選擇性穿透陽(yáng)極氧化工藝的三維鋁封裝技術(shù)研究

王立春，劉米豐，吳偉偉，羅 燕，任衛(wèi)朋

（上海航天電子通訊設(shè)備研究所，上海 200240）

選擇性穿透陽(yáng)極氧化工藝的三維鋁封裝技術(shù)研究

王立春，劉米豐，吳偉偉，羅 燕，任衛(wèi)朋

（上海航天電子通訊設(shè)備研究所，上海 200240）

針對(duì)微系統(tǒng)高可靠集成需求，提出了一種三維鋁封裝集成微系統(tǒng)多功能器件的結(jié)構(gòu)和方法。通過(guò)鋁基板選擇性穿透陽(yáng)極氧化試驗(yàn)、低應(yīng)力低空洞灌封試驗(yàn)和激光側(cè)邊電路刻蝕試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了32 G固態(tài)存儲(chǔ)器集成。研究結(jié)果表明，通過(guò)致密性氧化可實(shí)現(xiàn)內(nèi)埋布線氧化終點(diǎn)的控制，采用階梯式固化可降低灌封應(yīng)力，優(yōu)化的激光參數(shù)可獲得側(cè)邊電路互連。首批試制固態(tài)存儲(chǔ)器讀寫(xiě)性成品率達(dá)73%，與同類(lèi)3D-plus存儲(chǔ)器相比，體積減少約55%，質(zhì)量減輕約40%。

微系統(tǒng)；三維鋁封裝；固態(tài)存儲(chǔ)器；陽(yáng)極氧化；灌封；激光刻蝕

國(guó)際半導(dǎo)體路線圖已清楚地顯示：在電子產(chǎn)品小型化的方面，半導(dǎo)體集成電路一直延續(xù)摩爾定律，當(dāng)進(jìn)入了納米尺度便出現(xiàn)了所謂的“線危機(jī)”，摩爾定律似乎走到了盡頭；在人與環(huán)境交互作用方面，由于個(gè)性化和多樣化的需求持續(xù)增長(zhǎng)，涌現(xiàn)出大量超越摩爾定律的元器件包括RF、無(wú)源元件、MEMS以及生物芯片等，鑒于此，迫切需要革新封裝設(shè)計(jì)、材料與工藝方法，以滿足后摩爾時(shí)代系統(tǒng)集成的要求[1-3]。隨著微電子封裝技術(shù)的進(jìn)步，在 2D基礎(chǔ)上進(jìn)一步向z方向發(fā)展的三維封裝技術(shù)，由于其極強(qiáng)的異構(gòu)能力，在系統(tǒng)級(jí)電子產(chǎn)品的小型化、功能化和智能化等方面起著至關(guān)重要的作用，已成為微電子封裝領(lǐng)域爭(zhēng)相研究和突破的熱點(diǎn)技術(shù)[4-6]。筆者首次提出了一種基于選擇性穿透陽(yáng)極氧化工藝的三維鋁封裝新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了多種功能COB（Chip on Board）堆疊集成，該技術(shù)的特別之處在于用選擇性穿透鋁陽(yáng)極氧化工藝對(duì)三維堆疊用的鋁基板進(jìn)行內(nèi)埋通柱/布線互連結(jié)構(gòu)加工。與目前其他三維封裝技術(shù)相比，該技術(shù)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)微系統(tǒng)高可靠集成，而且具有綠色低成本制造的優(yōu)勢(shì)。

1 三維鋁封裝技術(shù)及特點(diǎn)

三維鋁封裝技術(shù)是將多塊搭載不同功能芯片的陽(yáng)極氧化鋁基板（COB）在z方向堆疊、灌封，并進(jìn)行側(cè)面垂直互連，以成本降低、可靠性提高、功能性擴(kuò)展為目的的一種綠色封裝技術(shù)。其制造流程和方法如圖 1所示：首先利用選擇性穿透陽(yáng)極氧化工藝將鋁圓片氧化成內(nèi)埋鋁通柱/布線互連結(jié)構(gòu)的鋁基板[7]；在鋁基板上貼裝芯片，采用鋁引線鍵合，實(shí)現(xiàn)芯片與鋁基板互連，制作出鋁基COB基板；將多塊鋁基COB基板堆疊灌封制作出三維灌封立方體；再對(duì)三維灌封立方體進(jìn)行表面金屬化，最后激光直寫(xiě)電路圖形，實(shí)現(xiàn)側(cè)面垂直互連。

圖1 三維微系統(tǒng)鋁封裝流程Fig.1 The schematic diagram of 3D aluminum package process

三維鋁封裝技術(shù)顯著特點(diǎn)如下：

（1）低成本綠色封裝。三維鋁封裝使用的主體材料為鋁圓片，使用選擇性穿透陽(yáng)極氧化工藝一次陽(yáng)極氧化制作出內(nèi)埋鋁通柱/鋁導(dǎo)體互連結(jié)構(gòu)的鋁基板，工藝簡(jiǎn)潔，鋁基板輕薄且避免了其他基板制作開(kāi)孔、填孔等繁瑣工藝以及腐蝕工藝產(chǎn)生的污染問(wèn)題。

（2）功能擴(kuò)展空間大。三維鋁封裝通過(guò)鋁基板上增設(shè)圍壩隔離結(jié)構(gòu)，便于在z方向上自由地實(shí)現(xiàn)鋁基COB基板精準(zhǔn)堆疊，每塊鋁基COB基板上貼裝不同功能的芯片或芯片組，堆疊骨架結(jié)構(gòu)經(jīng)灌封、表面金屬化、激光直寫(xiě)電路，使其在z軸方向上形成信號(hào)連通，從而實(shí)現(xiàn)了微系統(tǒng)的多功能異質(zhì)集成。

（3）互連可靠性高。三維鋁封裝互連分為封裝體的內(nèi)部引線互連和側(cè)面 T型互連，由于采用內(nèi)埋鋁通柱/鋁導(dǎo)體互連結(jié)構(gòu)的鋁基板，鋁引線鍵合實(shí)現(xiàn)了芯片與基板間的多界面同質(zhì)金屬 Al/Al高可靠互連，克服了多界面異質(zhì)金屬連接存在的可靠性問(wèn)題。側(cè)面T型互連鋁端子表面鍍覆Ni/Cu/Ni/Au膜層，形成了Al-Ni金屬T型互連，與易產(chǎn)生Kirkendall孔洞缺陷異質(zhì)Al/Au金屬連接相比，Al/Ni連接是一種高可靠的異質(zhì)金屬連接[8-9]。

（4）環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)。三維鋁封裝為空間應(yīng)用提供了一種抗輻射加固封裝，三維鋁封裝結(jié)構(gòu)材料是鋁基板和圍壩，利用薄膜沉積技術(shù)在其表面上沉積一層一種高原子序數(shù)重疊或一種由高低原子序數(shù)混合匹配的金屬膜，比如Ta、W、Ta/Cu、W/Cu等，形成具有很好的抗輻射加固作用的腔體結(jié)構(gòu)，三維封裝立方體表面金屬化 Ni/Cu/Au，進(jìn)一步提高了抗輻射加固作用，增強(qiáng)了微系統(tǒng)的空間適應(yīng)能力。

2 三維鋁封裝關(guān)鍵技術(shù)

從圖 1來(lái)看，主要制造工序有內(nèi)埋布線鋁基板制造、鋁基板COB制造、三維堆疊與灌封、堆疊立方體表面處理、堆疊立方體側(cè)面金屬化與側(cè)面垂直互連。其中，鋁基板穿透陽(yáng)極氧化技術(shù)、低應(yīng)力低空洞灌封技術(shù)和激光無(wú)碳化刻蝕技術(shù)是三維鋁封裝集成固態(tài)存儲(chǔ)器的關(guān)鍵技術(shù)。

2.1 鋁基板選擇性穿透陽(yáng)極氧化技術(shù)

內(nèi)埋布線鋁基板用作芯片載體，內(nèi)埋布線鋁導(dǎo)體一端子與存儲(chǔ)器芯片連接，另一側(cè)面互連端子與其他基板的側(cè)面互連端子垂直互連，內(nèi)埋鋁布線和互連端子采用穿透性陽(yáng)極氧化技術(shù)生成，控制內(nèi)埋鋁布線間短路和鋁導(dǎo)帶的斷路至關(guān)重要，為此需要從以下幾方面加以控制，消除內(nèi)埋布線鋁基板的內(nèi)埋鋁布線間短路和鋁導(dǎo)帶的斷路。

2.1.1 穿透絕緣氧化終點(diǎn)控制

多孔型氧化膜是生長(zhǎng)過(guò)程中自組織作用的結(jié)果，其結(jié)果可用 Keller模型來(lái)描述，其生長(zhǎng)速率理論可用法拉第定律來(lái)計(jì)算[10]：

式中：a為常數(shù)，a=3.45×10-3μm·m2·A-1·s-1；j是電流密度。對(duì)于鋁圓片而言，由于鋁圓片表面電場(chǎng)不同，造成電流密度分布不均勻，進(jìn)而導(dǎo)致了穿透性氧化終點(diǎn)不一致。圖2(a)為常規(guī)穿透陽(yáng)極氧化的氧化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及該結(jié)構(gòu)下鋁圓片表面電場(chǎng)強(qiáng)度分布有限元仿真結(jié)果，可得鋁圓片氧化時(shí)表面的電場(chǎng)強(qiáng)度最大值與最小值的比值為1.7:1；圖2(b)為在陰陽(yáng)極之間增設(shè)電場(chǎng)均勻化擋板的穿透陽(yáng)極氧化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及該結(jié)構(gòu)下鋁圓片表面電場(chǎng)強(qiáng)度分布有限元仿真結(jié)果，可知通過(guò)陰陽(yáng)極間增設(shè)均勻化擋板，可使鋁圓片表面電場(chǎng)強(qiáng)度最大值與最小值之比降至 1.3:1，明顯改善了鋁圓片表面電場(chǎng)強(qiáng)度的不均勻性問(wèn)題。同時(shí)，還通過(guò)電解液溫度均勻控制、陽(yáng)極移動(dòng)等辦法，使得鋁圓片表面電流密度分布均勻，使穿透絕緣氧化終點(diǎn)的一致性得到較好的控制，消除鋁導(dǎo)帶間的短路問(wèn)題。

圖2 穿透陽(yáng)極氧化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與電場(chǎng)仿真Fig.2 Penetrating anodization system and the electric field simulation

穿透絕緣氧化終點(diǎn)一致性控制還依賴于鋁圓片的厚度均勻性。圖3(a)為未經(jīng)表面處理的鋁圓片制作出的內(nèi)埋布線鋁基板透光照片，由于鋁圓片周邊區(qū)域厚度薄，穿透絕緣氧化終點(diǎn)會(huì)提前到達(dá)，而鋁圓片中心區(qū)域厚度厚，穿透絕緣氧化終點(diǎn)會(huì)遲后到達(dá)，這導(dǎo)致穿透絕緣氧化終點(diǎn)的不一致。穿透絕緣氧化終點(diǎn)的不一致會(huì)導(dǎo)致氧化膜底下殘存一層鋁膜，引起鋁導(dǎo)帶間的短路。圖3(b)為采用化學(xué)機(jī)械拋光的鋁圓片制作出的內(nèi)埋布線鋁基板透光照片，由于將 4′鋁圓片整片厚度精度控制在±10 μm的范圍內(nèi)，較好地滿足了穿透絕緣氧化終點(diǎn)控制一致性要求，整個(gè)圓片透光程度較為均勻，不存在導(dǎo)體間的短路現(xiàn)象。導(dǎo)體間的絕緣電阻經(jīng)測(cè)試均大于 1011Ω，滿足GJB548B—2005方法1003絕緣電阻的要求。

圖3 內(nèi)埋布線鋁基板透光照片F(xiàn)ig.3 Transmittance graphs of aluminum substrate with embedded conductors

2.1.2 掩膜圖形完整性控制

內(nèi)埋布線鋁基板中的鋁導(dǎo)帶是用致密型氧化膜臨時(shí)掩膜氧化而成的。用作臨時(shí)掩膜的致密型氧化膜是用光刻膠掩膜在電解液中致密型陽(yáng)極氧化生成的。圖 4是為光刻膠掩膜圖形完整性對(duì)內(nèi)埋布線鋁基板結(jié)構(gòu)影響的光學(xué)顯微鏡照片。由于涂膠過(guò)程中光刻膠中的氣泡或光刻膠下多余物會(huì)破壞臨時(shí)掩膜的圖形完整性，形成多余的致密型氧化膜，從而在穿透絕緣氧化時(shí)形成殘存鋁膜造成導(dǎo)帶間短路，如圖4(a)所示。為消除此問(wèn)題，應(yīng)在涂膠前用等離子體或超聲清洗鋁圓片表面的多余物，涂覆光刻膠應(yīng)避免空氣的引入，從而避免了多余臨時(shí)掩膜的形成，如圖4(b)所示。

圖4 臨時(shí)掩膜缺陷與完整掩膜穿透陽(yáng)極氧化后導(dǎo)體圖形對(duì)比Fig.4 Comparison between conductor pattern anodized with temporary mask and integrated mask

圖5 臨時(shí)掩膜殘缺與完整掩膜穿透陽(yáng)極氧化后導(dǎo)體圖形對(duì)比Fig.5 Comparison between conductor pattern anodized with temporary mask and integrated mask

圖 5為臨時(shí)掩膜陽(yáng)極氧化過(guò)程中形成的氣泡對(duì)內(nèi)埋布線鋁基板結(jié)構(gòu)影響的光學(xué)顯微鏡照片。主要是由于臨時(shí)掩膜殘缺引起的，在致密陽(yáng)極氧化時(shí)，由于光刻膠存在一定疏水特性，較臨近的光刻膠側(cè)壁之間的氣泡難以釋放，使得本應(yīng)用作臨時(shí)掩膜的鋁表面未能致密型氧化，形成了臨時(shí)掩膜殘缺，導(dǎo)致鋁圓片在后續(xù)穿透陽(yáng)極氧化時(shí)形成內(nèi)埋鋁導(dǎo)帶斷路，如圖5(a)所示。針對(duì)內(nèi)埋鋁導(dǎo)帶斷路，在致密型陽(yáng)極氧化時(shí)，采用攪拌以增加電解的流動(dòng)性，驅(qū)趕相鄰光刻膠側(cè)壁間的氣泡，消除了臨時(shí)掩膜的缺陷，保證了內(nèi)埋鋁導(dǎo)帶無(wú)斷路發(fā)生，如圖5(b)所示。

2.2 低應(yīng)力低空洞灌封技術(shù)

多個(gè)單片鋁基COB通過(guò)堆疊形成三維堆疊骨架結(jié)構(gòu)，要形成較高的機(jī)械強(qiáng)度和良好電氣互連，就必須對(duì)三維堆疊骨架結(jié)構(gòu)進(jìn)行灌封工藝處理?？紤]到與母板PCB材料和鋁基COB的熱膨脹系數(shù)的匹配，灌封材料選擇含質(zhì)量分?jǐn)?shù) 71%硅微粒填充的環(huán)氧樹(shù)脂材料。但是如果其灌封工藝使用不當(dāng)，三維堆疊骨架灌封體內(nèi)部會(huì)有縮孔和局部分層空隙等缺陷。圖6(a)為三維堆疊骨架灌封體內(nèi)部的縮孔缺陷，該缺陷在堆疊基板之間，圖6(b)為基板與環(huán)氧灌封體之間存在的分層缺陷。缺陷會(huì)影響器件的力學(xué)性能和電氣互連可靠性，甚至損壞芯片等元器件，為此應(yīng)采取措施以清除上述存在的缺陷。

圖6 三維灌封的常見(jiàn)缺陷Fig.6 The common defects of 3D encapsulating

2.2.1 熱真空灌封

從工藝角度分析，造成三維灌封體內(nèi)縮孔和局部分層從灌封工藝分析主要有以下三個(gè)方面原因：

（1）三維堆疊骨架內(nèi)或者模具內(nèi)含水汽，但真空度小于水蒸氣的飽和蒸汽壓時(shí)，汽化形成環(huán)氧樹(shù)脂縮孔缺陷；

（2）灌封時(shí)真空度不夠高，三維堆疊骨架結(jié)構(gòu)間隙空氣未能完全排除，形成環(huán)氧樹(shù)脂包圍空氣缺陷；

（3）三維堆疊骨架結(jié)構(gòu)預(yù)熱不充分，環(huán)氧樹(shù)脂膠粘稠度未能充分降低，使其不能很好地浸潤(rùn)三維堆疊結(jié)構(gòu)。

針對(duì)以上灌封缺陷問(wèn)題，采用溫度60 ℃、熱真空灌封工藝控制封裝體內(nèi)水汽及空氣，同時(shí)調(diào)整灌封溫度以使灌封膠充分浸潤(rùn)堆疊結(jié)構(gòu)，以此來(lái)解決三維灌封體內(nèi)的縮孔和局部分層缺陷問(wèn)題。

2.2.2 階梯式固化

三維堆疊體內(nèi)空洞和局部分層等缺陷跟熱固化過(guò)程關(guān)系密切。環(huán)氧樹(shù)脂膠固化過(guò)程是熱化學(xué)交聯(lián)反應(yīng)過(guò)程，從化學(xué)交聯(lián)反應(yīng)開(kāi)始到微觀網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的完全形成是物質(zhì)由液態(tài)相變成固態(tài)相的一個(gè)過(guò)程，會(huì)產(chǎn)生化學(xué)收縮。對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂膠采取一次高溫固化，不僅會(huì)引發(fā)過(guò)高的放熱峰損壞元器件，還會(huì)使三維堆疊骨架產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力，造成縮孔和局部空隙體內(nèi)的縮孔和局部分層等缺陷，影響互連的可靠性。

對(duì)三維堆疊骨架的灌封，必須注意固化速率和固化溫度的匹配，采取階梯式固化方式，具體做法：80 ℃/3 h，90 ℃/2 h，110 ℃/1 h，150 ℃/1 h。通過(guò)分段式固化，使化學(xué)交聯(lián)反應(yīng)緩慢進(jìn)行，反應(yīng)熱逐漸釋放，環(huán)氧樹(shù)脂膠粘度增長(zhǎng)和體積收縮平緩進(jìn)行，有效地消除縮孔和局部空隙體內(nèi)縮孔和局部分層缺陷。圖7為分段固化完成的三維封裝灌封體的斷面，在斷面處沒(méi)發(fā)現(xiàn)縮孔和分層缺陷。

圖7 三維封裝灌封體斷面Fig.7 The cross-section of 3D encapsulation

2.3 三維側(cè)面互連技術(shù)

三維側(cè)面互連用于多塊鋁基COB和一塊含引腳的PCB底座堆疊灌封的電氣連接，金屬化膜層的附著力以及激光雕刻都會(huì)影響垂直互連的可靠性，因此，一方面需要對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂層表面進(jìn)行機(jī)械粗化處理，增強(qiáng)機(jī)械鎖合能力，提高金屬化膜層的附著力；另一方面改進(jìn)激光雕刻工藝，降低激光加工的熱效應(yīng)，消除有機(jī)物碳化引發(fā)的短路。

2.3.1 表面金屬化膜層附著力控制

一般地，膜層與襯底的附著力主要是機(jī)械鎖合、范德華力和化學(xué)鍵合三個(gè)方面機(jī)理的綜合作用。三維灌封體表面是由環(huán)氧樹(shù)脂、多孔型氧化鋁和鋁構(gòu)成的復(fù)合表面，其中環(huán)氧樹(shù)脂占據(jù)了三維灌封體表面絕對(duì)多的面積，表面金屬化采用化學(xué)鍍/電鍍的方式，膜層與襯底的附著力依賴于機(jī)械鎖合和范德華力共同作用。圖 8為未噴砂三維封裝灌封體表面粗糙度以及結(jié)合力情況，圖8(a)的粗糙度測(cè)試顯示未完成噴砂粗化的表面粗糙度中算術(shù)平均偏差 Ra約為0.67 μm，極限偏差Rt約為14 μm，圖8(b)顯示該粗糙度下進(jìn)行的金屬化層結(jié)合力較差，容易發(fā)生金屬化層的剝離。

為提高膜層的結(jié)合力，在進(jìn)行化學(xué)鍍之前，用9 μm的SiC粉末進(jìn)行噴砂粗化以提高環(huán)氧樹(shù)脂表面粗糙度。圖 9為噴砂三維封裝灌封體表面粗糙度以及結(jié)合力情況，圖9(a)的粗糙度測(cè)試顯示未完成噴砂粗化的表面粗糙度中算術(shù)平均偏差Ra約為1.50 μm，極限偏差Rt約為16 μm，由此可知，在極限偏差相近的情況下，噴砂能夠提高表面的算術(shù)平均偏差，提高表面粗糙度。并且通過(guò)測(cè)量的圖像可知，噴砂的表面較未完成噴砂的表面均勻性更好。圖9(b)顯示噴砂粗化的表面金屬化層結(jié)合力較好，由此可證明，噴砂處理能夠增加金屬薄膜與環(huán)氧基體的機(jī)械結(jié)合和物理結(jié)合作用力，從而綜合提高結(jié)合力。

圖8 未噴砂三維封裝灌封體表面粗糙度以及結(jié)合力情況Fig.8 The roughness and binding force of metallic surface without sand blasting

圖9 噴砂三維封裝灌封體表面粗糙度以及結(jié)合力情況Fig.9 The roughness and binding force of metallic surface with sand blasting

2.3.2 激光無(wú)碳化刻蝕

固態(tài)存儲(chǔ)器立方體側(cè)面金屬化后，為了實(shí)現(xiàn)固態(tài)存儲(chǔ)器的電氣功能，需對(duì)固態(tài)存儲(chǔ)器立方體側(cè)面金屬化的引出端子進(jìn)行重布線，刻蝕出電路圖形，紫外激光直寫(xiě)電路圖形是實(shí)現(xiàn)固態(tài)存儲(chǔ)器立方體側(cè)面金屬化互連的有效途徑。為了得到導(dǎo)體間絕緣的目的，需要用紫外激光將導(dǎo)體間的金屬化層完全去除，并同時(shí)避免金屬化層下環(huán)氧樹(shù)脂在紫外激光作用下發(fā)生碳化，造成互連導(dǎo)體間的短路，這就需要探求合適的紫外激光直寫(xiě)電路的工藝參數(shù)。

取不同的Ra約為1.5 μm工藝參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)，第一組激光脈沖頻率為3 000 Hz，占空比150，功率為0.592 W，第二組激光脈沖頻率為60 000 Hz，占空比350，功率為0.98 W，激光移動(dòng)速率均為2 m/min，所得側(cè)面布線如圖10所示。對(duì)試驗(yàn)樣品兩側(cè)方塊之間的電阻進(jìn)行測(cè)量，將探針?lè)謩e放置在區(qū)域 1和區(qū)域2處，測(cè)得第一組試驗(yàn)圖形的電阻為1.33×1012Ω，第二組試驗(yàn)圖形的電阻為1×108Ω。這是因?yàn)樵诩す庾饔孟?，金屬層吸收光子能量，引起材料中的帶電粒子振?dòng)而轉(zhuǎn)化為自由電子動(dòng)能，在材料表面產(chǎn)生熱效應(yīng)，使金屬熔化蒸發(fā)。而金屬層下的環(huán)氧樹(shù)脂與激光的作用過(guò)程較為復(fù)雜，當(dāng)光子能量低于材料的化學(xué)鍵能時(shí)，其相互作用機(jī)理過(guò)程是光熱轉(zhuǎn)換過(guò)程，屬于熱加工機(jī)制去除材料；而當(dāng)光子能量高于材料的化學(xué)鍵能時(shí)，激光光子可以使材料的化學(xué)鍵直接斷裂，使局部區(qū)域的體積迅速膨脹“爆炸”，原子或其他基團(tuán)直接脫離樣品表面，達(dá)到迅速去除材料的目的，其相互作用機(jī)理過(guò)程是光化學(xué)過(guò)程，屬于“冷”加工機(jī)制。由于第二組參數(shù)脈沖頻率較高，脈沖周期小于環(huán)氧樹(shù)脂的熱弛豫時(shí)間，激光刻蝕產(chǎn)生的熱量將逐漸積累，加劇激光和環(huán)氧樹(shù)脂的光熱作用，造成碳化，因此第二組參數(shù)所得圖形電阻遠(yuǎn)小于第一組參數(shù)所得電阻。

圖10 不同激光刻蝕參數(shù)試驗(yàn)對(duì)比圖Fig.10 The patterns with different laser ablation parameters

通過(guò)對(duì)紫外激光刻蝕電路的工藝參數(shù)優(yōu)化，選擇激光脈沖頻率3 000 Hz、占空比150、刀具半徑設(shè)置為50 μm、加工線速度為2 m/min的激光直寫(xiě)電路工藝參數(shù)，對(duì)固態(tài)存儲(chǔ)器立方體側(cè)面金屬化表面進(jìn)行紫外激光刻蝕電路，導(dǎo)體間的絕緣電阻滿足 GJB 548B—2005方法1003絕緣電阻的要求。

3 結(jié)論

采用三維鋁封裝技術(shù)小批量試制首件45只32 G固態(tài)存儲(chǔ)器，經(jīng)測(cè)試33只通過(guò)了讀寫(xiě)性能測(cè)試，讀寫(xiě)合格率達(dá) 73%。在體積和質(zhì)量方面，與同類(lèi)產(chǎn)品3D-plus相比，體積減小約40%，質(zhì)量減小約55%。結(jié)果表明：

（1）對(duì)鋁圓片表面電場(chǎng)和厚度均勻性控制，鋁穿透陽(yáng)極氧化終點(diǎn)一致性得到了控制，采用等離子體清洗和增強(qiáng)電解液流動(dòng)性，消除臨時(shí)掩模缺陷，內(nèi)埋鋁導(dǎo)體間絕緣電大于1011Ω，滿足GJB 548B—2005方法1003絕緣電阻的要求；

（2）采用熱真空灌封和階梯式固化，三維鋁封裝立方體斷面不存在縮孔和分層缺陷；

（3）采用噴砂粗化處理，灌封體表面粗糙度Ra由0.67 μm提高到1.50 μm，金屬化膜層附著牢固；使用紫外低脈沖頻率（3 000 Hz），可實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂的冷加工，激光刻蝕導(dǎo)體電阻大于1012Ω。

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（編輯：陳渝生）

3D aluminum packaging with selective penetrating anodization technology

WANG Lichun, LIU Mifeng, WU Weiwei, LUO Yan, REN Weipeng

(Shanghai Aerospace Electronic and Communication Equipment Research Institute, Shanghai 200240, China)

To achieve high reliable and highly integrated microsystems, a 3D aluminum packaging structure and method were proposed for integration of multifunctional microsystems. Selective penetrating anodization of aluminum substrate, encapsulating with low stress and low porosity and laser ablation without carbide were systematically investigated. The integration of a 32 G solid state memory was realized successfully. The results show that the end point of anodization can be controlled by dense oxidation. The stress in encapsulating is suppressed by multistep curing temperature. The circuit connection on the side is achieved with optimized laser parameters. And 73% of the first batch samples own qualified read-write performance. Compared with similar 3D-plus memory, the solid state memory is 55% smaller and 40% lighter.

microsystems; 3D aluminum packaging; solid state memory; anodization; encapsulating; laser ablation

10.14106/j.cnki.1001-2028.2016.12.014

TN604

A

1001-2028（2016）12-0061-06

2016-10-09

王立春

國(guó)家科技重大專項(xiàng)項(xiàng)目(課題級(jí))（No. 2014ZX02501016）

王立春（1967-），男，安徽定遠(yuǎn)人，研究員，從事微電子封裝技術(shù)研究，E-mail: wanglichun0482@163.com 。

時(shí)間：2016-11-29 11:41:41

http://www.cnki.net/kcms/detail/51.1241.TN.20161129.1141.014.html