柔性互连技术文献综述:21.2相关调研

随着区域阵列封装时代的到来和人们对热机械可靠性的越发重视，一个有希望的解决方案就是增加互连的机械柔性，从而允许更多的由热膨胀系数不匹配引起的差异位移。几种不同型号的高水平柔性互连已经商业化了，或者当前正在研发中。在本节，我们将简单讨论每一种柔性互连（见表21.2）。

表21.2 目前芯片外柔性互连技术的总结

1995年，美国Tessera公司就开发出了μBGA^TM柔性技术^[9，10]。这种金属柔性互连（或缎带）是通过对有机弹性基板上的金属层进行塑性而形成的。然后，通过在芯片和基板之间注入低弹性模量的合成橡胶，把柔性互连垂直地延伸至芯片上的自由支撑点，从而实现互连与芯片的键合。之后，在弹性基板的另一侧焊上焊点。这种技术的一个优势是，所有的制造过程都能在晶圆级别进行。因此，每单位的制造成本和时间能够大幅度地减少。

WAVE^TM（大面积垂直扩展）技术是美国Tessera公司的第二代柔性封装技术。其低模数的柔性层吸收了大部分由热膨胀系数不同造成的封装变形，因此减小了焊球上的应力。应力的减小使得该技术不需要底部填充胶^[11]。然而，由于这项技术与TAB之间的相似性，因而通过它只能生成周边阵列。并且，间距的尺寸和输入/输出密度也受到限制。此外，该技术需要对合成橡胶层进行分散，这也导致更多的成本和时间花费。(www.xing528.com)

微弹簧技术（MicroSpring^TM）互连技术是由美国FormFactor公司研发出来的。3D微弹簧技术互连是在板外方向通过线键合方法形成互连。每一个微弹簧的形成过程如下：首先，所需位置，放置一个特殊设计和造型的线键合；然后，再通过电镀加厚线键合使之转变成一个弹簧。电镀合金保证了弹簧的强度，而最外面的金层则保证了稳定的电学连接^[12]。微弹簧技术具有较小的法向力、微间距、高引线数阵列和无底部填充等特征，而这些特性都是当前和将来的微电子封装所需要的^[13]。然而，由于线键合工艺的限制，其间距尺寸被限制在100μm的范围内。它的另一个不足之处是，其制造过程是一个顺序化过程，因而其制造成本较高，制造周期较长，这些都需要改进。

美国佐治亚理工学院的互连中心（Interconnect Focus Center，IFC）提出了一个被称为接线海（Sea Of Leads，SOL）的柔性连接结构^[14-16]。通过这项技术，能用较低的成本进行柔性晶圆级封装（Compliant Wafer Level Packaging，CWLP）。在其制造过程中，在一层已造型的牺牲聚合物（patterned sacrificial polymer）上沉积一层外表聚合物。这个牺牲聚合物层在随后阶段受热分解，从而在外表聚合物中形成空气间隙。而这些空气间隙能提高引线的垂直柔性。随后，通过光刻法对弯曲的金引线进行造型，并通过电镀沉积方法沉积生成这些金引线。接线海的制造和标准与IC的制造方法相兼容。它满足较小的间距尺寸和不需要底部填充等要求，并能确保热机械的可靠性。

螺旋互连技术是由美国佐治亚理工学院封装技术可靠性计算机辅助仿真（Computer-Aided Simulation of Packaging Reliability，CASPaR）实验室研发出的一种螺旋柔性互连^[17-19]。其制造过程的基础是微机电系统（MEMS）类、高深宽比通孔的成型技术和电镀技术。其结构是逐层建立的，每一层的几何结构是在一个光刻掩模上设计的。首先，通过光刻法在光刻胶中形成第一层的孔洞，然后通过电镀法在这些孔洞中生长金属；当第一层完成之后，第二层也通过同样的过程重复得到，以此类推。而焊接材料和其阻碍层则通过电镀沉积在最后一层。最终，当所有层都形成之后，用干刻蚀工艺移除光刻胶，使整个结构变成无支撑结构。螺旋结构能通过晶圆级的制造工艺得到。其制造过程与标准IC的制造过程完全一致。光刻法保证了制造过程中对微间距和小尺度的控制。由于材料良好的机械柔性，因此该结构不需要底部填充材料来缓和热应力/应力集中。螺旋形互连在垂直方向和板内方向的柔性都大于10mm/N^[17]。一种被称为弹性连接（FlexConnect）的改进型螺旋互连技术也正在研发当中，它将减少制造所需的步骤^[20]。