《炬丰科技-半导体工艺》多层薄膜封装工艺
书籍：《炬丰科技-半导体工艺》
文章：多层薄膜封装工艺
编号：JFKJ-21-353
作者：炬丰科技
摘要
始于20世纪80年代初期的IBM公司就致力于为高端与经济性系统开发与实施多层薄膜技术。该类铜聚合物与铝聚合物的多层膜技术已在硅基、氧化铝及玻璃陶瓷等基底材料上成功实现了应用。不同类型的 MLTF 实现情况包括：
基于单芯片和双芯片应用需求，在干压氧化铝基底上实现了双层Cu-聚酰亚胺互连网络，并通过聚酰亚胺材料的湿式蚀刻工艺与Cr-Cu-Cr fbr布线相结合完成了减法光刻工艺。
在氧化铝基底及玻璃陶瓷基底的多层平面中涂覆一层铜聚酰亚胺后，在其表面形成了一层致密保护膜。随后通过激光烧蚀技术，在 fbr 材质上刻蚀出对应位置的通孔区域。接着采用 Cr-Cu-Cr 淬火并结合减法蚀刻工艺进行线路规划，在 fbr 上实现各芯片间的互联导线布局。同时，在焊盘区域进行去毛刺处理以确保接触面的清洁度与可靠性。
硅基板上的多层 Abpolyimide 多芯片互连基底, 采用反应离子蚀刻 F/BR 技术确定过孔结构, 铝 F/BR 布线的减法蚀刻工艺, 通过掩膜蒸发实现焊盘分布
玻璃-陶瓷基板上的4至5层平面铜聚酰亚胺互连结构，在光学显微镜下观察到该材料具有良好的均匀性。通过激光刻蚀、光敏化学显微镜下显影以及表贴法电镀等方法，在光学显微镜下观察到该基板具有均匀且规则分布的4至5层平面铜聚酰亚胺互连结构。
多层非平面铜聚酰亚胺互连结构在氧化铝、硅和微晶玻璃基板上实现了有效的通孔布置。通过激光烧蚀技术或基于光敏聚酰亚胺的光刻方法来实现通孔布置。采用电镀工艺或优化蚀刻工艺来完成布线布局，并通过附加电镀光纤键合垫来完成连接固定。
本文阐述了这类薄膜技术的发展历程及其工艺方案的选择。文中分析了其优势，并探讨了各方案背后的决定因素。
金属化陶瓷聚酰亚胺结构与工艺
金属化陶瓷聚酰亚胺可作为一种针栅阵列芯片载体。MCP 基板则由1.5毫米厚的穿孔干压氧化铝陶瓷晶片构成，并具有2.5毫米宽幅的针孔分布。为了实现芯片I/O 的互联至模块引脚（图1），在聚酰亚胺层之间设置了两层Cr-Cu-Cr 布线网络。这些布线与介电层共同构成了完整的电路结构，并通过薄膜技术精确地定义了其空间布局。在聚酰亚胺电介质中，通过湿法蚀刻工艺在通孔位置进行了限定性处理。而布线层与焊盘则采用了Cr-Cu*Cr减法蚀刻工艺来进行精确定位和固定。相比之下，在上一代技术中即为金属化陶瓷（MC）体系，在该体系中仅采用一层Cr-Cu-Cr减法蚀刻来形成布线结构（如图2所示）。
ES 9000 处理器的薄膜结构和工艺
该处理器模块旨在为大型机系统设计。该处理器模块基于膜状和陶瓷材料的技术革新而发展而来。这些改进涵盖了性能、稳定性和效率等多个方面。
- 127 毫米多层玻璃陶瓷/铜共烧基板
- 多层铜/聚酰亚胺薄膜结构
a)用于通孔图案化的投影激光烧蚀
b)用于平面化的机械抛光
c)用于修复薄膜开口的激光化学气相沉积
用于修复薄膜短路的激光烧
通过铜聚酰亚胺 MLTF 共形
自引入基于ES 9000处理器基板及铝聚酰亚胺多层薄膜（MLTF）的开发以来，在工艺技术和结构设计方面已取得了一定进展。这些改进不仅降低了制造工艺成本及工具费用，并提升了电介质连接性能。如图10所示，采用聚酰亚胺作为电介质并以铜作为导体金属实现共形通孔工艺的过程图示。通过融合光敏聚酰亚胺通孔技术和电镀导线制备方法实现了多层膜结构的有效构建。
总结
在本文中，我们探讨了IBM开发的一种多层薄膜技术方案，在计算机系统、电信设备、航空电子设备以及高性能计算领域均有应用。IBM已采用该方案在五种关键领域实现了高效布线。其中关键的技术要素包括：通过共烧法制备陶瓷基板；采用共形通孔结构；利用具有良好电阻特性的铜导体；选择性能优异的聚酰亚胺电介质（具有良好的介电特性）；运用激光烧蚀或光敏聚酰亚胺光刻工艺精确定义通孔；最后通过附加电镀工艺进一步优化布线设计；并以端子金属定义为目标完成整个电路布局过程。