演讲报告-顾杰斌-公开版

基于液态合金可控微切割的快速TSV技术以及在MEMS器件封装上的应用,顾杰斌博士中国科学院上海微系统与信息技术研究所,ICChina2015高峰论坛、研讨会-MEMS专场,MEMS专场,ApplicationsofTSV,TSV的广泛应用领域!,合金TSV的意义,TSV的孔径小到几微米大到几百微米不等，但对于尺寸在几十微米到几百微米之间的TSV，至今仍然没有一种高效低成本的填充方式。对于这个尺度的TSV,主流的思想是想依靠将原来微米级尺度填充的铜电镀延申应用来实现。但是对于这个尺度的TSV,电镀工艺有些“力不从心”，存在着填充速度过慢，填充过程复杂，质量难以保证等问题。电镀是一种原子层级的沉积方式，对于这个尺度的TSV从根本上讲不再是一个合适的工具。从另一种视角看，在这个尺度上，液体的表面张力成为主导其形态的主要作用力。因此以表面张力的成型能力来实现这一尺度的TSV液态合金填充是一项非常具有应用价值的研究。,“在一个给定的规模上，谨慎考虑不同力的比例因子可以揭示其中最相关的物理现象。表面张力的比例因子是S1，压力以及静电相关的力是S2，磁场力是S3，以及重力为S4。”,-MEMS:ABriefOverviewbyDavidAskew,MouserElectronics,CVD,液态合金?,丝网印刷,电镀,TSV孔径(Log10),在这个尺度上，表面张力开始主导！,不同封装应用中的TSV尺寸,合金TSV的意义,很多应用中的TSV的尺寸都落在几十微米至一、二百多微米的范围中。,“在一个给定的规模上，谨慎考虑不同力的比例因子可以揭示其中最相关的物理现象。表面张力的比例因子是，压力以及静电相关的力是，磁场力是，以及重力为。”,-MEMS:ABriefOverviewbyDavidAskew,MouserElectronics,*此表格只争对尺寸较大的TSV60um,合金TSV的意义,Liquidbridge&Pinch-offeffect,Constant-pressureLiquidbridge,Liquid,ReduceLiquidPressureCauseLiquidBridgeRupture,X,本技术使用恒压液桥的夹断效应实现液态合金的微切割。,基于Capillary-bridgepinch-offeffect的液态合金可控切割技术,常压液桥(Constant-PressureLiquidBridge),水银体温计以类似的原理工作。,Po(外部压力),Pi(内部压力),P拉普拉斯压力,吸入,切割,时间,压力,Po,Pi,填充结构图,填充过程中液态合金在喷嘴和通孔中的变化图,填充过程中的压力变化图,每个喷嘴中的断裂都是独立的，不会相互影响。,吸入与切割一起完成整个填充过程！,SimulationinSurfaceEvolver,Nozzlewithhighaspect-ratio,Nozzlewithlowaspect-ratio,Reduceliquidpressure,Reduceliquidpressure,Nozzle,Via,Via,Nozzle,120m,30m,120m,30m,喷嘴的尺寸是关键。同样的喷嘴孔径，只有长度达到一定值才能实现微切割。,ConditionforMicro-cuttingofalloy,=2,=(),=,Pressureneededtosustainliquidinvia:,Pressureneededtosustainliquidbridgeinnozzle:,=(),Workingcondition:,2,/2,喷嘴孔的孔径需要小于被填充孔的一半，喷嘴孔的高宽比要大于Pi倍。,Rupturepressureofconstant-pressureliquidbridge,=H,2=2=,Laplace-youngequation:,Constant-pressureliquid(恒压液桥),Non-wettablecapillary(不浸润毛细),Boundarycondition:,设备研制,试制设备样机,设备研制夹具,争对圆片和小片填充设计制造的夹具,液态合金填充工艺流程,填充效果(1),Top,Trailafterliquidbridgerupture,Bottom,填充效果(2),Top,Bottom,Top,Top,Bottom,Bottom,120um,填充效果(3),Top,Bottom,375um,316um,255um,193um,133um,不同孔径一次填充,填充效果(4),盲孔填充,80um,本技术的优势：,快速填充，只需几分钟。可同时填充不同孔径的通孔和盲孔可填充孔径之规格：几十微米至几百微米；无高宽比要求；对通孔密度无限制。通孔侧壁无需金属层。可扩展至任意尺寸圆片。适用基板类型：硅，玻璃，陶瓷等。使用低成本的合金。过程清洁，无污染。,MEMS封装应用,目前主流的MEMS封装形式,集成液态合金TSV的MEMS圆片级封装形式,or,简单工艺实现MEMS的TSV集成封装减小封装尺寸扩大晶圆产出率提高性能,尺寸较大无法兼容表面贴装技术(SMT),AlloyTSVafterCapping(ATAC)工艺,液态合金TSV填充,封盖,引线键合互连,使用这项技术，可以以简单工艺实现MEMS的TSV集成封装,盖板键合,再布线(RDL),TSV填充,盖板制作,UBM制作,ASIC集成,基于液态金属TSV填充技术的MEMS圆片级封装工艺图,MEMS封装应用,MEMS封装应用,MEMS封装应用,喷嘴片,正面,反面,MEMS封装应用,基于液态合金TSV的MEMS封装,其他应用,这项TS