应用于三维集成的晶圆级键合技术

随着芯片集成度的不断提高以及CMOS工艺复杂度的增加,集成电路的成本及性能方面的问题越来越突出,基于TSV技术的三维集成已成为研究热点,并很有可能是未来集成电路发展的方向.在三维集成中,键合技术为芯片堆叠提供电学连接和机械支撑,从而实现两层或多层芯片间电路的垂直互连.介绍了几种晶圆级三维集成键合技术的特点及研究现状.     

基于亲水表面处理的GaAs/GaN晶片直接键合

对晶片进行亲水表面处理,在氮气保护下500℃热处理10min,成功实现GaAs与GaN晶片的直接键合,键合质量较好.扫描电子显微镜观测结果表明,键合界面没有空洞.光致发光谱观测结果表明,键合工艺对晶体内部结构的影响很小.可见光透射谱测试结果表明,键合界面具有良好的透光特性.GaAs与GaN晶片直接键合的成功,为实现GaAs和GaN材料的集成提供了实验依据.     

乙二醇辅助多层硅/硅直接键合

利用乙二醇的分子结构和氢键在10万级的超净环境下成功地进行了多层乙二醇环境下的硅/硅直接键合,并在氮气保护下1100℃热处理后进行了拉力强度测试,平均键合强度达到了10MPa.SEM观测表明,在键合界面没有发现孔洞和空隙.该方法同样适用于Ⅲ-Ⅴ族化合物的直接键合.这为发展多层结构、多功能集成的MEMS结构器件奠定了良好的工艺基础.     

硅圆片等离子表面活化直接键合工艺研究

利用等离子轰击硅圆片表面,可提高其表面能,实现直接键合。在严格控制好工艺参数的情况下,用等离子体对硅圆片表面进行活化,能大大的提高键合强度,产生极少的空洞或空隙,得到一个较好的键合效果。本文针对等离子表面活化的工艺特点,选择了合理的参数,得到了较优化的工艺,试验结果证明此工艺能够实现无明显界面缺陷的直接键合。     

乙二醇辅助多层硅/硅直接键合

利用乙二醇本身的分子结构和氢键在10万级的超净环境下成功进行了多层乙二醇环境下的硅/硅直接键合,在氮气保护下1100℃热处理后进行了拉力强度测试,平均键合强度达到了10Mpa,SEM观测表明,在键合界面没有发现孔洞和空隙。这为发展多层结构、多功能集成的MEMS结构器件奠定了良好的工艺基础。     

晶圆键合技术在LED应用中的研究进展

简要介绍了晶圆键合技术在发光二极管(LED)应用中的研究背景,分别论述了常用的黏合剂键合技术、金属键合技术和直接键合技术在高亮度垂直LED制备中的研究现状,包括它们的材料组成和作用、工艺步骤和参数以及优缺点.其中,黏合剂键合是一种低温键合技术,且易于应用、成本低、引入应力小,但可靠性较差;金属键合技术能提供高热导、高电导的稳定键合界面,与后续工艺兼容性好,但键合温度高,引入应力大,易造成晶圆损伤;表面活化直接键合技术能实现室温键合,降低由于不同材料间热失配带来的负面影响,但键合良率有待提高.     

用于三维封装的铜-铜低温键合技术进展

在三维系统封装技术中,金属热压键合是实现多层芯片堆叠和垂直互连的关键技术。为了解决热压键合产生的高温带来的不利影响,工业界和各大科研机构相继开发出了多种低温键合技术。综述了多种不同的低温金属键合技术(主要是Cu-Cu键合),重点阐述了国内外低温金属键合技术的最新研究进展及成果,并对不同低温金属键合技术的优缺点进行了分析和比较。     

基于亲水表面处理的GaAs/GaN晶片直接键合

对晶片进行亲水表面处理,在氮气保护下500℃热处理10min,成功实现GaAs与GaN晶片的直接键合,键合质量较好.扫描电子显微镜观测结果表明,键合界面没有空洞.光致发光谱观测结果表明,键合工艺对晶体内部结构的影响很小.可见光透射谱测试结果表明,键合界面具有良好的透光特性.GaAs与GaN晶片直接键合的成功,为实现GaAs和GaN材料的集成提供了实验依据.     

基于湿法表面活化处理的InP/SOI晶片键合技术

为了实现集成硅基光源,研究了基于湿法表面处理的InP/SOI直接键合技术。采用稀释的HF溶液对InP晶片进行表面活化处理,同时采用Piranha溶液对SOI晶片进行表面活化处理,实现了二者的低温直接键合。分别采用刀片嵌入法和划痕测试仪对样品的键合强度进行了定性及定量分析。同时,采用超声波扫描显微镜及扫描电子显微镜对键合界面的缺陷信息及键合截面的微观特性进行了评估。分析结果表明:提出的键合工艺可以获得较好的键合效果。     

面向三维集成的等离子体活化键合研究进展

三维集成技术已成为促使半导体芯片步入后摩尔时代的重要支撑。晶圆直接键合技术无需微凸点和底充胶填充工艺,依靠原子间相互作用力即可实现高密度与高强度互连,是三维集成发展的重要研究方向之一。其中等离子体活化作为一种高效的表面处理手段,是晶圆低温键合的关键。针对等离子体活化低温键合技术在半导体芯片同质或异质键合中的研究进展进行了综述,主要介绍了等离子体活化在硅基材料直接键合及金属-介质混合键合中的作用机理和键合效果,进而对该技术的未来发展趋势进行了展望。     

集成电路封装中的引线键合技术

在回顾现有的引线键合技术之后,文章主要探讨了集成电路封装中引线键合技术的发展趋势。球形焊接工艺比楔形焊接工艺具有更多的优势,因而获得了广泛使用。传统的前向拱丝越来越难以满足目前封装的高密度要求,反向拱丝能满足非常低的弧高的要求。前向拱丝和反向拱丝工艺相结合,能适应复杂的多排引线键合和多芯片封装结构的要求。不断发展的引线键合技术使得引线键合工艺能继续满足封装日益发展的要求,为封装继续提供低成本解决方案。     

用于MEMS器件的键合工艺研究进展

随着MEMS器件的广泛研究和快速进步,非硅基材料被广泛用于MEMS器件中.键合技术成为MEMS器件制作、组装和封装的关键性技术之一,它不仅可以降低工艺的复杂性,而且使许多新技术和新应用在MEMS器件中得以实现.目前主要的键合技术包括直接键合、阳极键合、粘结剂键合和共晶键合.     

引线键合技术进展

引线键合以工艺简单、成本低廉、适合多种封装形式而在连接方式中占主导地位.对引线键合工艺、材料、设备和超声引线键合机理的研究进展进行了论述与分析,列出了主要的键合工艺参数和优化方法,球键合和楔键合是引线键合的两种基本形式,热压超声波键合工艺因其加热温度低、键合强度高、有利于器件可靠性等优势而取代热压键合和超声波键合成为键合法的主流,提出了该技术的发展趋势,劈刀设计、键合材料和键合设备的有效集成是获得引线键合完整解决方案的关键.     

球-楔焊一体机的设计与实现

传统引线键合装备,分为球焊设备和楔焊设备,两者使用不同的换能器,不同种类劈刀,不同的焊接形式。通过对两种设备原理以及市场需求分析,设计一种球-楔焊一体机,满足球焊和楔焊两种焊接形式,有利于引线键合技术发展。     

Cu丝超声球焊及楔焊焊点可靠性及失效机理研究

Cu丝由于具有优良的导热性能、机械性能以及低成本等优点使得用铜丝替代传统的Au丝和Al丝已经成为半导体工艺发展的必然方向.综述了Cu丝超声球焊以及楔焊焊点可靠性问题,对焊点的各种失效模式与机理进行探讨.     

温度因素对热超声键合强度的影响实验研究

主要研究了热超声键合过程中环境温度对键合强度的影响规律.分析了键合强度与键合温度之间的关系.实验研究发现,最佳键合"窗口"出现在200～240℃,此时键合强度可达20g左右.对推荐使用的大于5.4g的键合强度标准,本实验条件下可键合"窗口"为120～360℃.这些实验现象和分析结果为后期的键合参数匹配规律和系统动态特性研究打下基础.     

基于PTFE的PCB的多层层压方法

介绍了采用不同材料类型的粘结膜、半固化片、所需设备和粘结材料,用于生产低到高层数的PTFE多层板的情况。     

功率器件封装工艺中的铝条带键合技术

文章回顾了功率器件封装工艺中几种常见的互连方式,主要介绍了铝条带键合技术在功率器件封装工艺中的主要优点,特别是它应用在小封装尺寸的功率器件中。铝条带的几何形状在一定程度上降低了它在水平方向的灵活性,但却增加了它在垂直方向上的灵活性。铝条带垂直方向的灵活性可以让我们使用最少的铝条带条数来达到功率器件键合的要求。也由于几何形状的不同,铝条带键合具有一些不同于铝线键合的特点,但它对粘片工艺、引线框架和包封工艺的要求与粗铝线键合极其相似,可以与现有的粗铝线键合工艺相兼容,不需要工艺和封装形式的重新设计。