TSV-CIS 封裝技術綜述

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邢 慄 王延明 張晨陽

瀋陽芯源微電子設備有限公司

 

摘 要:

 

TSV－CIS 封裝技術是目前先進的封裝技術，它可以有效降低中低端 CIS 封裝成本，使得晶片面積達到最小，實現晶圓級封裝。本文簡單介紹了 TSV－CIS 封裝技術工藝的背景、結構、工藝流程及瀋陽芯源公司可以應用的機臺等內容。

 

1 緒論

 

圖像傳感器是將光信號轉換為電信號的裝置。受益於照相手機(Camera Phone)的持續蓬勃發展，圖像傳感器市場未來的需求將不斷攀升。與此同時，Skype 等網絡實時通訊服務的流行、安全監控市場的興起，以及全球汽車電子的快速成長，亦為圖像傳感器創造可觀的應用規模。影像傳感晶片主要有兩種:CCD 和 CMOS，前者由光電耦合器件構成，後者由金屬氧化物器件構成。與 CCD 相比，CMOS 影像傳感器(CMOS ImageSensor 即 CIS)具有圖框顯示率快，高度的整合性(可減少周邊組件使用量，降低系統成本)，以及較低的功耗等特性，且 CIS是標準工藝製程，在製造成本、產品售價方面具有明顯的優勢，因此 CIS 近年來在照相手機應用中得到快速發展，2008 年全球CIS 出貨數首次超越 CCD 影像傳感器出貨數。未來幾年，隨著CIS 技術的發展，CCD 技術在市場中所佔比重將日益下降。

 

TSV 技術是通過晶片和晶片之間製作垂直導通，實現晶片之間互聯的最新技術。基於 TSV 技術的三維方向堆疊的集成電路封裝技術(3D IC)是目前較新的封裝技術，它具有最小的尺寸和質量，有效的降低寄生效應，改善晶片速度和降低功耗等特點。

 

從 2007 年 3 月日本的 Toshiba 公司首次展出的採用 TSV－CIS 晶圓級封裝技術開始至今，這項技術不斷吸引全球主要圖像傳感器廠商陸續投入進來。它可有效降低中低端 CIS 封裝成本，目前在 500 萬像素以下的 CIS 封裝領域已經取代傳統CSP 封裝成為主流技術。

 

瀋陽芯源公司作為國內半導體裝備製造產業鏈的龍頭企業，為 TSV－CIS 封裝技術做出了重大貢獻，芯源公司自主研發生產的勻膠顯影機、噴膠機、去膠機、清洗機、刻蝕機等多種設備均可在該工藝中發揮不可或缺的作用。

 

2 TSV－CIS 封裝技術

 

2．1 TSV－CIS 封裝技術結構

 

圖 1 是某器件的 TSV－CIS 封裝結構圖。圖中的 Si 是半導體(Si)圖像傳感器集成電路晶片。塗覆在晶片正面四周的PAD 上的樹脂牆與光學玻璃連接，並在晶片正面與光學玻璃形成空腔。將晶片正面的金屬 PAD 通過在背面打孔、金屬鍍覆、光刻刻蝕等技術垂直引向背面(即 TSV 技術)。在晶片背面將PAD 重新分布，再製作 BGA 焊錫球。這種 TSV－CIS 封裝技術使得晶片面積達到最小，實現晶圓級封裝。

 

2．2 TSV－CIS 封裝技術工藝流程

 

經過小批量、中批量的生產型實驗和不斷的研究改進，TSV－CIS 封裝技術的工藝流程基本成熟。具體概括為:1 樹脂空腔形成 －－2 樹脂牆和矽晶圓正面對準壓合－－3 矽晶圓背面減薄 －－4 矽晶圓背面正面刻蝕、劃道刻蝕－－5 矽背面盲孔製作 －－6電鍍絕緣層 －－7 盲孔處雷射打孔－－8 濺鍍鋁層 －－9 電鍍光刻膠、刻蝕鋁、去膠－－10 電鍍金屬層 －－11 形成防焊層 －－12 BGA焊錫球成型＆ 雷射打標－－13 切割 －－14 終檢 －－15 包裝出貨。

 

上述每步工藝流程又由 N 步工藝組成，需不同工藝設備完成。芯源公司自主研發生產的勻膠顯影機、噴膠機、去膠機、清洗機、刻蝕機等多種設備均可在上述工藝中發揮不可或缺的作用。下面本文列舉兩個芯源設備可應用到的工藝環節。

 

①樹脂空腔形成工藝，此步工藝流程圖為:

 

由流程圖可見，瀋陽芯源公司清洗機、勻膠顯影機可應用其中。圖 2 為此步工藝示意圖及瀋陽芯源公司設備圖片。

 

②矽晶圓背面正面刻蝕、劃道刻蝕，此工藝工藝流程圖為:

由流程圖可見，瀋陽芯源公司清洗機、勻膠顯影機可應用其中(參見圖 3)。

 

由於本文篇幅有限，而可以應用到瀋陽芯源公司設備的工藝步驟較多，其它工藝步驟本文不進行具體說明。總結如下表:

 

2．3 TSV－CIS 封裝技術工藝中 SEM 舉例圖片

 

圖 4 為 TSV－CIS 封裝技術工藝中 SEM 一些舉例圖片，分別為 Si 刻蝕、鈍化、盲孔處雷射打孔、導通線路。

 

3 結論

 

本文簡單介紹了 TSV－CIS 封裝技術工藝的背景、結構、工藝流程及瀋陽芯源公司可以應用的機臺等內容。TSV－CIS 封裝技術未來應用會更廣泛，技術會更成熟。