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1、材料论坛 2010.03.17上海应用技术学院上海应用技术学院新型封装技术新型封装技术第十五讲第十五讲上海应用技术学院上海应用技术学院材料论坛 2010.03.17上海应用技术学院上海应用技术学院电子产品与微电子制造电子产品与微电子制造电子产品与微电子制造电子产品与微电子制造三维电子封装技术三维电子封装技术三维电子封装技术三维电子封装技术层间互连技术层间互连技术层间互连技术层间互连技术高密度键合互连技术高密度键合互连技术高密度键合互连技术高密度键合互连技术主要内容主要内容主要内容主要内容材料论坛 2010.03.17上海应用技术学院上海应用技术学院电子产品是电子产品是电子产品是电子产品是智能化
2、商品智能化商品智能化商品智能化商品n发光发光n发声发声n发热发热n电电n电磁波电磁波n运动运动n化学反应化学反应n光信息光信息n声信息声信息n电磁信息电磁信息n热信息热信息n压力压力n位移位移n化学环境化学环境大脑大脑心脏心脏信息系统信息系统执行系统执行系统感知系统感知系统l情报收集情报收集l信息储存信息储存l信息处理信息处理l信息指令信息指令能量系统能量系统l能量供给能量供给l散热系统散热系统信息信息能量能量信息信息能量能量向人体一样包含两大系统：神经网络向人体一样包含两大系统：神经网络+血液循环血液循环电子产品与微电子制造电子产品与微电子制造电子产品与微电子制造电子产品与微电子制造材料论坛
3、 2010.03.17上海应用技术学院上海应用技术学院电子产品的核心是集成电路电子产品的核心是集成电路电子产品的核心是集成电路电子产品的核心是集成电路n n晶体管（脑细胞）晶体管（脑细胞）晶体管（脑细胞）晶体管（脑细胞）二极管、三极管二极管、三极管集成电路集成电路l电路（神经网络）电路（神经网络） 各种布线、各种互连高度集成高度集成材料论坛 2010.03.17上海应用技术学院上海应用技术学院微电子产品的基本构成与互连的关系微电子产品的基本构成与互连的关系微电子产品的基本构成与互连的关系微电子产品的基本构成与互连的关系材料论坛 2010.03.17上海应用技术学院上海应用技术学院互连作用互连作
4、用微纳互连在电子产品中的作用微纳互连在电子产品中的作用微纳互连在电子产品中的作用微纳互连在电子产品中的作用DIEChipChip印刷线路板（PCB）材料论坛 2010.03.17上海应用技术学院上海应用技术学院晶体管制造与互连晶体管制造与互连 30-500纳米纳米封装体内互连封装体内互连 5-50微米微米基板上互连基板上互连 50-500微米微米仪器设备内互连仪器设备内互连 1000微米微米半导体芯片半导体芯片仪器设备组装仪器设备组装电子封装电子封装印刷板上组装印刷板上组装硅片制造硅片制造集成电路制造中的各级互连集成电路制造中的各级互连集成电路制造中的各级互连集成电路制造中的各级互连材料论坛
5、2010.03.17上海应用技术学院上海应用技术学院摩尔定律已接近极限摩尔定律已接近极限摩尔定律已接近极限摩尔定律已接近极限集成与封装的三维化集成与封装的三维化芯片特征尺寸减小芯片特征尺寸减小特特特特征征征征尺尺尺尺寸寸寸寸趋趋趋趋于于于于极极极极限限限限三维电子封装技术三维电子封装技术三维电子封装技术三维电子封装技术材料论坛 2010.03.17上海应用技术学院上海应用技术学院今后发展趋势：三维集成与封装今后发展趋势：三维集成与封装今后发展趋势：三维集成与封装今后发展趋势：三维集成与封装SIPSystem in PackageSIPSystem in Package材料论坛 2010.03.
6、17上海应用技术学院上海应用技术学院三维集成与封装的主要方法三维集成与封装的主要方法三维集成与封装的主要方法三维集成与封装的主要方法n n硅通孔硅通孔硅通孔硅通孔(TSV)(TSV)叠层叠层叠层叠层 短距离互连短距离互连 多种芯片集成多种芯片集成 实现高密度实现高密度 更低成本更低成本 n n器件内置多层基板器件内置多层基板器件内置多层基板器件内置多层基板 无源器件集成无源器件集成 MEMSMEMS器件集成器件集成 多种芯片内置多种芯片内置 实现高密度实现高密度 （摘自2007STRJ报告）典型的典型的3D-封装产品示意图封装产品示意图TSV堆叠结构堆叠结构器件内置多层基板器件内置多层基板TS
7、VThrough Silicon Via 传统打线方法传统打线方法材料论坛 2010.03.17上海应用技术学院上海应用技术学院TSVTSV使晶圆与封装厂合作变得更紧密使晶圆与封装厂合作变得更紧密使晶圆与封装厂合作变得更紧密使晶圆与封装厂合作变得更紧密晶圆制造晶圆制造电子封装电子封装PCB微组装微组装晶圆制造晶圆制造电子封装电子封装基板基板晶圆制造晶圆制造电子封装电子封装 1990 System on Board1990 2D-System in Package2010 22-32nm3D-System IntegrationPOPSoCTSV由单品的高密度，小型化向多功能系统集成化发展由单品
8、的高密度，小型化向多功能系统集成化发展由分散独立向技术交叉，紧密合作，共同开发发展由分散独立向技术交叉，紧密合作，共同开发发展晶圆制造晶圆制造电子封装电子封装基板基板2000 45-130nm，3D-System in PackageWB-3DMCMBGATSV-3D材料论坛 2010.03.17上海应用技术学院上海应用技术学院三维封装市场需求及市场规模三维封装市场需求及市场规模三维封装市场需求及市场规模三维封装市场需求及市场规模 最最最最近近近近数数数数年年年年，用用用用于于于于TSVTSV封封封封装装装装的的的的晶晶晶晶圆圆圆圆数数数数量量量量将将将将成成成成倍倍倍倍增增增增加加加加，迫迫
9、迫迫使使使使铜互连材料的需求量进一步攀升铜互连材料的需求量进一步攀升铜互连材料的需求量进一步攀升铜互连材料的需求量进一步攀升材料论坛 2010.03.17上海应用技术学院上海应用技术学院CSCM (Chip Scale Camera Module) WLPTSVTSV在微摄像头（在微摄像头（在微摄像头（在微摄像头（CISCIS）上的应用）上的应用）上的应用）上的应用东芝材料论坛 2010.03.17上海应用技术学院上海应用技术学院TSV-3DTSV-3D封装中的关键技术封装中的关键技术封装中的关键技术封装中的关键技术l硅孔制作硅孔制作l绝缘层、阻挡层和种子层沉积绝缘层、阻挡层和种子层沉积l硅孔
10、导电物质填充硅孔导电物质填充l晶圆减薄晶圆减薄l晶圆键合晶圆键合材料论坛 2010.03.17上海应用技术学院上海应用技术学院各工艺所占成本比例各工艺所占成本比例各工艺所占成本比例各工艺所占成本比例 在TSV-3D封装技术中，以铜互连材料及工艺为主的通孔填充和芯片叠层键合在制造成本中所占比例最高，分别达40%，34%，是三维封装中的关键技术日本权威机构预测的制造成本构成日本权威机构预测的制造成本构成材料论坛 2010.03.17上海应用技术学院上海应用技术学院TSV硅孔镀铜技术硅孔镀铜技术低温固态键合技术低温固态键合技术材料可靠性材料可靠性引线框架引线框架塑封树脂塑封树脂微凸点技术微凸点技术新
11、型无铅焊料研究开发新型无铅焊料研究开发层间互连技术层间互连技术层间互连技术层间互连技术高密度键合技术高密度键合技术高密度键合技术高密度键合技术TSV-3DTSV-3D封装中的关键技术封装中的关键技术封装中的关键技术封装中的关键技术材料论坛 2010.03.17上海应用技术学院上海应用技术学院湿法刻蚀湿法刻蚀湿法刻蚀湿法刻蚀n n基于基于KOH KOH 溶液溶液n n低刻蚀温度、低制造成本、适合于低刻蚀温度、低制造成本、适合于批量生产批量生产n n但由于但由于KOH KOH 溶液对硅单晶的各向异溶液对硅单晶的各向异性腐蚀特性，其刻蚀的孔非垂直且性腐蚀特性，其刻蚀的孔非垂直且宽度较大，只能满足中低
12、引出脚的宽度较大，只能满足中低引出脚的封装。封装。材料论坛 2010.03.17上海应用技术学院上海应用技术学院激光加工激光加工激光加工激光加工n n依靠熔融硅而制作通孔，故内依靠熔融硅而制作通孔，故内壁粗糙度和热损伤较高；壁粗糙度和热损伤较高；n n大规模制作通孔有成本优势；大规模制作通孔有成本优势；n n可以不需要掩膜版。可以不需要掩膜版。材料论坛 2010.03.17上海应用技术学院上海应用技术学院深层等离子体刻蚀工艺深层等离子体刻蚀工艺深层等离子体刻蚀工艺深层等离子体刻蚀工艺( DRIE)( DRIE)n n孔径小孔径小( 5m) ( 5m) 、纵深比高的垂、纵深比高的垂直硅通孔；直硅
13、通孔；n n与与IC IC 工艺兼容；工艺兼容；n n通孔内壁平滑通孔内壁平滑, , 对硅片的机械及对硅片的机械及物理损伤最小；物理损伤最小；n n制作成本较高。制作成本较高。材料论坛 2010.03.17上海应用技术学院上海应用技术学院典型的典型的典型的典型的DRIEDRIE工艺工艺工艺工艺n nSF6SF6可以对可以对SiSi进行快速各向同性的刻蚀；进行快速各向同性的刻蚀；n nC4F8C4F8则沉积在上一步刻蚀的孔洞表面用以保护侧壁；则沉积在上一步刻蚀的孔洞表面用以保护侧壁；n n沉积在孔洞底部的沉积在孔洞底部的C4F8C4F8聚合物将被去除，使用聚合物将被去除，使用SF6SF6进行下一
14、步的刻蚀。进行下一步的刻蚀。材料论坛 2010.03.17上海应用技术学院上海应用技术学院三种硅通孔制作手段比较三种硅通孔制作手段比较三种硅通孔制作手段比较三种硅通孔制作手段比较通孔制作手段通孔制作手段湿法刻湿法刻蚀干法刻干法刻蚀激光激光钻孔孔成孔速度成孔速度111m/min111m/min可达可达50m/min50m/min24002400通孔通孔/s/s定位精度定位精度掩模决定掩模决定+掩模决定掩模决定+传送装置决定，送装置决定，约几几mm深深宽比比1:11:601:11:601:801:801:71:7成孔精度成孔精度亚微米微米亚微米微米10m10m通孔通孔质量量非常好非常好一般一般好好
15、材料论坛 2010.03.17上海应用技术学院上海应用技术学院晶圆减薄晶圆减薄晶圆减薄晶圆减薄n nTSVTSV要求芯片减薄至要求芯片减薄至5050微微米甚至更薄，硅片强度明米甚至更薄，硅片强度明显下降，并出现一定的韧显下降，并出现一定的韧性；性；n n尽量小的芯片损伤，低的尽量小的芯片损伤，低的内应力内应力, ,防止晶圆翘曲；防止晶圆翘曲；n n机械研磨机械研磨+ +湿法抛光。湿法抛光。材料论坛 2010.03.17上海应用技术学院上海应用技术学院研磨、抛光和刻蚀研磨、抛光和刻蚀研磨、抛光和刻蚀研磨、抛光和刻蚀n n首先用直径首先用直径9 9微米氧化铝粉末研微米氧化铝粉末研磨磨2h2h，减薄
16、至，减薄至7070微米；微米；n n直径直径0.30.3微米氧化铝粉末抛光微米氧化铝粉末抛光1h1h，并减薄至，并减薄至30403040微米；微米；n n采用旋转喷射刻蚀除去受损部采用旋转喷射刻蚀除去受损部分并释放研磨和抛光中产生的分并释放研磨和抛光中产生的内应力。内应力。旋转喷射刻蚀所用的喷头材料论坛 2010.03.17上海应用技术学院上海应用技术学院RIERIE和和和和Backside ProcessingBackside Processingn n旋转喷射刻蚀后孔底部距硅片旋转喷射刻蚀后孔底部距硅片表面只有表面只有3535微米微米, ,经过反应离经过反应离子刻蚀子刻蚀(RIE)(RIE
17、)之后露出表面之后露出表面; ;n n经光刻和湿法刻蚀使孔底部的经光刻和湿法刻蚀使孔底部的铜暴露出来铜暴露出来, ,为下一步的互连做为下一步的互连做准备。准备。旋转喷射刻蚀后的硅片，左、右边分别为清洗前和清洗后。材料论坛 2010.03.17上海应用技术学院上海应用技术学院三维叠层封装是今后电子封装技术发展的必三维叠层封装是今后电子封装技术发展的必三维叠层封装是今后电子封装技术发展的必三维叠层封装是今后电子封装技术发展的必然趋势然趋势然趋势然趋势通过硅通孔镀铜互连的通过硅通孔镀铜互连的通过硅通孔镀铜互连的通过硅通孔镀铜互连的TSVTSV封装将成为三维封装将成为三维封装将成为三维封装将成为三维封
18、装技术的主流封装技术的主流封装技术的主流封装技术的主流特征尺寸进入特征尺寸进入特征尺寸进入特征尺寸进入130130纳米以下后，已全部采用大马纳米以下后，已全部采用大马纳米以下后，已全部采用大马纳米以下后，已全部采用大马士革镀铜互连工艺士革镀铜互连工艺士革镀铜互连工艺士革镀铜互连工艺镀铜互连的层数逐年增加，目前已普遍达到镀铜互连的层数逐年增加，目前已普遍达到镀铜互连的层数逐年增加，目前已普遍达到镀铜互连的层数逐年增加，目前已普遍达到9-9-1212层层层层芯片间（芯片间（芯片间（芯片间（TSVTSV）铜互连技术）铜互连技术）铜互连技术）铜互连技术：芯片上层间铜互连技术芯片上层间铜互连技术芯片上层
19、间铜互连技术芯片上层间铜互连技术：芯片上层间铜互连芯片上层间铜互连基板内层间铜互连基板内层间铜互连硅片间铜互连（硅片间铜互连（TSV）基板内层间铜互连技术基板内层间铜互连技术基板内层间铜互连技术基板内层间铜互连技术基板内的多层化和芯片、器件内置需要大量基板内的多层化和芯片、器件内置需要大量基板内的多层化和芯片、器件内置需要大量基板内的多层化和芯片、器件内置需要大量的铜互连技术的铜互连技术的铜互连技术的铜互连技术层间互连技术层间互连技术层间互连技术层间互连技术超填充镀铜超填充镀铜超填充镀铜超填充镀铜材料论坛 2010.03.17上海应用技术学院上海应用技术学院Via last镀铜填充镀铜填充Vi
20、a first多晶硅填充多晶硅填充Via last电镀填充（电镀填充（Cu,Ni/Au)微镜头就是采用此方法微镜头就是采用此方法TSVTSV硅孔导电物质填充方法硅孔导电物质填充方法硅孔导电物质填充方法硅孔导电物质填充方法材料论坛 2010.03.17上海应用技术学院上海应用技术学院 通过两种以上的添加剂实现高深宽比填充，不通过两种以上的添加剂实现高深宽比填充，不通过两种以上的添加剂实现高深宽比填充，不通过两种以上的添加剂实现高深宽比填充，不允许产生空洞。普通添加剂很难获得满意效果允许产生空洞。普通添加剂很难获得满意效果允许产生空洞。普通添加剂很难获得满意效果允许产生空洞。普通添加剂很难获得满意
21、效果难点之一难点之一难点之一难点之一：特殊的填充机制特殊的填充机制特殊的填充机制特殊的填充机制镀铜互连技术最大难点镀铜互连技术最大难点镀铜互连技术最大难点镀铜互连技术最大难点材料论坛 2010.03.17上海应用技术学院上海应用技术学院 从从从从TSVTSV数百微米的硅孔，到大马士革铜互连的数十纳米，数百微米的硅孔，到大马士革铜互连的数十纳米，数百微米的硅孔，到大马士革铜互连的数十纳米，数百微米的硅孔，到大马士革铜互连的数十纳米，需要采用不同的添加剂，难度非常大需要采用不同的添加剂，难度非常大需要采用不同的添加剂，难度非常大需要采用不同的添加剂，难度非常大难点之二难点之二难点之二难点之二：填充
22、尺寸跨度大填充尺寸跨度大填充尺寸跨度大填充尺寸跨度大镀铜互连技术最大难点镀铜互连技术最大难点镀铜互连技术最大难点镀铜互连技术最大难点材料论坛 2010.03.17上海应用技术学院上海应用技术学院 大马士革镀铜，要求每分钟镀一片，大马士革镀铜，要求每分钟镀一片，大马士革镀铜，要求每分钟镀一片，大马士革镀铜，要求每分钟镀一片，TSVTSV要求要求要求要求2020分钟以分钟以分钟以分钟以内，业内有采用甲基磺酸铜的倾向内，业内有采用甲基磺酸铜的倾向内，业内有采用甲基磺酸铜的倾向内，业内有采用甲基磺酸铜的倾向难点之三难点之三难点之三难点之三：较高的沉积速率较高的沉积速率较高的沉积速率较高的沉积速率TSV
23、TSV硅孔的孔内面积（平方微米）硅孔的孔内面积（平方微米）填孔所需镀铜时间填孔所需镀铜时间（分钟）（分钟）数据来源：罗门哈斯数据来源：罗门哈斯镀铜互连技术最大难点镀铜互连技术最大难点镀铜互连技术最大难点镀铜互连技术最大难点材料论坛 2010.03.17上海应用技术学院上海应用技术学院杂质含量多要求在杂质含量多要求在杂质含量多要求在杂质含量多要求在ppbppb量级水平，微尘数量必须在很少的范围量级水平，微尘数量必须在很少的范围量级水平，微尘数量必须在很少的范围量级水平，微尘数量必须在很少的范围难点之四难点之四难点之四难点之四：纯度要求高纯度要求高纯度要求高纯度要求高镀铜互连技术最大难点镀铜互连技
24、术最大难点镀铜互连技术最大难点镀铜互连技术最大难点材料论坛 2010.03.17上海应用技术学院上海应用技术学院我们取得的核心成果我们取得的核心成果我们取得的核心成果我们取得的核心成果Inclined ViasVertical Vias不同硅孔填充效果不同硅孔填充效果我们发现的填充机制我们发现的填充机制 我我们们与与上上海海新新阳阳半半导导体体材材料料股股份份公公司司合合作作，经经过过近近两两年年的的努努力力，发发现现了了新新的的填填充充机机制制，据据此此已已成成功功开开发发出出国国内内第第一一代代超超级镀铜溶液，效果良好。目前，正在进行工业化产品开发级镀铜溶液，效果良好。目前，正在进行工业化
25、产品开发材料论坛 2010.03.17上海应用技术学院上海应用技术学院加速区加速区抑制区抑制区极化电位极化电位电流电流我们发现的镀铜超填充机制我们发现的镀铜超填充机制我们发现的镀铜超填充机制我们发现的镀铜超填充机制l加速剂尽量在低极化区发挥作用；加速剂尽量在低极化区发挥作用；l抑制剂尽可能在高极化区发挥作用抑制剂尽可能在高极化区发挥作用材料论坛 2010.03.17上海应用技术学院上海应用技术学院chipRCCcore substrateadhesivechipRCCcore substrateadhesive基于芯片基于芯片基于芯片基于芯片/ /器件内置的基板镀铜技术器件内置的基板镀铜技术器
26、件内置的基板镀铜技术器件内置的基板镀铜技术材料论坛 2010.03.17上海应用技术学院上海应用技术学院电镀电镀/印刷印刷Au/Ni电镀电镀/印刷印刷凸点材质凸点材质焊锡球焊锡球金金金金电镀电镀金金金镀层金镀层熔融键合熔融键合基板侧基板侧表面材质表面材质焊锡层焊锡层焊锡层焊锡层制备方法制备方法制备方法制备方法电镀电镀/印刷印刷电镀电镀/印刷印刷电镀电镀电镀电镀接触键合接触键合各项异性各项异性导电胶导电胶Au/Ni电镀电镀高密度键合互连技术高密度键合互连技术高密度键合互连技术高密度键合互连技术材料论坛 2010.03.17上海应用技术学院上海应用技术学院含含含含CrCr中低温新型无铅焊料中低温新
27、型无铅焊料中低温新型无铅焊料中低温新型无铅焊料Sn-9Zn-0.05Cr Sn-9Zn-0.3Cr Sn-9Zn-0.1Cr Sn-9Zn Sn-9Zn-XCr 00.050.10.3加加 热热 前前 加加 热热 后后25025 hu使金相组织显著细化使金相组织显著细化u抗氧化性提高近三倍抗氧化性提高近三倍u延展性提高延展性提高30%以上以上u润湿性得到相应改善润湿性得到相应改善u有效抑制有效抑制IMC层生长层生长 随随着着绿绿色色电电子子技技术术的的发发展展，微微互互连连关关键键材材料料无无铅铅焊焊料料的的应应用用越越来来越越广广泛泛。但但目目前前应应用用的的无无铅铅焊焊料料存存在在着着熔熔
28、点点高高、成成本本高高、焊焊接接界界面面IMCIMC层层生生长长过过快快或或抗抗氧氧化化性性较较差差，抗抗冲冲击击性性不不好好等等问问题题。为为此此，本本研研究究室室展展开开了了大大量量的的基基础础研研究究工工作作，成成功功开开发发了了一一系系列列含含微微量量CrCr新型中低温无铅焊料。该成果申请国家发明专利新型中低温无铅焊料。该成果申请国家发明专利6 6项（已授权项（已授权4 4项）。项）。 微量微量Cr的作用的作用焊料的抗氧化性IMC层的抑制效果焊料的力学性能Sn-3Ag-3Bi Sn-3Ag-3Bi-0.1Cr Sn-9Zn-3Bi-xCr Sn-3Ag-3Bi-0.3CrSn-3Ag-
29、3Bi上海市浦江人才计划（上海市浦江人才计划（上海市浦江人才计划（上海市浦江人才计划（No.05PJ4065No.05PJ4065No.05PJ4065No.05PJ4065）Journal Journal Journal Journal of of of of Electronic Electronic Electronic Electronic Materials, Materials, Materials, Materials, 35:1734(2006)35:1734(2006)35:1734(2006)35:1734(2006) Cr对Sn-Ag-Bi焊料IMC层的抑制效果材料论坛
30、2010.03.17上海应用技术学院上海应用技术学院三维封装对键合技术的新要求三维封装对键合技术的新要求三维封装对键合技术的新要求三维封装对键合技术的新要求u键合尺寸进一步降低，凸点等精度要求提高；键合尺寸进一步降低，凸点等精度要求提高；u降低键合温度，减少应力影响降低键合温度，减少应力影响u尽量避免使用助焊剂尽量避免使用助焊剂u前后道工艺有良好兼容性；前后道工艺有良好兼容性；u简化工艺，降低成本；简化工艺，降低成本；u凸点的无铅化；凸点的无铅化；DIEChipChip印刷线路板（PCB）材料论坛 2010.03.17上海应用技术学院上海应用技术学院高密度微凸点的电沉积制备技术高密度微凸点的电
31、沉积制备技术高密度微凸点的电沉积制备技术高密度微凸点的电沉积制备技术 随随着着封封装装密密度度的的提提高高和和三三维维封封装装技技术术的的发发展展，微微凸凸点点尺尺寸寸与与间间距距变变得得越越来来越越小小。当当凸凸点点尺尺寸寸缩缩小小到到4040微微米米以以后后，目目前前工工业业上上采采用用的的置置球球法法和和丝丝网网印印刷刷法法将将难难于于保保证证精精度度，成成本本也也将将大大幅幅上上升升。光光刻刻- -电电沉沉积积方方法法是是高高密密度度凸凸点点形形成成的的有有效效方方法法。本本研研究究所所已已成成功功开开发发了了无无铅微凸点的整套技术，为今后工业化生产奠定了基础。铅微凸点的整套技术，为今
32、后工业化生产奠定了基础。 电沉积后的微凸点电沉积后的微凸点回流后的微凸点回流后的微凸点电沉积微凸点的制作过程电沉积微凸点的制作过程电沉积法制备高密度凸点的优势电沉积法制备高密度凸点的优势材料论坛 2010.03.17上海应用技术学院上海应用技术学院各种各样的电镀凸点各种各样的电镀凸点各种各样的电镀凸点各种各样的电镀凸点电沉积后的电沉积后的Sn凸点凸点回流后的微凸点回流后的微凸点我们研究室制作的各种凸点我们研究室制作的各种凸点Cu/Ni/In凸点凸点材料论坛 2010.03.17上海应用技术学院上海应用技术学院电镀凸点应注意的事项电镀凸点应注意的事项电镀凸点应注意的事项电镀凸点应注意的事项l需要
33、等离子刻蚀需要等离子刻蚀l镀液要保证良好的浸润性镀液要保证良好的浸润性l超声处理有助于凸点形成超声处理有助于凸点形成材料论坛 2010.03.17上海应用技术学院上海应用技术学院低温键合互连技术进展低温键合互连技术进展低温键合互连技术进展低温键合互连技术进展接插式键合互连方法接插式键合互连方法数据来源：日立数据来源：日立材料论坛 2010.03.17上海应用技术学院上海应用技术学院Au-In低温互连低温互连低温键合技术进展低温键合技术进展低温键合技术进展低温键合技术进展在低温下生成高熔点的金属间化合物在低温下生成高熔点的金属间化合物材料论坛 2010.03.17上海应用技术学院上海应用技术学院
34、基于纳米阵列材料的低温固态互连技术基于纳米阵列材料的低温固态互连技术基于纳米阵列材料的低温固态互连技术基于纳米阵列材料的低温固态互连技术SEM images of the Ni nanocone arrays. (a) Low magnification, (b) high magnification.Demonstration of the bonding process.Shear strength of the bumps.SEM image of the interface. (a, b) edge of the bump, (c, d) center of the bump. 电电子
35、子封封装装中中的的微微互互连连大大都都采采用用焊焊料料的的熔熔融融焊焊接接方方法法，由由于于存存在在助助焊焊剂剂污污染染，熔熔融融焊焊料料流流溢溢等等问问题题，很很难难适适应应今今后后的的三三维维高高密密度度封封装装。为为此此，我我们们提提出出了了基基于于纳纳米米阵阵列列材材料料的的低低温温固固态态焊焊接接方方法法，根根据据目目前前的的初初步步研研究究，证证明明该该方方法法是是非非常常可行的，在今后可行的，在今后3D3D高密度电子封装技术中有望得到推广应用。高密度电子封装技术中有望得到推广应用。材料论坛 2010.03.17上海应用技术学院上海应用技术学院 表面纳米阵列材料是指表面纳米管、纳米
36、球、表面纳米阵列材料是指表面纳米管、纳米球、纳米线、纳米孔等纳米结构有序排列的阵列材料。纳米线、纳米孔等纳米结构有序排列的阵列材料。表面纳米阵列材料可采用光刻，铝氧化模板，气表面纳米阵列材料可采用光刻，铝氧化模板，气相沉积和自组装等方法制备，但设备和工艺复杂，相沉积和自组装等方法制备，但设备和工艺复杂，难于实现大面积可控制备。本技术通过特殊的难于实现大面积可控制备。本技术通过特殊的电电化学定向电结晶方法化学定向电结晶方法成功开发了镍基、钴基以及成功开发了镍基、钴基以及铜基表面纳米针锥阵列材料（铜基表面纳米针锥阵列材料（NCA）的可控制备）的可控制备技术，为在各领域的应用创造了条件。技术，为在各
37、领域的应用创造了条件。表面纳米阵列材料的可控制备技术表面纳米阵列材料的可控制备技术表面纳米阵列材料的可控制备技术表面纳米阵列材料的可控制备技术不需要任何模板不需要任何模板工艺简单、制造成本低工艺简单、制造成本低材料大小、形状不受限制材料大小、形状不受限制可在各种基材上实现可在各种基材上实现易于大面积可控制备易于大面积可控制备工艺特点工艺特点 结构特点结构特点 特殊的阵列结构特殊的阵列结构庞大的真实表面积庞大的真实表面积较高的表面活性较高的表面活性复合界面高结合强度复合界面高结合强度卓越的散热效果卓越的散热效果各种化学催化剂的载体各种化学催化剂的载体良好的场发射效应良好的场发射效应特殊传感器或纳
38、米器件特殊传感器或纳米器件功能特点功能特点 国家自然基金纳米科技基础研究重大专项（国家自然基金纳米科技基础研究重大专项（No. 90406013No. 90406013）Nanotechnology,19: 035201(2008)Nanotechnology,19: 035201(2008) 锥晶高锥晶高200nm 300nm 400nm 600nm 850nm 1100nm 材料论坛 2010.03.17上海应用技术学院上海应用技术学院率先提出定向电结晶制备纳米阵列结构的新方法。它是基于电化学沉积法，通过添加特殊的结晶调整剂，控制电沉积过程等手段，使结晶有序成长，从而在材料表面形成微针锥、
39、微纳米球等阵列结构。电化学制备表面纳米阵列结构材电化学制备表面纳米阵列结构材料料表面纳米阵列材料的可控制备技术表面纳米阵列材料的可控制备技术表面纳米阵列材料的可控制备技术表面纳米阵列材料的可控制备技术材料论坛 2010.03.17上海应用技术学院上海应用技术学院剪切强度剪切强度（MPa）3.84普通普通Pd PPF 5.81纳米针阵列纳米针阵列10.67纳米针阵列纳米针阵列8.08纳米针阵列纳米针阵列 微观形貌微观形貌高可靠性高可靠性高可靠性高可靠性Pd PPFPd PPF无铅引线框架封装技术无铅引线框架封装技术无铅引线框架封装技术无铅引线框架封装技术 由于由于Pd PPF无铅引线框架封装技术
40、表面为贵金属，化学反应活性差，对于在高温下可靠性无铅引线框架封装技术表面为贵金属，化学反应活性差，对于在高温下可靠性要求高的要求高的IC（如汽车发动机周边用（如汽车发动机周边用IC等）存在引线框架与树脂结合强度低等问题。通过本技术等）存在引线框架与树脂结合强度低等问题。通过本技术在集成电路引线框架表面引进纳米针阵列结构、使引线框架与封装树脂的结合强度提高两倍以在集成电路引线框架表面引进纳米针阵列结构、使引线框架与封装树脂的结合强度提高两倍以上，大大提高了封装器件的可靠性。上，大大提高了封装器件的可靠性。NCA Pd PPFNormal Pd PPF引线框架引线框架塑封树脂塑封树脂EMC sid
41、ePPF side上海市纳米专项基金（上海市纳米专项基金（上海市纳米专项基金（上海市纳米专项基金（No.0452nm030No.0452nm030）Journal of Electronic Materials, 36: 1594 (2007)Journal of Electronic Materials, 36: 1594 (2007)材料论坛 2010.03.17上海应用技术学院上海应用技术学院600 700 800 500电阻率 XRD结果高密度铜互连材料与可靠性基础研究高密度铜互连材料与可靠性基础研究高密度铜互连材料与可靠性基础研究高密度铜互连材料与可靠性基础研究 防止铜与硅的相互扩散
42、是铜互连可防止铜与硅的相互扩散是铜互连可靠性的关键技术。作为基础研究，本靠性的关键技术。作为基础研究，本研究室系统地研究了耐高温但金属研究室系统地研究了耐高温但金属W W、MoMo、TaTa以以Mo-NMo-N，Ta-W-NTa-W-N等二元、三元等二元、三元阻挡层的作用与效果，获得许多有价阻挡层的作用与效果，获得许多有价值的基础数据。值的基础数据。材料论坛 2010.03.17上海应用技术学院上海应用技术学院 随着集成电路的高密度、多功能化，对铜互连材料与工艺的要求也越来越高，很多性随着集成电路的高密度、多功能化，对铜互连材料与工艺的要求也越来越高，很多性能都将会对可靠性产生影响。如抗氧化性
43、，电迁移特性，热稳定性、界面反应等。在我们能都将会对可靠性产生影响。如抗氧化性，电迁移特性，热稳定性、界面反应等。在我们的研究中，发现了不同的晶格取向将对铜氧化性能产生较大的影响，晶格取向不同、氧化的研究中，发现了不同的晶格取向将对铜氧化性能产生较大的影响，晶格取向不同、氧化速度各异，氧化膜的性能也将发生变化。速度各异，氧化膜的性能也将发生变化。高密度铜互连材料与可靠性基础研究高密度铜互连材料与可靠性基础研究高密度铜互连材料与可靠性基础研究高密度铜互连材料与可靠性基础研究不同温度下铜的氧化膜厚度不同温度下铜的氧化膜厚度铜不同晶格取向的衍射图铜不同晶格取向的衍射图氧化膜剪切强度与温度的关系氧化膜剪切强度与温度的关系
