Η τεχνολογία συσκευασίας είναι μια από τις πιο σημαντικές διαδικασίες στη βιομηχανία ημιαγωγών. Ανάλογα με το σχήμα της συσκευασίας, μπορεί να χωριστεί σε συσκευασία υποδοχής, συσκευασία επιφανειακής στήριξης, συσκευασία BGA, πακέτο μεγέθους τσιπ (CSP), πακέτο μονάδων τσιπ (SCM, το κενό μεταξύ της καλωδίωσης στην πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος (PCB) και το ενσωματωμένο κύκλωμα (IC) ταιριάζουν με το pad πλακέτας), το πακέτο μονάδων πολλαπλών τσιπ (MCM, το οποίο μπορεί να ενσωματώσει ετερογενή τσιπ), το πακέτο σε επίπεδο πλακιδίων (WLP, συμπεριλαμβανομένου του επιπέδου πλακέτας με ανεμιστήρα πακέτο (FOWLP), εξαρτήματα τοποθέτησης micro επιφάνειας (microSMD) κ.λπ.), τρισδιάστατο πακέτο (πακέτο διασύνδεσης micro bump, πακέτο διασύνδεσης TSV, κ.λπ.), πακέτο συστήματος (SIP), σύστημα τσιπ (SOC).
Οι μορφές τρισδιάστατης συσκευασίας χωρίζονται κυρίως σε τρεις κατηγορίες: θαμμένος τύπος (θάβοντας τη συσκευή σε καλωδίωση πολλαπλών στρώσεων ή θαμμένος στο υπόστρωμα), τύπος ενεργού υποστρώματος (ενσωμάτωση γκοφρέτας πυριτίου: πρώτα ενσωματώστε τα εξαρτήματα και υπόστρωμα γκοφρέτας για να σχηματιστεί ένα ενεργό υπόστρωμα Στη συνέχεια, τακτοποιήστε γραμμές διασύνδεσης πολλαπλών στρωμάτων και συναρμολογήστε άλλα τσιπ ή εξαρτήματα στο επάνω στρώμα) και στοιβαγμένο τύπο (πυρίτιο). γκοφρέτες στοιβαγμένες με γκοφρέτες πυριτίου, τσιπς στοιβαγμένες με γκοφρέτες σιλικόνης και τσιπς στοιβαγμένες με τσιπς).
Οι μέθοδοι τρισδιάστατης διασύνδεσης περιλαμβάνουν τη συγκόλληση καλωδίων (WB), το flip chip (FC), μέσω πυριτίου μέσω (TSV), τον αγωγό μεμβράνης κ.λπ.
Το TSV πραγματοποιεί κάθετη διασύνδεση μεταξύ των τσιπ. Δεδομένου ότι η κάθετη γραμμή διασύνδεσης έχει τη μικρότερη απόσταση και μεγαλύτερη αντοχή, είναι ευκολότερο να πραγματοποιηθεί η σμίκρυνση, η υψηλή πυκνότητα, η υψηλή απόδοση και η πολυλειτουργική ετερογενής δομή συσκευασίας. Ταυτόχρονα, μπορεί επίσης να διασυνδέσει τσιπ από διαφορετικά υλικά.
Επί του παρόντος, υπάρχουν δύο τύποι τεχνολογιών κατασκευής μικροηλεκτρονικών που χρησιμοποιούν τη διαδικασία TSV: συσκευασία τρισδιάστατου κυκλώματος (ολοκλήρωση 3D IC) και τρισδιάστατη συσκευασία πυριτίου (ολοκλήρωση 3D Si).
Η διαφορά μεταξύ των δύο μορφών είναι ότι:
(1) Η συσκευασία του κυκλώματος 3D απαιτεί τα ηλεκτρόδια του τσιπ να προετοιμαστούν σε εξογκώματα και τα εξογκώματα να είναι διασυνδεδεμένα (συνδεδεμένα με συγκόλληση, σύντηξη, συγκόλληση κ.λπ.), ενώ η συσκευασία 3D πυριτίου είναι μια άμεση διασύνδεση μεταξύ τσιπ (σύνδεση μεταξύ οξειδίων και Cu -Συγκόλληση Cu).
(2) Η τεχνολογία ολοκλήρωσης κυκλώματος 3D μπορεί να επιτευχθεί με συγκόλληση μεταξύ γκοφρετών (συσκευασία κυκλώματος 3D, συσκευασία 3D πυριτίου), ενώ η συγκόλληση τσιπ σε τσιπ και η συγκόλληση τσιπ με γκοφρέτα μπορεί να επιτευχθεί μόνο με συσκευασία κυκλώματος 3D.
(3) Υπάρχουν κενά μεταξύ των τσιπ που ενσωματώνονται στη διαδικασία συσκευασίας του κυκλώματος 3D και τα διηλεκτρικά υλικά πρέπει να πληρωθούν για να ρυθμιστεί η θερμική αγωγιμότητα και ο συντελεστής θερμικής διαστολής του συστήματος για να διασφαλιστεί η σταθερότητα των μηχανικών και ηλεκτρικών ιδιοτήτων του συστήματος. Δεν υπάρχουν κενά μεταξύ των τσιπ που ενσωματώνονται με τη διαδικασία συσκευασίας 3D πυριτίου και η κατανάλωση ενέργειας, ο όγκος και το βάρος του τσιπ είναι μικρά και η ηλεκτρική απόδοση είναι εξαιρετική.
Η διαδικασία TSV μπορεί να κατασκευάσει μια κατακόρυφη διαδρομή σήματος μέσω του υποστρώματος και να συνδέσει το RDL στο πάνω και το κάτω μέρος του υποστρώματος για να σχηματίσει μια τρισδιάστατη διαδρομή αγωγού. Επομένως, η διαδικασία TSV είναι ένας από τους σημαντικούς ακρογωνιαίους λίθους για την κατασκευή μιας τρισδιάστατης παθητικής δομής συσκευής.
Σύμφωνα με τη σειρά μεταξύ του μπροστινού άκρου της γραμμής (FEOL) και του πίσω άκρου της γραμμής (BEOL), η διαδικασία TSV μπορεί να χωριστεί σε τρεις κύριες διαδικασίες παραγωγής, συγκεκριμένα, μέσω πρώτης (ViaFirst), μέσω μέσης (Via Middle) και μέσω της τελευταίας διαδικασίας (Via Last), όπως φαίνεται στο σχήμα.
1. Μέσω της διαδικασίας χάραξης
Η διαδικασία via etching είναι το κλειδί για την κατασκευή της δομής TSV. Η επιλογή μιας κατάλληλης διαδικασίας χάραξης μπορεί να βελτιώσει αποτελεσματικά τη μηχανική αντοχή και τις ηλεκτρικές ιδιότητες του TSV και να σχετίζεται περαιτέρω με τη συνολική αξιοπιστία των τρισδιάστατων συσκευών TSV.
Προς το παρόν, υπάρχουν τέσσερα κύρια TSV μέσω διαδικασιών χάραξης: Deep Reactive Ion Etching (DRIE), wet etching, photo-assisted electrochemical etching (PAECE) και διάτρηση με λέιζερ.
(1) Χάραξη βαθιάς αντίδρασης ιόντων (DRIE)
Η χάραξη βαθιάς αντίδρασης ιόντων, γνωστή και ως διαδικασία DRIE, είναι η πιο συχνά χρησιμοποιούμενη διαδικασία χάραξης TSV, η οποία χρησιμοποιείται κυρίως για την πραγματοποίηση TSV μέσω δομών με υψηλή αναλογία διαστάσεων. Οι παραδοσιακές διεργασίες χάραξης πλάσματος μπορούν γενικά να επιτύχουν μόνο ένα βάθος χάραξης πολλών μικρών, με χαμηλό ρυθμό χάραξης και έλλειψη επιλεκτικότητας μάσκας χάραξης. Η Bosch έχει προβεί σε αντίστοιχες βελτιώσεις στη διαδικασία σε αυτή τη βάση. Χρησιμοποιώντας το SF6 ως αντιδραστικό αέριο και απελευθερώνοντας αέριο C4F8 κατά τη διαδικασία χάραξης ως προστασία παθητικοποίησης για τα πλευρικά τοιχώματα, η βελτιωμένη διαδικασία DRIE είναι κατάλληλη για τη χάραξη μέσων υψηλής αναλογίας διαστάσεων. Ως εκ τούτου, ονομάζεται επίσης διαδικασία Bosch από τον εφευρέτη της.
Το παρακάτω σχήμα είναι μια φωτογραφία μιας υψηλής αναλογίας διαστάσεων μέσω που σχηματίζεται με χάραξη της διαδικασίας DRIE.
Αν και η διαδικασία DRIE χρησιμοποιείται ευρέως στη διαδικασία TSV λόγω της καλής ελεγχιμότητάς της, το μειονέκτημά της είναι ότι η επιπεδότητα του πλευρικού τοιχώματος είναι κακή και θα σχηματιστούν ελαττώματα ρυτίδων σε σχήμα χτενιού. Αυτό το ελάττωμα είναι πιο σημαντικό κατά την χάραξη των vias υψηλού λόγου διαστάσεων.
(2) Υγρή χάραξη
Η υγρή χάραξη χρησιμοποιεί έναν συνδυασμό μάσκας και χημικής χάραξης για να χαράξει τις οπές. Το πιο συχνά χρησιμοποιούμενο διάλυμα χάραξης είναι το ΚΟΗ, το οποίο μπορεί να χαράξει τις θέσεις στο υπόστρωμα πυριτίου που δεν προστατεύονται από τη μάσκα, σχηματίζοντας έτσι την επιθυμητή δομή διαμπερούς οπής. Η υγρή χάραξη είναι η πιο πρώιμη διαδικασία χάραξης μέσω οπών που αναπτύχθηκε. Δεδομένου ότι τα βήματα της διαδικασίας και ο απαιτούμενος εξοπλισμός είναι σχετικά απλά, είναι κατάλληλο για μαζική παραγωγή TSV με χαμηλό κόστος. Ωστόσο, ο χημικός μηχανισμός χάραξης καθορίζει ότι η διαμπερής οπή που σχηματίζεται με αυτή τη μέθοδο θα επηρεαστεί από τον κρυσταλλικό προσανατολισμό της γκοφρέτας πυριτίου, καθιστώντας την εγχάρακτη διαμπερή οπή μη κατακόρυφη, αλλά εμφανίζοντας ένα σαφές φαινόμενο ευρείας κορυφής και στενού πυθμένα. Αυτό το ελάττωμα περιορίζει την εφαρμογή υγρής χάραξης στην κατασκευή TSV.
(3) Φωτο-υποβοηθούμενη ηλεκτροχημική χάραξη (PAECE)
Η βασική αρχή της φωτο-υποβοηθούμενης ηλεκτροχημικής χάραξης (PAECE) είναι η χρήση υπεριώδους φωτός για την επιτάχυνση της δημιουργίας ζευγών ηλεκτρονίων-οπών, επιταχύνοντας έτσι τη διαδικασία ηλεκτροχημικής χάραξης. Σε σύγκριση με την ευρέως χρησιμοποιούμενη διεργασία DRIE, η διαδικασία PAECE είναι πιο κατάλληλη για χάραξη δομών διαμπερούς οπής με εξαιρετικά μεγάλο λόγο διαστάσεων μεγαλύτερο από 100:1, αλλά το μειονέκτημά της είναι ότι η δυνατότητα ελέγχου του βάθους χάραξης είναι ασθενέστερη από το DRIE και η τεχνολογία της μπορεί απαιτούν περαιτέρω έρευνα και βελτίωση της διαδικασίας.
(4) Διάτρηση με λέιζερ
Διαφέρει από τις τρεις παραπάνω μεθόδους. Η μέθοδος διάτρησης με λέιζερ είναι μια καθαρά φυσική μέθοδος. Χρησιμοποιεί κυρίως ακτινοβολία λέιζερ υψηλής ενέργειας για να λιώσει και να εξατμίσει το υλικό του υποστρώματος στην καθορισμένη περιοχή για να πραγματοποιήσει φυσικά την κατασκευή διαμπερούς οπής του TSV.
Η διαμπερής οπή που σχηματίζεται από τη διάτρηση με λέιζερ έχει υψηλή αναλογία διαστάσεων και το πλευρικό τοίχωμα είναι βασικά κάθετο. Ωστόσο, δεδομένου ότι η διάτρηση με λέιζερ χρησιμοποιεί στην πραγματικότητα τοπική θέρμανση για να σχηματίσει τη διαμπερή οπή, το τοίχωμα οπής του TSV θα επηρεαστεί αρνητικά από τη θερμική βλάβη και θα μειώσει την αξιοπιστία.
2. Διαδικασία εναπόθεσης στρώσης επένδυσης
Μια άλλη βασική τεχνολογία για την κατασκευή TSV είναι η διαδικασία εναπόθεσης στρώματος επένδυσης.
Η διαδικασία εναπόθεσης στρώσης επένδυσης εκτελείται αφού χαραχθεί η διαμπερής οπή. Το εναποτιθέμενο στρώμα επένδυσης είναι γενικά ένα οξείδιο όπως το SiO2. Το στρώμα επένδυσης βρίσκεται μεταξύ του εσωτερικού αγωγού του TSV και του υποστρώματος και παίζει κυρίως το ρόλο της απομόνωσης της διαρροής συνεχούς ρεύματος. Εκτός από την εναπόθεση οξειδίου, απαιτούνται επίσης στρώματα φραγμού και σπόρων για την πλήρωση του αγωγού στην επόμενη διαδικασία.
Το κατασκευασμένο στρώμα επένδυσης πρέπει να πληροί τις ακόλουθες δύο βασικές απαιτήσεις:
(1) η τάση διάσπασης του μονωτικού στρώματος θα πρέπει να πληροί τις πραγματικές απαιτήσεις λειτουργίας του TSV.
(2) οι εναποτιθέμενες στρώσεις είναι πολύ συνεπείς και έχουν καλή πρόσφυση μεταξύ τους.
Το παρακάτω σχήμα δείχνει μια φωτογραφία του στρώματος επένδυσης που έχει εναποτεθεί από χημική εναπόθεση ατμών ενισχυμένη με πλάσμα (PECVD).
Η διαδικασία εναπόθεσης πρέπει να προσαρμοστεί ανάλογα για διαφορετικές διαδικασίες κατασκευής TSV. Για τη διαδικασία μπροστινής διαμπερούς οπής, μπορεί να χρησιμοποιηθεί μια διαδικασία εναπόθεσης υψηλής θερμοκρασίας για τη βελτίωση της ποιότητας του στρώματος οξειδίου.
Η τυπική εναπόθεση σε υψηλή θερμοκρασία μπορεί να βασίζεται σε ορθοπυριτικό τετρααιθυλεστέρα (TEOS) σε συνδυασμό με τη διαδικασία θερμικής οξείδωσης για να σχηματίσει ένα εξαιρετικά συνεπές μονωτικό στρώμα SiO2 υψηλής ποιότητας. Για τη διαδικασία της μεσαίας διαμπερούς οπής και της πίσω διαμπερούς οπής, καθώς η διαδικασία BEOL έχει ολοκληρωθεί κατά την εναπόθεση, απαιτείται μια μέθοδος χαμηλής θερμοκρασίας για να διασφαλιστεί η συμβατότητα με τα υλικά BEOL.
Υπό αυτές τις συνθήκες, η θερμοκρασία εναπόθεσης θα πρέπει να περιορίζεται στους 450°, συμπεριλαμβανομένης της χρήσης PECVD για την εναπόθεση SiO2 ή SiNx ως μονωτικό στρώμα.
Μια άλλη κοινή μέθοδος είναι η χρήση της εναπόθεσης ατομικού στρώματος (ALD) για την απόθεση Al2O3 για να ληφθεί ένα πιο πυκνό μονωτικό στρώμα.
3. Διαδικασία πλήρωσης μετάλλου
Η διαδικασία πλήρωσης TSV πραγματοποιείται αμέσως μετά τη διαδικασία εναπόθεσης επένδυσης, η οποία είναι μια άλλη βασική τεχνολογία που καθορίζει την ποιότητα του TSV.
Τα υλικά που μπορούν να γεμιστούν περιλαμβάνουν ντοπαρισμένο πολυπυρίτιο, βολφράμιο, νανοσωλήνες άνθρακα κ.λπ. ανάλογα με τη διαδικασία που χρησιμοποιείται, αλλά το πιο κύριο ρεύμα εξακολουθεί να είναι ο επιμεταλλωμένος χαλκός, επειδή η διαδικασία του είναι ώριμη και η ηλεκτρική και θερμική του αγωγιμότητα είναι σχετικά υψηλή.
Σύμφωνα με τη διαφορά κατανομής του ρυθμού επιμετάλλωσής του στη διαμπερή οπή, μπορεί να χωριστεί κυρίως σε μεθόδους επιμετάλλωσης υποσυμμορφού, σύμμορφου, υπερσυμμορφούμενου και από κάτω προς τα πάνω, όπως φαίνεται στο σχήμα.
Η υποσυμμορφική ηλεκτρολυτική επιμετάλλωση χρησιμοποιήθηκε κυρίως στο αρχικό στάδιο της έρευνας TSV. Όπως φαίνεται στο Σχήμα (α), τα ιόντα Cu που παρέχονται από την ηλεκτρόλυση συγκεντρώνονται στην κορυφή, ενώ ο πυθμένας δεν συμπληρώνεται επαρκώς, γεγονός που προκαλεί την ταχύτητα επιμετάλλωσης στην κορυφή της διαμπερούς οπής μεγαλύτερη από αυτή κάτω από την κορυφή. Επομένως, η κορυφή της διαμπερούς οπής θα κλείσει εκ των προτέρων πριν γεμίσει πλήρως και θα σχηματιστεί ένα μεγάλο κενό μέσα.
Το σχηματικό διάγραμμα και η φωτογραφία της σύμμορφης μεθόδου ηλεκτρολυτικής επιμετάλλωσης φαίνονται στο σχήμα (β). Εξασφαλίζοντας την ομοιόμορφη συμπλήρωση των ιόντων Cu, ο ρυθμός ηλεκτρολυτικής επιμετάλλωσης σε κάθε θέση της διαμπερούς οπής είναι βασικά ο ίδιος, έτσι θα μείνει μόνο μια ραφή μέσα και ο όγκος του κενού είναι πολύ μικρότερος από αυτόν της υποσυμμορφικής μεθόδου ηλεκτρολυτικής επιμετάλλωσης. χρησιμοποιείται ευρέως.
Προκειμένου να επιτευχθεί περαιτέρω ένα αποτέλεσμα πλήρωσης χωρίς κενά, προτάθηκε η μέθοδος υπερσυμμορφικής ηλεκτρολυτικής επιμετάλλωσης για τη βελτιστοποίηση της σύμμορφης μεθόδου ηλεκτρολυτικής επιμετάλλωσης. Όπως φαίνεται στο σχήμα (γ), ελέγχοντας την παροχή ιόντων Cu, ο ρυθμός πλήρωσης στο κάτω μέρος είναι ελαφρώς υψηλότερος από αυτόν σε άλλες θέσεις, βελτιστοποιώντας έτσι τη βαθμιαία κλίση του ρυθμού πλήρωσης από κάτω προς τα πάνω για να εξαλείψει εντελώς την αριστερή ραφή με τη μέθοδο της σύμμορφης ηλεκτρολυτικής επιμετάλλωσης, έτσι ώστε να επιτυγχάνεται πλήρης πλήρωση από χαλκό μετάλλου χωρίς κενά.
Η μέθοδος ηλεκτρολυτικής επιμετάλλωσης από κάτω προς τα πάνω μπορεί να θεωρηθεί ως ειδική περίπτωση της υπερσυμμορφικής μεθόδου. Σε αυτήν την περίπτωση, ο ρυθμός επιμετάλλωσης εκτός από τον πυθμένα καταστέλλεται στο μηδέν και μόνο η ηλεκτρολυτική επιμετάλλωση πραγματοποιείται σταδιακά από κάτω προς τα πάνω. Εκτός από το πλεονέκτημα χωρίς κενά της σύμμορφης μεθόδου ηλεκτρολυτικής επιμετάλλωσης, αυτή η μέθοδος μπορεί επίσης να μειώσει αποτελεσματικά τον συνολικό χρόνο επιμετάλλωσης, επομένως έχει μελετηθεί ευρέως τα τελευταία χρόνια.
4. Τεχνολογία διαδικασίας RDL
Η διαδικασία RDL είναι μια απαραίτητη βασική τεχνολογία στη διαδικασία της τρισδιάστατης συσκευασίας. Μέσω αυτής της διαδικασίας, μπορούν να κατασκευαστούν μεταλλικές διασυνδέσεις και στις δύο πλευρές του υποστρώματος για να επιτευχθεί ο σκοπός της ανακατανομής ή της διασύνδεσης μεταξύ των πακέτων. Επομένως, η διαδικασία RDL χρησιμοποιείται ευρέως σε συστήματα συσκευασίας fan-in-fan-out ή 2.5D/3D.
Στη διαδικασία κατασκευής τρισδιάστατων συσκευών, η διαδικασία RDL χρησιμοποιείται συνήθως για τη διασύνδεση του TSV για την υλοποίηση μιας ποικιλίας τρισδιάστατων δομών συσκευών.
Υπάρχουν επί του παρόντος δύο κύριες διαδικασίες RDL. Το πρώτο βασίζεται σε φωτοευαίσθητα πολυμερή και συνδυάζεται με διαδικασίες ηλεκτρολυτικής επιμετάλλωσης και χάραξης χαλκού. Το άλλο υλοποιείται χρησιμοποιώντας τη διαδικασία Cu Damascus σε συνδυασμό με τη διαδικασία PECVD και τη διαδικασία χημικής μηχανικής στίλβωσης (CMP).
Τα ακόλουθα θα εισαγάγουν τις κύριες διαδρομές διεργασίας αυτών των δύο RDL αντίστοιχα.
Η διαδικασία RDL που βασίζεται σε φωτοευαίσθητο πολυμερές φαίνεται στο παραπάνω σχήμα.
Αρχικά, επικαλύπτεται μια στρώση κόλλας PI ή BCB στην επιφάνεια της γκοφρέτας με περιστροφή και μετά τη θέρμανση και τη σκλήρυνση, χρησιμοποιείται μια διαδικασία φωτολιθογραφίας για το άνοιγμα οπών στην επιθυμητή θέση και στη συνέχεια εκτελείται η χάραξη. Στη συνέχεια, μετά την αφαίρεση του φωτοανθεκτικού, το Ti και το Cu διασκορπίζονται στη γκοφρέτα μέσω μιας διαδικασίας φυσικής εναπόθεσης ατμών (PVD) ως στρώμα φραγμού και στρώμα σπόρων, αντίστοιχα. Στη συνέχεια, το πρώτο στρώμα RDL κατασκευάζεται στο εκτεθειμένο στρώμα Ti/Cu συνδυάζοντας διαδικασίες φωτολιθογραφίας και ηλεκτρολυτικής επιμετάλλωσης Cu, και στη συνέχεια το φωτοανθεκτικό αφαιρείται και η περίσσεια Ti και Cu χαράσσονται μακριά. Επαναλάβετε τα παραπάνω βήματα για να σχηματίσετε μια δομή RDL πολλαπλών επιπέδων. Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιείται σήμερα ευρύτερα στη βιομηχανία.
Μια άλλη μέθοδος για την κατασκευή RDL βασίζεται κυρίως στη διαδικασία Cu Damascus, η οποία συνδυάζει διαδικασίες PECVD και CMP.
Η διαφορά μεταξύ αυτής της μεθόδου και της διαδικασίας RDL που βασίζεται σε φωτοευαίσθητο πολυμερές είναι ότι στο πρώτο βήμα της κατασκευής κάθε στρώσης, το PECVD χρησιμοποιείται για την εναπόθεση SiO2 ή Si3N4 ως μονωτικό στρώμα και στη συνέχεια σχηματίζεται ένα παράθυρο στο μονωτικό στρώμα με φωτολιθογραφία και Η χάραξη αντιδραστικών ιόντων και το στρώμα φραγμού Ti/Cu/σπόρων και ο χαλκός του αγωγού ψεκάζονται αντίστοιχα και στη συνέχεια το στρώμα αγωγού αραιώνεται στο απαιτούμενο πάχος με τη διαδικασία CMP, δηλαδή σχηματίζεται ένα στρώμα RDL ή στρώμα διαμπερούς οπής.
Το παρακάτω σχήμα είναι ένα σχηματικό διάγραμμα και φωτογραφία της διατομής ενός πολυστρωματικού RDL που κατασκευάστηκε με βάση τη διαδικασία Cu Damascus. Μπορεί να παρατηρηθεί ότι το TSV συνδέεται πρώτα με το στρώμα διαμπερούς οπής V01 και στη συνέχεια στοιβάζεται από κάτω προς τα πάνω με τη σειρά RDL1, στρώμα διαμπερούς οπής V12 και RDL2.
Κάθε στρώμα RDL ή στρώμα διαμπερούς οπής κατασκευάζεται με τη σειρά σύμφωνα με την παραπάνω μέθοδο.Δεδομένου ότι η διαδικασία RDL απαιτεί τη χρήση της διαδικασίας CMP, το κόστος κατασκευής της είναι υψηλότερο από αυτό της διαδικασίας RDL που βασίζεται σε φωτοευαίσθητο πολυμερές, επομένως η εφαρμογή της είναι σχετικά χαμηλή.
5. Τεχνολογία διαδικασίας IPD
Για την κατασκευή τρισδιάστατων συσκευών, εκτός από την άμεση ενσωμάτωση στο chip στο MMIC, η διαδικασία IPD παρέχει μια άλλη πιο ευέλικτη τεχνική διαδρομή.
Οι ενσωματωμένες παθητικές συσκευές, γνωστές και ως διεργασία IPD, ενσωματώνουν οποιονδήποτε συνδυασμό παθητικών συσκευών, συμπεριλαμβανομένων επαγωγέων στο τσιπ, πυκνωτών, αντιστάσεων, μετατροπέων balun κ.λπ. σε ξεχωριστό υπόστρωμα για να σχηματίσουν μια βιβλιοθήκη παθητικών συσκευών με τη μορφή μιας πλακέτας μεταφοράς που μπορεί να καλούνται ευέλικτα σύμφωνα με τις απαιτήσεις σχεδιασμού.
Δεδομένου ότι στη διαδικασία IPD, οι παθητικές συσκευές κατασκευάζονται και ενσωματώνονται απευθείας στην πλακέτα μεταφοράς, η ροή της διαδικασίας είναι απλούστερη και λιγότερο δαπανηρή από την ενσωμάτωση των IC στο chip και μπορεί να παραχθεί μαζικά εκ των προτέρων ως βιβλιοθήκη παθητικών συσκευών.
Για την κατασκευή τρισδιάστατων παθητικών συσκευών TSV, το IPD μπορεί να αντισταθμίσει αποτελεσματικά το κόστος των διαδικασιών τρισδιάστατης συσκευασίας, συμπεριλαμβανομένων των TSV και RDL.
Εκτός από τα πλεονεκτήματα κόστους, ένα άλλο πλεονέκτημα του IPD είναι η υψηλή ευελιξία του. Μία από τις ευελιξίες της IPD αντικατοπτρίζεται στις διαφορετικές μεθόδους ολοκλήρωσης, όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα. Εκτός από τις δύο βασικές μεθόδους άμεσης ενσωμάτωσης IPD στο υπόστρωμα συσκευασίας μέσω της διαδικασίας flip-chip όπως φαίνεται στο σχήμα (α) ή της διαδικασίας συγκόλλησης όπως φαίνεται στο σχήμα (β), ένα άλλο στρώμα IPD μπορεί να ενσωματωθεί σε ένα στρώμα. του IPD όπως φαίνεται στα Σχήματα (γ)-(ε) για να επιτευχθεί ένα ευρύτερο φάσμα συνδυασμών παθητικών συσκευών.
Ταυτόχρονα, όπως φαίνεται στο Σχήμα (στ), το IPD μπορεί περαιτέρω να χρησιμοποιηθεί ως πλακέτα προσαρμογέα για να θάψει απευθείας το ενσωματωμένο τσιπ σε αυτό για να δημιουργήσει απευθείας ένα σύστημα συσκευασίας υψηλής πυκνότητας.
Όταν χρησιμοποιείτε IPD για την κατασκευή τρισδιάστατων παθητικών συσκευών, η διαδικασία TSV και η διαδικασία RDL μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν. Η ροή της διαδικασίας είναι βασικά η ίδια με την προαναφερθείσα μέθοδο επεξεργασίας ενσωμάτωσης στο chip και δεν θα επαναληφθεί. Η διαφορά είναι ότι εφόσον το αντικείμενο της ενσωμάτωσης αλλάζει από τσιπ σε πλακέτα προσαρμογέα, δεν χρειάζεται να ληφθεί υπόψη ο αντίκτυπος της διαδικασίας τρισδιάστατης συσκευασίας στην ενεργή περιοχή και στο στρώμα διασύνδεσης. Αυτό οδηγεί περαιτέρω σε μια άλλη βασική ευελιξία της IPD: μια ποικιλία υλικών υποστρώματος μπορούν να επιλεγούν με ευελιξία σύμφωνα με τις απαιτήσεις σχεδιασμού των παθητικών συσκευών.
Τα υλικά υποστρώματος που διατίθενται για το IPD δεν είναι μόνο κοινά υλικά υποστρώματος ημιαγωγών όπως Si και GaN, αλλά και κεραμικά Al2O3, κεραμικά συν-καύσης χαμηλής/υψηλής θερμοκρασίας, γυάλινα υποστρώματα κ.λπ. Αυτό το χαρακτηριστικό επεκτείνει αποτελεσματικά την ευελιξία σχεδιασμού των παθητικών συσκευές ενσωματωμένες με IPD.
Για παράδειγμα, η τρισδιάστατη δομή παθητικού επαγωγέα που ενσωματώνεται από το IPD μπορεί να χρησιμοποιήσει ένα γυάλινο υπόστρωμα για να βελτιώσει αποτελεσματικά την απόδοση του επαγωγέα. Σε αντίθεση με την έννοια του TSV, οι διαμπερείς οπές που δημιουργούνται στο γυάλινο υπόστρωμα ονομάζονται επίσης διαμπερείς γυάλινες διόδους (TGV). Η φωτογραφία του τρισδιάστατου επαγωγέα που κατασκευάστηκε με βάση τις διαδικασίες IPD και TGV φαίνεται στο παρακάτω σχήμα. Δεδομένου ότι η ειδική αντίσταση του γυάλινου υποστρώματος είναι πολύ υψηλότερη από αυτή των συμβατικών ημιαγωγικών υλικών όπως το Si, ο τρισδιάστατος επαγωγέας TGV έχει καλύτερες ιδιότητες μόνωσης και η απώλεια εισαγωγής που προκαλείται από την παρασιτική επίδραση του υποστρώματος σε υψηλές συχνότητες είναι πολύ μικρότερη από αυτή του το συμβατικό τρισδιάστατο πηνίο TSV.
Από την άλλη πλευρά, οι πυκνωτές μετάλλου-μονωτή-μετάλλου (MIM) μπορούν επίσης να κατασκευαστούν στο γυάλινο υπόστρωμα IPD μέσω μιας διαδικασίας εναπόθεσης λεπτής μεμβράνης και να διασυνδεθούν με τον τρισδιάστατο επαγωγέα TGV για να σχηματίσουν μια τρισδιάστατη δομή παθητικού φίλτρου. Επομένως, η διαδικασία IPD έχει ευρείες δυνατότητες εφαρμογής για την ανάπτυξη νέων τρισδιάστατων παθητικών συσκευών.
Ώρα δημοσίευσης: Νοε-12-2024