成果名称: 大容量存储芯片的超薄(25微米)多晶体堆叠封测工艺的研发和产业化
完成单位: 东莞记忆存储科技有限公司,广东工业大学
主要人员: 渡边敬行,刘怡俊,刘浩,屈海涛,Helena,韩国军,张广驰,崔苗,王峰,杨兰,段贤生,张志华,刘会红,CHONG CHIN CHOY
介绍:

    1.项目来源与背景: 本项目获得东莞市科学技术局“2016年东莞市重大科技项目”立项,并已验收合格。存储芯片产业是国民经济支柱性行业之一,广泛应用于通讯设备、PC/电脑、消费电子、汽车电子、医疗仪器、机器人、工业控制等,是高端制造业的核心基石,其发展程度是一个国家科技发展水平的核心指标之一,影响着社会信息化进程。随着5G通讯技术的应用,企业对数据存储的需求大增,对储存设备的性能要求也越来越高。超薄晶圆研磨和分离技术、多层晶粒堆叠模块及其焊接技术、低延时SSD技术、3D NAND立体存储单元的封测技术等,是制约5G技术快速发展的关键瓶颈问题。同时闪存芯片的制造工艺复杂,存储芯片专利技术几乎都被国际巨头垄断,国内外技术差距巨大。我国重要芯片多依赖进口,核心技术掌握外国厂商手中。近年来,随着我国智能手机、可穿戴设备等领域快速发展,需求大增,闪存芯片自主化需求迫切,在“中兴事件”及美国封禁华为事件的发酵之后,芯片国产化替代迫在眉睫,需要研究超薄多晶体堆叠封测技术、在低时延设计和稳定性设计的高性能SSD,比传统数据访问时间低2-3个数量级,大幅提升5G性能,推出具有自主知识产权的超低延时存储盘,实现数据高性能存储,刷新集成电路封装测试领域新工艺标准,摆脱我国芯片依赖国外厂商封装的现状。

    2.技术原理及性能指标: 本项目围绕移动终端设备逻辑存储芯片封装测试领域,采用国际一流的镭射隐形切割技术对晶圆进行加工,以多叠层固晶技术和金/银/铜线引线键合技术为核心技术,兼具高端逻辑芯片SOC封装测试工艺技术,构建了一个具备封装产品设计能力和工艺研究能力的平台,研发出了晶圆厚度从700um减薄到24.9um及以下的超薄晶圆,研发出了芯片容量为可存储32GB到512G数据芯片以及多叠层芯片BGA封测技术,实现了项目产品的产业化。核心技术包括:超薄晶圆研磨和分离技术;3D叠晶技术;引线键合技术;浸透式型塑封技术以及基于T5831测试系统的先进测试技术的研发等。同时项目继续研发低延时SSD技术、3D NAND立体存储单元封测技术,实现应用3D NAND Flash的消费级固态硬盘产业化批量生产。

    3.技术的创造性与先进性: 项目研发内容主要围绕移动终端设备逻辑存储芯片封装测试领域,通过研究芯片封测超薄晶圆研磨和分离技术;3D叠晶技术;引线键合技术;浸透式型塑封技术以及基于T5831测试系统的先进测试技术等,实现了25微米晶圆研发和分离技术,打破了芯片业内50微米的技术“卡脖子”问题,同时率先研发封装产品浸透式塑封成型技术,通过镭射隐形切割技术和浸透式塑封技术,自主研发超薄晶圆研磨、分离、堆叠及抓取技术,以及高密度芯片的排布、塑封,实现超薄晶圆的32层叠晶,引领新一轮存储领域的变革,领先国际封测工艺流程新标准。研发出了晶圆厚度从700um减薄到24.9um及以下的超薄晶圆,研发出了芯片容量为可存储32GB到512G数据芯片以及多叠层芯片BGA封测技术,实现了项目产品的产业化。超低延时存储盘关键性能指标Read/Write Latency指标优化到19.7us/21.8us,达到国际一流水平,实现核心关键技术国产化,替代进口,而综合成本比国际同行更优。

    4.技术的成熟程度,适用范围和安全性: 本项目依照最高16层堆叠计算,每层存储晶圆容量以8G计算,成品颗粒总容量可以达到128G的eMMC成品;如每层晶圆容量扩展为16G计算,成品颗粒总容量可以达到256G。2)在1.4mm的厚度情况下,完成16层存储晶圆的堆叠,极限可以使封装厚度下降到1.2mm。3)获得将晶圆厚度从700um减薄到24.9um及以下的能力。项目开发的产品经东莞市东电检测技术有限公司和上海华测品标检测技术有限公司第三方检测机构检测,其厚度和容量等主要技术指标已达到预期。

    5.应用情况及存在的问题: 项目拥有具备多叠层存储芯片和高端逻辑芯片封测工艺技术的高水准世界级3D封测车间,完备了3D NAND Flash存储器封装、测试、系统级验证等软硬件平台,开发应用3D NANDFlash的消费级固态硬盘系列产品。如今,半导体器件特征尺寸已经缩小到5nm,同时CMOS晶体管技术的发展已进入GHz时代。尽管尺寸还在进一步降低,但速度已经明显减慢,且面临的问题也越来越多。比如信号传输延迟、交互干扰噪声,以及相互连线的功率消耗等问题已经成为甚大规模集成电路(ULSI)发展的阻碍,严重影响器件的性能。以前的解决方案主要是依靠器件尺寸的按比例缩小来提升性能。为了与器件相匹配,互连尺寸也随着半导体加工技术的发展不断缩小。因此,单纯的依靠尺寸缩小获得集成电路在成本、功耗和性能方面的提升,变得越来越难。

     6、历年获奖情况: 本项目相关核心技术“应用于智能终端设备的逻辑存储芯片封装测试技术研制”已获中华人民共和国工业和信息化部“2019年先进制造业集群项目(广东省东莞市智能移动终端产业集群发展促进机构)”的立项,并以优秀成绩通过决赛。同时依靠项目产品的优越性能及市场竞争力,为公司取得良好的经济效益,公司已被评为国家高新技术企业、东莞市倍增计划试点企业、松山湖先进倍增企业、松山湖出口前10企业、松山湖规上企业主营业务收入前10企业、松山湖单位面积产值前10企业。

批准登记号:
登记日期: 2021-07-28
研究起止时间: 2015-07-01至2018-12-31
所属行业: 信息传输、软件和信息技术服务业
所属高新技术类别: 电子信息
评价单位名称: 东莞市科学技术局
评价日期: 2020-10-28