摘要: 依据国际半导体技术路线图(International Technology Road Map for Semiconductors,ITRS),基板、凸点和芯片等材料间热不匹配引起的热疲劳可靠性问题是现代微电子封装技术发展面临的难点之一。本项目提出的采用MEMS硅微加工技术制备的空气隙结构可为... 展开 依据国际半导体技术路线图(International Technology Road Map for Semiconductors,ITRS),基板、凸点和芯片等材料间热不匹配引起的热疲劳可靠性问题是现代微电子封装技术发展面临的难点之一。本项目提出的采用MEMS硅微加工技术制备的空气隙结构可为封装结构提供顺应三维方向上的热-机械变形的柔性,有效地解决了焊点的热-机械可靠性问题。但是,由于采用了新型的铜布线以及MEMS空气隙,其电性能及其信号传输性能有待进一步的研究,本文正是基于这一背景,应用有限元分析方法,从先进封装的信号传输性能分析理论、柔性封装结构设计、封装结构信号传输性能分析和再分布铜互连结构参数优化等对基于MEMS内埋置空气隙柔性封装技术进行了研究。 首先,探讨应用于微电子封装的信号传输性能分析理论基础,包括电子互连中的信号完整性问题、电磁场分析方法及散射参数理论。在综合分析本项目前期热‐机械可靠性研究及国内外柔性封装结构的基础之上,设计出新型的基于MEMS内埋置空气隙柔性封装结构原型。 其次,以DRAM测试芯片为研究对象,采用HFSS软件建立三维有限元模型并对其进行了信号传输性能的仿真分析。在对仿真结果进行分析研究后我们可以得出铜互连线几何参数的变化对封装结构的电性能有着明显的影响:首先改变铜线的形状、厚度与宽度后,互连结构的电阻值和电感值有下降的趋势,电容值却有上升的趋势;然后在改变铜互连线的形状后,整个封装结构的信号传输性能也有不同的变化,传输系数由高到低的排列顺序是:M型﹥J型﹥S型﹥直线型,反射系数值由高到低的排列顺序是:M型﹥J型﹥直线型﹥S型,从而为我们选择最佳互连线形状提供了依据。 然后,应用正交试验设计探讨了不同结构参数组合对铜线寄生参数的影响,通过对试验结果进行极差和方差分析可知,几何结构各因素对铜线电参数的影响程度依次为:铜线形状>铜线宽度>铜线厚度。考察电阻值时最优的结构参数组合是铜线形状为直线型,厚度为10μm,宽度为15μm;当考察电感值时最优的结构参数组合是铜线形状为锯齿型,厚度为10μm,宽度20μm;当考察电容值时最优的结构参数组合是铜线形状为J型,厚度为5μm,宽度为10μm。 最后,运用硅通孔TSV互连技术优化柔性封装的互连结构,探讨了TSV的制造工艺流程和具体的电性能分析方法,对优化后的基于MEMS内埋空气隙的柔性封装结构进行了有限元仿真,同时对仿真结果进行了详细的分析研究,得出以下结论:应用硅通孔互连技术的柔性封装结构在提高信号传输速率的前提下,其信号传输性能的变化曲线方向符合信号传输理论。 收起