高性能硅转接板的系统设计及集成制造方法研究
发布时间：2021-08-07 21:23
随着物联网、智能终端、工业智能化的兴起,电子器件高密度集成、多功能化和低功耗的需求变得更加迫切。而近年来,芯片在平面上的尺寸缩小变得非常困难,三维封装集成为解决上述难题提供了一种新的技术路线,而基于TSV硅转接板的三维堆叠封装是一种公认的可行性较高的技术方案。TSV硅转接板可承载并连接多个同质或异质芯片,实现同类芯片的扩容或多种功能芯片的高密度集成。尽管硅转接板技术具有诸多优势,但截至目前的产业化应用推广情况并不顺利,制造工艺流程复杂、关键工艺不够成熟和制造成本高等不利因素可能等是制约转接板广泛应用的关键。为了解决上述问题,本论文提出了一种工艺流程深度简化的高性能硅转接板结构设计与集成制造方法,并结合存储扩容封装转接板的应用需求,完成了新型转接板的结构优化、工艺流程设计、单元技术开发、工艺整合、样品研制和性能测试,以及转接板热性能改良,主要研究内容及创新成果如下:首先,在系统总结转接板技术国内外最新进展的基础上,结合存储扩容转接板的技术要求,提出了一种大面积、高性能硅转接板整体设计方案,并采用有限元仿真,分析了一些常用设计参数对转接板性能的影响,研究了相关设计参数对转接板热-机械性能影...
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：163 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
Yole公司提出的先进封装发展路线图[7]
第一章绪论-2-TSV三维封装是通过TSV实现垂直方向多芯片互连的一种封装技术，具有互连线短、集成密度高、功耗低等优点，是最有望实现“超越摩尔”（MorethanMoore）战略的封装解决方案，也是先进封装领域的研究热点之一[1-3,10,11]。如图1.2所示，在传统的二维封装中，裸片与裸片之间的连接路径要经过打线键合、导线架甚至PCB布线等，距离很长，而在TSV三维封装中，裸片之间的连接只要通过上下层的TSV或转接板上的再布线层（RDL，RedistributionLayer）就能实现。TSV三维封装突破了平面集成的限制，显著的缩短了互连长度，进而降低了互连线上损失的功耗，降低了信号的RC延时，能大幅提高芯片的集成度和性能。图1.2传统封装与TSV三维封装结构对比图。Fig.1.2ComparisonofthestructurebetweentraditionalpackagingandTSV3Dpackaging.虽然TSV技术近年来才成为研究的热点，但是硅通孔概念的雏形在1956年就已经出现。晶体管的发明者之一WilliamShockley在专利中[12]提到了在晶圆上制作深通孔（deeppits）用以使信号从晶圆的一面传输到另一面。“Throughsiliconvia”这个术语则由SergeySavastiouk在文章中最先提出[13]。第一次将TSV技术用于量产商业化产品当中的是惠普公司，其在1976年发布的单片微波集成电路（MMIC）产品中首次使用了贯穿IC芯片的通孔技术来实现接地，但这款产品中的TSV并不是
上海交通大学博士论文-3-用来实现三维封装。业界普遍认为，第一个量产的TSV三维封装产品是东芝公司2008年生产的图像传感器，该传感器使用了芯片上的通孔将传感芯片上的信号引出到背面的基板[13]。近年来，TSV三维封装发展迅速，根据2018年Yole公司发布的全球先进封装营收预测图[7]（图1.3），在2017年至2023年，TSV三维封装市场收入将以每年29%的复合增长率持续增长，在先进封装中增长率最高。TSV三维封装的应用也越来越广泛，其应用领域包括微机电系统（MEMS，MicroelectromechanicalSystems）、CMOS图像传感器（CIS，CMOSImageSensor）、现场可编程逻辑阵列（FPGA，FieldProgrammableGateArray）、高带宽内存（HBM，HighBandwithMemery）等，如图1.4所示。图1.3先进封装营收预测图[7]。Fig.1.3Advancedpackagingrevenueforcast.
【参考文献】：
期刊论文
[1]高速电路信号完整性分析与设计[J]. 沈俊杰. 电子制作. 2018(22)
[2]3D封装及其最新研究进展[J]. 邓丹,吴丰顺,周龙早,刘辉,安兵,吴懿平. 微纳电子技术. 2010(07)
[3]薄膜热导率测试方法研究进展[J]. 张建生,杨君友,朱文,肖承京,张辉,彭江英. 材料导报. 2010(07)
[4]倒装再分布技术及应用[J]. 任春岭,高娜燕,丁荣峥. 电子与封装. 2009(12)
[5]聚合物基纳米复合材料热导率计算[J]. 闵新民,安继明,饶宝林,吴伯麟. 武汉理工大学学报. 2007(07)
[6]无铅焊锡的研究进展[J]. 周甘宇,王长振,谭维,章四琪. 材料导报. 2003(08)
[7]硅片的抗弯强度及其测量[J]. 谢书银,石志仪. 半导体学报. 1995(08)
博士论文
[1]硅通孔互连（TSV）封装体的热机械特性研究[D]. 孙云娜.上海交通大学 2017
硕士论文
[1]基于碳化硅晶须与啮合微结构的复合增强型聚合物基转接板的制备与性能表征[D]. 刘艳梅.上海交通大学 2017
[2]眼图测试在串行通信系统中的应用研究[D]. 付英华.南京大学 2016
[3]不同填料改性PI复合材料机械性能研究[D]. 靖长亮.南京农业大学 2011
本文编号：3328569
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：163 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
Yole公司提出的先进封装发展路线图[7]
第一章绪论-2-TSV三维封装是通过TSV实现垂直方向多芯片互连的一种封装技术，具有互连线短、集成密度高、功耗低等优点，是最有望实现“超越摩尔”（MorethanMoore）战略的封装解决方案，也是先进封装领域的研究热点之一[1-3,10,11]。如图1.2所示，在传统的二维封装中，裸片与裸片之间的连接路径要经过打线键合、导线架甚至PCB布线等，距离很长，而在TSV三维封装中，裸片之间的连接只要通过上下层的TSV或转接板上的再布线层（RDL，RedistributionLayer）就能实现。TSV三维封装突破了平面集成的限制，显著的缩短了互连长度，进而降低了互连线上损失的功耗，降低了信号的RC延时，能大幅提高芯片的集成度和性能。图1.2传统封装与TSV三维封装结构对比图。Fig.1.2ComparisonofthestructurebetweentraditionalpackagingandTSV3Dpackaging.虽然TSV技术近年来才成为研究的热点，但是硅通孔概念的雏形在1956年就已经出现。晶体管的发明者之一WilliamShockley在专利中[12]提到了在晶圆上制作深通孔（deeppits）用以使信号从晶圆的一面传输到另一面。“Throughsiliconvia”这个术语则由SergeySavastiouk在文章中最先提出[13]。第一次将TSV技术用于量产商业化产品当中的是惠普公司，其在1976年发布的单片微波集成电路（MMIC）产品中首次使用了贯穿IC芯片的通孔技术来实现接地，但这款产品中的TSV并不是
上海交通大学博士论文-3-用来实现三维封装。业界普遍认为，第一个量产的TSV三维封装产品是东芝公司2008年生产的图像传感器，该传感器使用了芯片上的通孔将传感芯片上的信号引出到背面的基板[13]。近年来，TSV三维封装发展迅速，根据2018年Yole公司发布的全球先进封装营收预测图[7]（图1.3），在2017年至2023年，TSV三维封装市场收入将以每年29%的复合增长率持续增长，在先进封装中增长率最高。TSV三维封装的应用也越来越广泛，其应用领域包括微机电系统（MEMS，MicroelectromechanicalSystems）、CMOS图像传感器（CIS，CMOSImageSensor）、现场可编程逻辑阵列（FPGA，FieldProgrammableGateArray）、高带宽内存（HBM，HighBandwithMemery）等，如图1.4所示。图1.3先进封装营收预测图[7]。Fig.1.3Advancedpackagingrevenueforcast.
【参考文献】：
期刊论文
[1]高速电路信号完整性分析与设计[J]. 沈俊杰. 电子制作. 2018(22)
[2]3D封装及其最新研究进展[J]. 邓丹,吴丰顺,周龙早,刘辉,安兵,吴懿平. 微纳电子技术. 2010(07)
[3]薄膜热导率测试方法研究进展[J]. 张建生,杨君友,朱文,肖承京,张辉,彭江英. 材料导报. 2010(07)
[4]倒装再分布技术及应用[J]. 任春岭,高娜燕,丁荣峥. 电子与封装. 2009(12)
[5]聚合物基纳米复合材料热导率计算[J]. 闵新民,安继明,饶宝林,吴伯麟. 武汉理工大学学报. 2007(07)
[6]无铅焊锡的研究进展[J]. 周甘宇,王长振,谭维,章四琪. 材料导报. 2003(08)
[7]硅片的抗弯强度及其测量[J]. 谢书银,石志仪. 半导体学报. 1995(08)
博士论文
[1]硅通孔互连（TSV）封装体的热机械特性研究[D]. 孙云娜.上海交通大学 2017
硕士论文
[1]基于碳化硅晶须与啮合微结构的复合增强型聚合物基转接板的制备与性能表征[D]. 刘艳梅.上海交通大学 2017
[2]眼图测试在串行通信系统中的应用研究[D]. 付英华.南京大学 2016
[3]不同填料改性PI复合材料机械性能研究[D]. 靖长亮.南京农业大学 2011
本文编号：3328569
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