【導讀】隨著(zhù)集成電路設計師將更復雜的功能嵌入更狹小的空間，異構集成包括器件的3D堆疊已成為混合與連接各種功能技術(shù)的一種更為實(shí)用且經(jīng)濟的方式。
隨著(zhù)集成電路設計師將更復雜的功能嵌入更狹小的空間，異構集成包括器件的3D堆疊已成為混合與連接各種功能技術(shù)的一種更為實(shí)用且經(jīng)濟的方式。作為異構集成平臺之一，高密度扇出型晶圓級封裝技術(shù)正獲得越來(lái)越多的認可。此種封裝解決方案的主要優(yōu)勢在于其封裝的基片更少，熱阻更低，電氣性能也更優(yōu)秀。這是一個(gè)體現“超越摩爾定律”的例子，即使用 “摩爾定律”以外的技術(shù)也能實(shí)現更高的集成度和經(jīng)濟效益。
異構集成技術(shù)
高密度扇出型封裝技術(shù)滿(mǎn)足了移動(dòng)手機封裝的外形尺寸與性能要求，因此獲得了技術(shù)界的廣泛關(guān)注。構成此技術(shù)的關(guān)鍵元素包括重布線(xiàn)層(RDL)金屬與大型銅柱鍍層。重布線(xiàn)層連通了硅芯片上的高密度連接和印制電路板的低密度連接。通常需要使用多層重布線(xiàn)層，才能夠讓信號路由至電路板。
如圖1所示，大型銅柱是垂直連接不同層級的金屬支柱。頂部單個(gè)晶片的焊錫凸塊被放置于大型銅柱之上，并通過(guò)回流焊完成連接。
圖1. 2.5D封裝中的中介層結構
大型銅柱的工藝挑戰
大型銅柱的區別在于其尺寸大?。核母叨群蛯挾仁菢藴抒~柱的5倍之多。構建大型銅柱的傳統方法是采用常規電鍍，這個(gè)過(guò)程漫長(cháng)且緩慢。而最大的問(wèn)題在于，此過(guò)程通常會(huì )產(chǎn)生不可接受的不一致結果。電鍍銅柱的高度會(huì )隨局部電流負載密度的不同而變化，并可能在支柱頂部產(chǎn)生一定程度的隆起或凹陷，而不是所需的平坦表面（圖2）。這種高度與特征形狀的不一致，可能會(huì )需要額外的后續平面化步驟（如CMP），并會(huì )導致連接不穩定，降低設備性能，增加總體工藝時(shí)間和成本。
影響以上電鍍結果的單個(gè)晶片布局差異包括特征形狀、寬度、深寬比以及周?chē)庾璧暮穸群徒o定區域的特征密度。這些差異可能會(huì )演變成為晶圓、單個(gè)晶片或各個(gè)特征之間的差異。
解決這個(gè)問(wèn)題的方法之一就是在目標厚度上電鍍多余的金屬，然后逆轉電鍍極化與電流方向。這將回蝕所添加金屬，以縮小銅柱的高度分布，或使大型銅柱的頂部更平整。但這種方法可能無(wú)法有效提升不同長(cháng)度銅柱尺寸的一致性，而且通常會(huì )導致不良變形，使得大型銅柱的表面粗糙凹陷，邊緣腐蝕。
圖2. 電鍍大型銅柱的常見(jiàn)差異包括電流負載問(wèn)題、凹陷和凸起。
泛林集團的解決方案
泛林集團通過(guò)其獨有的Durendal®工藝解決這一問(wèn)題。該工藝可以產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)、光滑的大型銅柱頂部表面，整個(gè)晶圓上的大型銅柱高度也非常均勻。整套Durendal®工藝可以在SABRE® 3D設備上實(shí)施完成。
圖3. 通過(guò)SABRE® 3D使用Durendal®工藝，產(chǎn)出尺寸均勻、高質(zhì)量的大型銅柱。下方的圖片比較了晶圓邊緣（左側）與晶圓中心（右側）大型銅柱的高度差異。
Durendal®工藝提供了一種經(jīng)濟高效的方式進(jìn)行單個(gè)晶片堆疊，并能產(chǎn)出高良率以及穩固可靠的連接。在未來(lái)，我們期待Durendal®工藝能促進(jìn)扇出型晶圓級封裝在單個(gè)晶片堆疊中得到更廣泛的應用。
(來(lái)源：作者：泛林集團)
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