量产。

  使用TSV互连的3D芯片堆叠所需的关键技术包括:

  ■  通孔的形成
  ■  绝缘层、阻挡层和种子层的淀积
  ■  铜的填充(电镀)、去除和再分布引线(RDL)电镀
  ■  晶圆减薄
  ■  晶圆/芯片对准、键合与切片

  这些技术中的大多数对于封装产业来说都是相当新奇的,而且还要冒很大的风险进行巨额的投资。这就是目前3D芯片为何仍处于研发阶段的原因,即使对于那些最大的半导体公司也是如此。

  TSV互连尚待解决的关键技术难题和挑战包括:

  ■  通孔的刻蚀——激光vs. 深反应离子刻蚀(DRIE)
  ■  通孔的填充——材料(多晶硅、铜、钨和高分子导体等)和技术(电镀、化学气相沉积、高分子涂布等)
  ■  工艺流程——先通孔(via-first)或后通孔(via-last)技术
  ■  堆叠形式——晶圆到晶圆、芯片到晶圆或芯片到芯片
  ■  键合方式——直接Cu-Cu键合、粘接、直接熔合、焊接和混合等
  ■  超薄晶圆的处理——是否使用载体

  为尽可能降低失败或犯错的风险,那些正在或准备开发TSV技术的公司必须与设备、材料和研发方面的业界领先者通力合作。

  2006年9月成立的新产业联盟EMC-3D,目的就是帮助封装产业解决技术难题并开发经济适用的封装技术。EMC-3D是一个半导体3D设备和材料联盟,将主要致力于解决将TSV技术用于芯片堆叠和先进MEMS/传感器封装中的3D互连时所出现的技术和经济难题。一些主流设备制造商和材料供应商已经组成联合攻关小组,以期找到经济适用的制造和集成解决方案。

  创建EMC-3D联盟的设备公司成员包括:

  ■  Alcatel Micro Machining Systems通孔刻蚀
  ■  XSiL,激光钻孔和切片
  ■  Semitool,湿法工艺(通孔电镀、RDL电镀和晶圆减薄)
  ■  EV Group,晶圆/芯片对准和堆叠

  合作研发成员包括:

  ■  Fraunhofer IZM(可靠性和微集成研究所,德国)
  ■  LETI (电子技术和信息实验室,法国)
  ■  SAIT (Samsung先进技术研究所,韩国)
  ■  KAIST (Korea 先进科技研究所,韩国)
  ■  TAMU (Texas A&M University, 美

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