文章來源：學習那些事

原文作者：前路漫漫

本文主要講述基于互連層的2.3DIC集成。

基本結構

圖1為高密度有機混合基板上芯粒異質集成的俯視圖和截面圖。它由4個主要部分組成:①含微凸點的芯片;②精細金屬L/S RDL基板或有機轉接板(約37um厚);③互連層(約60um厚);④HDI印制電路板(PCB)(約1mm厚)，如圖2所示。

測試芯片

使用的測試芯片如圖3所示?？梢钥吹?，大芯片(芯片1)的尺寸為10mm×10mm×150um，其上以菊花鏈形式排布3760個面陣列焊盤，節(jié)距為90um，銅焊盤的尺寸為50um×50um。小芯片(芯片2A和2B)的尺寸為7mm×5mm×260um，以菊花鏈形式排布1512個面陣列焊盤，節(jié)距為60um，銅焊盤尺寸為44um×44um。對于所有芯片，Ti/Cu (0.1um/0.2um)UBM焊盤直徑為35um，鈍化層(PI2)開窗直徑為20um，銅柱凸點直徑為35um，高度為37um，SnAg焊料帽高度為15um，阻擋層鎳高度為3um。

精細金屬線寬/線距RDL轉接板

RDL基板中有三個RDL，每層RDL由一個金屬層(ML)和一個介質層(DL)組成。圖4展示了RDLx、MLx、DLxy、Vxy和L/S/H的定義和數(shù)值?？梢钥吹?，ML1的L/S/H為2um/2um/2.5um，ML2 的 L/S/H為5um/5um/3.5um。ML3是一個直徑為300um、厚度為5um的接觸焊盤。DL01、DL12和DL23的厚度分別為7.5um、6.5um和5um。圖5a展示了制作RDL基板的臨時支撐面板?？梢钥吹剑姘宄叽鐬?15mm×510mm×1.1mm，是熱膨脹系數(shù)(CTE)為8.5×10??/°C的玻璃面板。面板被分成18個條帶，每個條帶(132mm×77mm)有8個(20mm×20mm)RDL基板。因此，一次曝光可以制作用于432顆芯片的144個異質集成封裝的RDL基板。圖5b、c展示了一個單獨的混合基板的正面和背面。正面有2×1512+3760=6784個焊盤(見圖5b)，用于將芯片與精細金屬L/S RDL基板進行鍵合。背面有2780個銅焊盤(直徑為300um),節(jié)距為350um(見圖5c)。這些焊盤用于互連層之間的連接。

制作精細金屬L/S RDL基板的關鍵工藝步驟如圖6所示。首先將可剝離膠膜(犧牲層)采用狹縫式涂布在臨時玻璃支撐片(515mm×550mm)上，然后采用PVD沉積一層Ti/Cu種子層，之后進行涂覆光刻膠、LDI和顯影工藝，再用ECD鍍銅，最后剝離光刻膠并刻蝕Ti/Cu層，就得到RDL3的金屬層(ML3或焊盤)。接下來繼續(xù)用狹縫式涂布PI和LDI工藝制作RDL3的介質層DL23。然后濺射Ti/Cu種子層、涂覆光刻膠、LDI、顯影、ECD鍍銅，再剝離光刻膠、刻蝕Ti/Cu種子層，得到RDL2的金屬層ML2。重復以上步驟得到RDL1的金屬層(ML1),RDL2、RDL1的介質層DL12、DL01。再次濺射Ti/Cu、涂覆光刻膠、LDI、顯影、ECD鍍銅，繼續(xù)剝離光刻膠、刻蝕Ti/Cu得到芯片的鍵合焊盤(引線)。圖7展示了144個三層(20mm×20mm)RDL基板。

圖8和圖9分別展示了(L/S=2um/2um)RDL基板頂面放大500倍和1000倍的光學顯微圖像(optical microscope，OM)以及典型的截面圖。圖10展示了RDL基板截面的典型SEM圖像。可以看到:①對于ML1，線寬(L)為1.91um、1.98um、1.91um和1.78um,接近目標值(2um),線距(S)為2.31um、2.37um和2.37um，相對接近目標值(2um)，線高(H)為3.1um 和3.1um，接近目標值(2.5um);②對于ML2,L為7.92um 和7.72um，與目標值(5um)相差較大，S為2.83um和2.84um，與目標值(5um)相差較大，H為5.61um，與目標值(3.5um)相差較大;③對于ML3，H為8.31um，也與目標值(5um)相差較大。因此還有改進的空間，例如更好地估算光刻膠、LDI、ECD銅、銅刻蝕等環(huán)節(jié)的補償量。

互連層

圖11展示了互連層。首先，在半固化片(prepreg，PP)的兩側層壓聚酯纖維(polyester，PET)，通過激光鉆孔形成通孔并將導電膠印刷填充，隨后剝離PET?；ミB層的導電膠和PP都處于半固化(β-stage)狀態(tài)。

高密度互連(HDI)印制電路板(PCB)

圖2和表4.5所示的厚度為975um的HDI PCB共8層，采用傳統(tǒng)工藝制備而成。

混合轉接板的最終組裝

首先，使用粘結劑將制作好的RDL基板與玻璃支撐片連接到有機面板上，然后將玻璃支撐片解鍵合，如圖12所示。這三層基板的關鍵最終組裝工藝步驟(見圖13)是通過熱壓鍵合實現(xiàn)的。在這三層面板基板的四個邊緣上使用了十多個銷釘來實現(xiàn)其對準和正確定位。在熱壓鍵合(層壓)后，互連層的PP和導電膠完全固化(C-stage)，銷釘被移除。然后，在混合基板的底部進行干膜層壓，并解鍵合有機面板。接下來進行銅箔刻蝕、干膜剝離、粘結劑等離子體刻蝕和表面處理。

最終組裝

在混合基板準備好之后，可以進行芯片與混合基板的鍵合和底部填充。圖14展示了在混合基板上進行的3顆芯片異質集成的典型示例。