硅通孔技术(Through Silicon Via, TSV)技术是一项高密度封装技术,正在逐渐取代目前工艺比较成熟的引线键合技术,被认为是第四代封装技术。TSV技术通过铜、钨、多晶硅等导电物质的填充,实现硅通孔的垂直电气互连。硅通孔技术可以通过垂直互连减小互联长度,减小信号延迟,降低电容/电感,实现芯片间的低功耗,高速通讯,增加宽带和实现器件集成的小型化。基于TSV技术的3D封装主要有以下几个方面优势:1)更好的电气互连性能,2)更宽的带宽,3)更高的互连密度,4)更低的功耗,5)更小的尺寸,6)更轻的质量。

苏州甫一电子科技有限公司提供适用于三维封装的硅转接板(TSV)系列产品、石英转接板(TVG)系列产品和无源器件集成基板系列产品,适用于目前MEMS传感器中的高密度、小型化封装,并可以进行定制化服务。

一、TSV/TGV主要工艺技术

TSV工艺主要包括深硅刻蚀形成微孔,绝缘层/阻挡层/种子层的沉积,深孔填充,化学机械抛光,减薄、pad的制备及再分布线制备等工艺技术。主要工艺包括几个部分:

(1)通孔的形成;

(2)绝缘层、阻挡层和种子层的淀积;

(3)铜的填充(电镀)、去除和再分布引线(RDL)电镀;

(4)晶圆减薄;

(5)晶圆/芯片对准、键合与切片。

目前,3D-TSV系统封装技术主要应用于图像传感器、转接板、存储器、逻辑处理器+存储器、移动电话RF模组、MEMS晶圆级三维封装等。

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图1 TSV工艺流程图

苏州甫一电子科技有限公司经过数年研发,目前形成具有高良率、不同深宽比结构、高密度微孔、高导通率的3D封装硅基转接板,可以广泛应用于射频、存储等芯片的三维封装领域。

 

二、TSV转接板系列

针对目前TSV工艺中的技术难点,苏州甫一电子科技有限公司采用复合刻蚀技术实现高深宽比结构的微孔制备,采用独特的薄膜沉积技术构建均匀致密的绝缘层,通过精密电沉积技术进行金属互连微通道填充,可以有效控制互连微通道的形貌,以有效解决高密度互连中的散热问题。并通过综合性减薄技术,有效实现超薄TSV转接板的加工,解决在TSV三维封装中减薄工艺容易裂片的问题,实现TSV三维封装的产业化开拓了道路。


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TSV主要技术参数:

深宽比:1:1-20:1

孔径大小:50 -200μm

硅基底厚度:200 -300μm

填充状态:实孔、侧孔

填充材料:铜、钨

通孔良率:>95%

 

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图2 TSV封装结构照片

三、TGV转接板系列

玻璃材料没有自由移动的电荷,介电性能优良,热膨胀系数与硅接近,以玻璃替代硅材料的玻璃通孔( Through Glass Via,TGV) 技术可以避免TSV绝缘性不良的问题,是理想的三维集成解决方案。玻璃通孔( TGV) 技术被认为是下一代三维集成的关键技术,该技术的核心为深孔形成工艺。

此外,TGV 技术无需制作绝缘层,降低了工艺复杂度和加工成本。TGV 及相关技术在光通信、射频、微波、微机电系统、微流体器件和三维集成领域有广泛的应用前景。

苏州甫一电子科技有限公司采用高精度微孔加工技术与复合电铸技术相结合,实现TGV转接板的高良率加工,解决在TSV三维封装中由于减薄工艺容易产生导通性、热膨胀系数不匹配和寄生电容大等方面的问题,可实现电子器件的高密度、小型化封装。

图3 TGV封装结构照片

 

四、三维集成无源器件(IPD)系列

集成无源器件(Integrated Passive Device,IPD)技术可以将分立的无源器件集成在衬底内部,提高器件Q 值及系统集成度。尤其是基于高阻硅IPD薄膜技术具有高精度、高集成度等特点,可将无源器件特征尺寸缩小一个数量级。同时可利用成熟的硅工艺平台,便于批量生产降低成本。尤为重要的是,高阻硅IPD技术可与TSV技术兼容,实现无源器件包括电阻、电容、电感等器件集成在一个单独器件内,可实现器件三维叠层封装,在节省空间的同时,可以增加器件的功能性、并简化印刷电路板的设计。

因此,采用采用先进的无源元件集成基板结构设计集成电路技术是实现和满足集成电路的电子系统将朝着速度更快、功能更强大、多附加值、体积更小、和高密度集成的方向发展的重要途径。高阻硅IPD技术以高阻硅为衬底,采用薄膜技术制备嵌入式无源器件,使得衬底功能化,是下一代电子产品的重要发展趋势之一。

苏州甫一电子科技有限公司采用半导体加工技术与电化学技术相结合,制备出基于硅、玻璃基板的薄膜IPD器件,能提供优良的器件精度和功能密度,并与三维通孔技术相结合,能够制作各种薄膜式电阻器、电容器和电感器及互连结构,以及完成无源元件之间的传输布线,可广泛应用于微波通讯、射频、高精度复合元件、高密度集成和大功率器件领域。

图4 集成无源器件结构照片