基于埋置MEMS空氣隙的柔性封裝電性能研究.pdf

1、依據(jù)國(guó)際半導(dǎo)體技術(shù)路線圖(International Technology Road Map for Semiconductors,ITRS),基板、凸點(diǎn)和芯片等材料間熱不匹配引起的熱疲勞可靠性問(wèn)題是現(xiàn)代微電子封裝技術(shù)發(fā)展面臨的難點(diǎn)之一。本項(xiàng)目提出的采用MEMS硅微加工技術(shù)制備的空氣隙結(jié)構(gòu)可為封裝結(jié)構(gòu)提供順應(yīng)三維方向上的熱-機(jī)械變形的柔性,有效地解決了焊點(diǎn)的熱-機(jī)械可靠性問(wèn)題。但是,由于采用了新型的銅布線以及MEMS空氣隙,其電性能及其

2、信號(hào)傳輸性能有待進(jìn)一步的研究,本文正是基于這一背景,應(yīng)用有限元分析方法,從先進(jìn)封裝的信號(hào)傳輸性能分析理論、柔性封裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、封裝結(jié)構(gòu)信號(hào)傳輸性能分析和再分布銅互連結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化等對(duì)基于MEMS內(nèi)埋置空氣隙柔性封裝技術(shù)進(jìn)行了研究。
　　首先,探討應(yīng)用于微電子封裝的信號(hào)傳輸性能分析理論基礎(chǔ),包括電子互連中的信號(hào)完整性問(wèn)題、電磁場(chǎng)分析方法及散射參數(shù)理論。在綜合分析本項(xiàng)目前期熱‐機(jī)械可靠性研究及國(guó)內(nèi)外柔性封裝結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)之上,設(shè)計(jì)出新型的基于

3、MEMS內(nèi)埋置空氣隙柔性封裝結(jié)構(gòu)原型。
　　其次,以DRAM測(cè)試芯片為研究對(duì)象,采用HFSS軟件建立三維有限元模型并對(duì)其進(jìn)行了信號(hào)傳輸性能的仿真分析。在對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析研究后我們可以得出銅互連線幾何參數(shù)的變化對(duì)封裝結(jié)構(gòu)的電性能有著明顯的影響:首先改變銅線的形狀、厚度與寬度后,互連結(jié)構(gòu)的電阻值和電感值有下降的趨勢(shì),電容值卻有上升的趨勢(shì);然后在改變銅互連線的形狀后,整個(gè)封裝結(jié)構(gòu)的信號(hào)傳輸性能也有不同的變化,傳輸系數(shù)由高到低的排列順序

4、是:M型﹥J型﹥S型﹥直線型,反射系數(shù)值由高到低的排列順序是:M型﹥J型﹥直線型﹥S型,從而為我們選擇最佳互連線形狀提供了依據(jù)。
　　然后,應(yīng)用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)探討了不同結(jié)構(gòu)參數(shù)組合對(duì)銅線寄生參數(shù)的影響,通過(guò)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行極差和方差分析可知,幾何結(jié)構(gòu)各因素對(duì)銅線電參數(shù)的影響程度依次為:銅線形狀>銅線寬度>銅線厚度?？疾祀娮柚禃r(shí)最優(yōu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)組合是銅線形狀為直線型,厚度為10μm,寬度為15μm;當(dāng)考察電感值時(shí)最優(yōu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)組合是銅線形

5、狀為鋸齒型,厚度為10μm,寬度20μm;當(dāng)考察電容值時(shí)最優(yōu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)組合是銅線形狀為J型,厚度為5μm,寬度為10μm。
　　最后,運(yùn)用硅通孔TSV互連技術(shù)優(yōu)化柔性封裝的互連結(jié)構(gòu),探討了TSV的制造工藝流程和具體的電性能分析方法,對(duì)優(yōu)化后的基于MEMS內(nèi)埋空氣隙的柔性封裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行了有限元仿真,同時(shí)對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行了詳細(xì)的分析研究,得出以下結(jié)論:應(yīng)用硅通孔互連技術(shù)的柔性封裝結(jié)構(gòu)在提高信號(hào)傳輸速率的前提下,其信號(hào)傳輸性能的變化曲線方向