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标题 TSV—CIS封装技术综述
范文

    邢栗 王延明 张晨阳

    摘 要:TSV-CIS封装技术是目前先进的封装技术,它可以有效降低中低端CIS封装成本,使得芯片面积达到最小,实现晶圆级封装。本文简单介绍了TSV-CIS封装技术工艺的背景、结构、工艺流程及沈阳芯源公司可以应用的机台等内容。

    关键词:TSV-CIS封装技术;工艺流程

    1 绪论

    图像传感器是将光信号转换为电信号的装置。受益于照相手机(Camera Phone)的持续蓬勃发展,图像传感器市场未来的需求将不断攀升。与此同时,Skype 等网络实时通讯服务的流行、安全监控市场的兴起,以及全球汽车电子的快速成长,亦为图像传感器创造可观的应用规模。影像传感芯片主要有两种:CCD 和CMOS,前者由光电耦合器件构成,后者由金属氧化物器件构成。与CCD 相比,CMOS 影像传感器(CMOS Image Sensor即CIS)具有图框显示率快,高度的整合性(可减少周边组件使用量,降低系统成本),以及较低的功耗等特性,且CIS是标准工艺制程,在制造成本、产品售价方面具有明显的优势,因此CIS近年来在照相手机应用中得到快速发展,2008 年全球CIS出货数首次超越CCD 影像传感器出货数。未来几年,随着CIS技术的发展,CCD 技术在市场中所占比重將日益下降。

    TSV技术是通过芯片和芯片之间制作垂直导通,实现芯片之间互联的最新技术。基于TSV技术的三维方向堆叠的集成电路封装技术(3D IC)是目前较新的封装技术,它具有最小的尺寸和质量,有效的降低寄生效应,改善芯片速度和降低功耗等特点。

    从2007年3月日本的Toshiba公司首次展出的采用TSV-CIS晶圆级封装技术开始至今,这项技术不断吸引全球主要图像传感器厂商陆续投入进来。它可有效降低中低端CIS封装成本,目前在500万像素以下的CIS封装领域已经取代传统CSP封装成为主流技术。

    沈阳芯源公司作为国内半导体装备制造产业链的龙头企业,为TSV-CIS封装技术做出了重大贡献,芯源公司自主研发生产的匀胶显影机、喷胶机、去胶机、清洗机、刻蚀机等多种设备均可在该工艺中发挥不可或缺的作用。

    2 TSV-CIS封装技术

    2.1 TSV-CIS封装技术结构

    图1是某器件的TSV-CIS封装结构图。图中的 Si是半导体(Si)图像传感器集成电路芯片。涂覆在芯片正面四周的PAD上的树脂墙与光学玻璃连接,并在芯片正面与光学玻璃形成空腔。将芯片正面的金属PAD通过在背面打孔、金属镀覆、光刻刻蚀等技术垂直引向背面(即TSV技术)。在芯片背面将PAD重新分布,再制作BGA焊锡球。这种TSV-CIS封装技术使得芯片面积达到最小,实现晶圆级封装。

    2.2 TSV-CIS封装技术工艺流程

    经过小批量、中批量的生产型实验和不断的研究改进,TSV-CIS封装技术的工艺流程基本成熟。具体概括为:1树脂空腔形成--2树脂墙和硅晶圆正面对准压合--3硅晶圆背面减薄--4硅晶圆背面正面刻蚀、划道刻蚀--5硅背面盲孔制作--6电镀绝缘层--7盲孔处激光打孔--8溅镀铝层--9电镀光刻胶、刻蚀铝、去胶--10电镀金属层--11形成防焊层--12 BGA焊锡球成型&激光打标--13切割--14终检--15包装出货。

    上述每步工艺流程又由N步工艺组成,需不同工艺设备完成。芯源公司自主研发生产的匀胶显影机、喷胶机、去胶机、清洗机、刻蚀机等多种设备均可在上述工艺中发挥不可或缺的作用。下面本文列举两个芯源设备可应用到的工艺环节。

    ①树脂空腔形成工艺,此步工艺流程图为:

    由流程图可见,沈阳芯源公司清洗机、匀胶显影机可应用其中。图2为此步工艺示意图及沈阳芯源公司设备图片。

    ②硅晶圆背面正面刻蚀、划道刻蚀,此工艺工艺流程图为:

    由流程图可见,沈阳芯源公司清洗机、匀胶显影机可应用其中(参见图3)。

    由于本文篇幅有限,而可以应用到沈阳芯源公司设备的工艺步骤较多,其它工艺步骤本文不进行具体说明。总结如下表:

    2.3 TSV-CIS封装技术工艺中SEM举例图片

    图4为TSV-CIS封装技术工艺中SEM一些举例图片,分别为Si刻蚀、钝化、盲孔处激光打孔、导通线路。

    3 结论

    本文简单介绍了TSV-CIS封装技术工艺的背景、结构、工艺流程及沈阳芯源公司可以应用的机台等内容。TSV-CIS封装技术未来应用会更广泛,技术会更成熟。

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更新时间:2025/3/17 6:52:12