Chiplet基三维集成技术与集成微系统的新进展

集成电路在后摩尔时代的发展呈现出多模式创新的特点。综述了后摩尔时代中一大创新发展热点,即chiplet基3D集成技术与集成微系统的最新进展。综述并分析了当今chiplet基3D集成技术的关键技术的发展现状与趋势,包含3D集成技术、chiplet之间的宽带互连、布局布线与时钟同步、热管理、计算机辅助设计(CAD)等方面的创新。并展现了基于这些关键技术的突破,集成微系统的新进展,包含高性能计算多核处理器、神经网络计算处理器、神经网络加速器、射频微系统和光电微系统的创新。集成微系统已进入智能微系统新发展阶段。

Chiplet基三维集成技术与集成微系统的新进展(续)

集成电路在后摩尔时代的发展呈现出多模式创新的特点。综述了后摩尔时代中一大创新发展热点,即chiplet基3D集成技术与集成微系统的最新进展。综述并分析了当今chiplet基3D集成技术的关键技术的发展现状与趋势,包含3D集成技术、chiplet之间的宽带互连、布局布线与时钟同步、热管理、计算机辅助设计(CAD)等方面的创新。并展现了基于这些关键技术的突破,集成微系统的新进展,包含高性能计算多核处理器、神经网络计算处理器、神经网络加速器、射频微系统和光电微系统的创新。集成微系统已进入智能微系统新发展阶段。

全自动金球引线键合机的原理和故障分析

介绍了引线键合工艺的类型和特点。以全自动金球引线键合机为例,介绍了其结构组成和工艺原理,分析了影响其键合工艺稳定性的因素,并总结了金球引线键合机的常见故障以及解决方法。

集成电路封装焊中焊球强度自动评估方法

集成电路封装焊中的焊球承载力差会导致其极易损坏,为避免这一问题,文中提出集成电路封装焊中的焊球强度自动评估方法。该方法首先分析了集成电路封装焊中的焊球节点刚度的影响因素,为后续焊球强度评估奠定了基础;然后根据分析结果,进一步计算焊球在轴力及弯矩作用下的节点承载力,依据计算结果采用有限元分析方法评估焊球节点强度,实现焊球强度自动评估,最后利用试验证明所提方法的先进性。试验结果表明,通过对该方法开展极限承载力对比测试、破坏载荷对比测试,验证了该方法的可靠性、有效性。

不同键合温度对低温硅-硅共晶键合的影响

选取Ti/Au作为金属过渡层来实现低温硅-硅共晶键合。首先介绍了共晶键合的基本原理,分析了选择金-硅共晶键合的原因,设计了单面溅金、双面溅金以及不同温度下的硅-硅共晶键合实验。采用超声波显微镜对键合样品内部空洞缺陷进行了测试,采用测试设备Dage 4000Plus对键合样品的键合强度性能进行了测试,并对测试结果进行了分析讨论。不同温度测试结果表明,380℃为最佳的金-硅共晶键合温度;单、双面溅金测试结果表明,双面溅金键合工艺优于单面溅金键合工艺。较低温度下实现较高键合强度的硅-硅键合实验表明,金-硅共晶键合的工艺简单、键合温度低,且对工艺环境要求不高。

声表面波器件引线楔形键合跟部微损伤控制研究

声表面波器件内连的主流工艺是硅铝丝超声键合,而跟部微损伤是该工艺最大的质量隐患。该文从超声键合原理和工艺技术出发,对造成跟部微损伤的影响因素进行了分析,并给出了相应的解决方案。该方案使声表面波器件的键合点跟部微损伤得到有效控制。

VLSI互联线的延时优化研究

首先对互连线模型进行了分析,介绍了插入缓冲器来减小长线延时的方法,然后通过具体计算分析了缓冲器插入的位置、数量,以及尺寸对连线延迟的影响,得出了理论上最理想的优化方案,并给出了结合实际物理设计的优化方案和算法.最后,对一条长互联线的延迟进行了仿真计算,结果证明所给出的算法可有效地减小延时.

直线模组运动精度补偿在预键合中的应用

在预键合生产环节中,直线模组运动精度补偿主要用于解决由于工作台运行精度偏差造成的预键合误差,从而提高整机的键合精度。直线模组运动精度补偿是利用激光干涉仪的线性测长测量直线模组在全行程内的实际位置,再将实际位置偏差值通过补偿驱动器进行补偿设置,从而得到完全符合实际机构运行工况的运行数据。

三维封装中引线键合技术的实现与可靠性

结合半导体封装的发展,研究了低线弧、叠层键合、引线上芯片、外悬芯片、长距离键合和双面键合6种引线互连封装技术;分析了各种引线键合的技术特点和可靠性。传统的引线键合技术通过不断地改进,成为三维高密度封装中的通用互连技术,新技术的出现随之会产生一些新的可靠性问题;同时,对相应的失效分析技术也提出了更高的要求。多种互连引线键合技术的综合应用,满足了半导体封装的发展需求;可靠性是技术应用后的首要技术问题。

高温下塑封器件键合铜线的可靠性

针对塑封器件键合铜线在高温环境下的贮存可靠性问题,进行铜线键合塑封器件的高温贮存试验。对经过高温贮存后的塑封器件进行无损开封,分析了高温贮存对铜键合线的拉伸强度和第一键合点剪切强度的影响。利用扫描电子显微镜（SEM）观察Cu/Al键合界面形貌及金属间化合物（IMC）的生长,采用X射线能谱仪（EDS）对IMC进行成分分析。研究结果表明,塑封器件Cu/Al键合界面在150℃贮存环境下IMC生成较少,EDS无法准确分析其成分,175℃和200℃贮存环境下生成的IMC包括Cu_3Al_2,Cu_9Al_4,CuAl和CuAl_2,且器件在200℃贮存28天后键合界面产生裂纹。随贮存时间的增加,键合铜线的拉伸强度逐渐减小,剪切强度先增加后急剧减小,且Cu/Al IMC的生长行为和成分特点符合试验过程中键合铜线键合强度的变化。

用改进激活集合法优化VLSI互连线

本文介绍离散线宽的单根互连线时延优化的一种算法:改进激活集合法(MASM)。基于Elmore时延模型,单根互连线的优化问题能被表述为凸二次规划,能在多项式时间里求解,得到最优结果。它是一种非常高效的算法,计算结果证明了此算法的有效性。

利用键合线提高ESD保护电路射频性能的研究

提出了一种利用键合线提高ESD保护电路射频性能的新型片外ESD保护电路结构。该新型结构在不降低ESD保护电路抗静电能力前提下,提高了ESD保护电路射频性能。针对一款达林顿结构ESD保护电路,制作了现有ESD保护电路结构和新型ESD保护电路结构的测试板级电路,测试结果表明:两种ESD保护电路结构的抗静电能力均达到20 kV,现有ESD保护电路结构在0～4.3 GHz频段内衰减系数均小于1 dB,反射损耗系数均小于-10 dB,最高工作频率为4.3 GHz;新型ESD保护电路结构在0～5.6 GHz频段内衰减系数均小于1 dB,反射损耗系数均小于-10 dB,最高工作频率为5.6 GHz。

平整度对细Al丝超声引线键合强度的影响

为避免双键合点破坏性拉力实验不易准确的缺陷和剪切力测试不能评价键合点整体特性的缺陷,采用了破坏性单键合点的测试方法。在尽量排除其他干扰因素的情况下,通过实验比较了10种不同平整度条件下细Al丝超声引线键合的结果。结果表明,平整度对超声引线键合的强度有影响,随着平整度的提高,键合强度和稳定度也随之提高。实际测试键合拉力时发现,键合良好断裂点均在跟键(heel)处,采取补强的方式使1.25 mil(3.125×10-3cm)细Al丝超声键合后的键合强度均值可以达到0.1568 N。分析了以上实验现象产生的原因,探讨了键合强度形成的机理。

微电子封装中Sn-Ag-Cu焊点剪切强度研究

提出了一种对微电子封装器件中焊点剪切强度进行测试的方法,可有效降低测试误差。利用该方法,对Sn-Ag-Cu无铅焊料分别在Cu基板和Ni-P基板上形成的焊点,经不同的热时效后的剪切强度进行了测量,并对断裂面的微观结构进行了研究。结果表明,新的剪切测试方法误差小,易于实施,焊点剪切强度、断裂面位置与焊料在不同基板界面上金属间化合物的形貌、成分有关。

Si/Si直接键合界面性质的研究

通过三步直接键合方法实现了 Si/ Si键合。采用 XPS、FTIR、I-V、拉伸强度等手段对 Si/ Si键合结构的界面特性作了深入广泛的研究。研究结果表明 ,高温退火后 ,在键合界面没有 Si-H和 Si-OH网络存在 ,键合界面主要由单质 Si和不定形氧化硅 Si Ox 组成。同时 ,研究还表明 ,I-V特性和键合强度强烈地依赖于退火温度。

半导体器件引线框架材料的现状与发展

本文评述了半导体器件引线框架材料国内外研究开发的现状 ,对引线框架材料性能和材料设计进行了分析 ,并讨论了随着计算机和信息工业的迅猛发展 ,引线框架材料今后的发展趋势。

田口试验设计在键合工艺参数优化中的应用

为提高微机电系统(MEMS)封装引线键合的可靠性和经济性,引入了镍钯金印刷电路板(PCB),但由于其保护皮膜中钯层的加入,键合工艺参数也需随之改变,该文运用试验设计(DOE)中的田口试验设计方法,找到了针对新型镍钯金皮膜的最优化键合工艺参数,根据优化结果,改进了键合工艺参数设置,成功地将镍钯金PCB应用到MEMS封装工艺中,不但提高了产品的可靠性,还降低了原材料成本,取得了良好的经济效益。

金、铜丝球键合焊点的可靠性对比研究

金丝球焊是电子工业中应用最广泛的引线键合技术,但随着高密度封装的发展,铜丝球焊日益引起人们的关注。采用热压超声键合的方法,分别实现Au引线和Cu引线键合到Al-1%Si-0.5%Cu金属化焊盘。对焊点进行200℃老化实验的结果表明:铜丝球焊焊点的金属间化合物生长速率比金丝球焊焊点慢的多;铜丝球焊焊点具有比金丝球焊焊点更稳定的剪切断裂载荷,并且在一定的老化时间内铜丝球焊焊点表现出更好的力学性能;铜丝球焊焊点和金丝球焊焊点在老化后的失效模式不同。

EHF频段键合线分析

金丝键合是毫米波频段器件互连的主要手段,随着工作频率的不断升高,金丝的趋肤深度不断减小,金丝键合线对电路的影响也变得越来越大。通过对键合线模型的理论分析和软件仿真,总结出键合线的拱高、间隔等参数在EHF频段的影响规律。选择不同的补偿措施,尽量减小键合线带来的不良影响。通过对实物的测试,验证了以上结论。

基于温冲应力环境的Au-Al键合可靠性

为了适应半导体器件的高可靠要求,对Au-Al键合抗温变应力性能进行了考核。试验结果表明,Au-Al键合具有较好的抗热疲劳性能,键合界面处无裂纹产生,且机械性能良好。然而试验中的高温应力导致金铝间形成了电阻率较高的化合物Au5Al2,引起键合失效。并对目前工艺水平下的Au-Al键合可靠性进行了评价,预测了键合寿命。