先进封装技术(五):微凸点与混合键合

垂直堆叠需要同时建立机械连接和电气互连。微凸点依靠微小焊料连接,混合键合则让介质表面与铜焊盘在同一界面直接键合。二者代表不同的间距、表面和工艺要求。

1. 微凸点怎样工作

微凸点通常包含焊料、金属柱和底部金属层。对准后通过回流形成接点,再用底部填充材料支撑间隙并分散应力。焊料具有一定自对准和容差能力,但凸点尺寸、桥连和金属间化合物会限制继续缩小间距。

2. 混合键合为什么“混合”

混合键合界面同时包含介质—介质与铜—铜连接。表面需要极平坦、洁净并经过活化,先在低温接触,再通过后续退火增强键合。它省去传统焊料凸点,可提高互连密度并降低互连电阻与高度。

混合键合可采用 Wafer-to-Wafer、Die-to-Wafer 等路径。前者并行度高但要求上下晶圆良率和尺寸匹配,后者利于选择 Known Good Die,却增加高速高精度装片难度。

3. 关键控制点

颗粒可能撑开局部界面形成未键合区;铜凹陷或突出、介质粗糙度和晶圆翘曲都会影响接触;对准误差会缩小有效铜连接面积。清洗、表面计量、环境控制与装片精度缺一不可。

4. 不能只比较互连间距

选择方案还要考虑产能、返工、测试顺序、热预算、材料兼容和良率。微凸点工艺成熟、容差较大;混合键合密度潜力高,却把前道级洁净与平坦度要求带入组装。

5. 检测与可靠性

光学可检查表面和对准标记,红外、声学和 X-ray 可观察不同类型内部缺陷,电气 Daisy Chain 用于评估互连连续性。温度循环、湿热和机械应力测试用于验证长期可靠性。

总结

从微凸点到混合键合,不只是把连接做得更小,而是改变整个界面形成机制。更高密度的代价是更严苛的表面、洁净、对准和已知良品管理。

参考资料

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