1、2018 年国家 科学 进步奖 提名 项目 公示内容 一、项目 名称： 高密度 三维系统级封装关键技术研究 及应用 二、提名 单位意见 ： 该 项 目针对三维系统级封装的关键技术 ， 结合国内封装企业最迫切的技术需求，对其中 的 关 键 技 术 和 共 性 技 术进 行 了 研 究 ， 重 点 突 破了 基于 硅 通 孔 （ TSV）互 连的 多芯 片 叠 层 三 维 封 装 和 基 于埋入器件基板的系统级封装等技术，形成了满足产业发展需求的高密度三维系统级封装技术，建成 了 先进集成 电 路 封 装 前瞻 性 技 术 研发 公 共 平 台 。项 目 组 积 极 探索 多 种 产 学 研 合
2、作 新 模 式，牵头 组织 了 TSV 技 术 攻 关 联合 体 ， 实 现了 CPU 芯 片 封 装 的 国 产 化 ， 高 速 光 电 集 成 等 技 术 实 现了 成 果 转 化。 该项目 获 授权发明专利 101项 ， 软件著作权 7项，制订国家标准 3项， 形成了自有知识产权体系。 获 2016年北京市科学技术奖二等奖 。 同意 提名 2018年国家科学技术 进步奖 二等奖。 三、项目 简介 ： 我国是集成电路的消费大国，但目前我国集成电路封装技术仍然相对薄弱，服务于中下游产品的低端封装技术制约了产业整体发展水平。本项目在科技部、国家科技重大专项的支持下，围绕基于 TSV 的三维封装
3、、系统级封装等关键技术，开展了设计方法与工具、基板材料与工艺、封装可靠性、测试等共性技 术的研究。突破了一系列关键技术瓶颈，具备自主知识产权，构筑了布局较完整的技术体系。主要技术创新点如下： 1） 高端高密度芯片封装技术 项目实现了高端高密度芯片系统级封装技术，于 2010 年完成了第一款国产 CPU 芯片的封装 2011 年进一步开发两款国产新型 CPU 封装产品，通过各项产业化标准检测，已成功实现批量生产。 2） 高密度光电高速集成技术 项目开发了一款 40G QSFP 有源光缆产品，符合国际相关标准，集成高速传输全光 QSFP 收发一体功能，能够实现高速率、高密度、高可靠的数据传输，同时
4、具有 低功耗、可热插拔、低成本等产品优势。 3）新型埋容式电容复合材料 项目研发了铁电 /环氧基复合材料作为电介质的埋容材料，电容密度 6nF2/in2， 抗剥离强度 0.6kN/m， 满足 X7R 电容器标准。自主研发了“配方 -工艺 -制作设备”成套工艺，所开发设备可实现电介质浆料的连续涂布、烘干和复合，已进入中试生产阶段。 4） BGA 焊球高度光学测量设备 项目提出了基于阴影法的 BGA 焊球高度测量方法，以 BGA 球高度一致性光学识别方法为基础搭建原理实验平台。面向用户制作样机，并在企业生产线上进行了试用和评估， 测试效果反馈良好。 5）基于 TSV 的三维封装成套工艺 项目开发了
5、两套高效率、低成本的 TSV三维封装成套工艺，即基于 3D 封装的 TSV 三维 10层堆叠工艺和基于 2.5D 封装应用的转接板工艺，并进行了相应的样品研发和试验验证，降低整体工艺的复杂性，提高工艺成品率。 6） 系统级封装研发平台 项目建成了设备完善、流程成熟的开放式先进封装实验室，包括有机基板实验室、微组装实验室、可靠性与失效分析实验室、电学测试实验室等。已为国内外单位、企业提供设计、加工、验证服务 多 项，解决了多项先进封装技术难题。 该项目获 授权发明专利 101项，软件著作权 7项，制订国家标准 3项。项目组积极探索多种产学研合作新模式，牵头组织了 TSV 技术攻关联合体，与企业合
6、作建立了多个联合实验室和国家工程实验室。基于该项目的优秀成果，中科院微电子所与国内最大的四家封装企业共同发起成立了华进半导体封装先导技术研发中心有限公司，以公司化形式创新开展更深入的产学研工作。该项目部分成果获北京市科学技术奖二等奖。 四、客观评价： 1.验收评价 ： 2015年 12月 2日至 3日，国家科技重大专项“极大规模集成电路制造装备及成套工艺”（以下简称 02重大专项） 实施管理办公室和总体专家组，组织任务验收专家组在北京对 02重大专项 项目 “高密度三维系统级封装的关键技术研究”（ 项目 编号： 2009ZX02038）进行了任务验收。 验收 意见 如下 ： “ 项目完成了合同
7、任务书规定的研发内容，各项技术指标经过用户验证和现场测试，达到合同考核要求；项目共申请发明专利 144项（其中国内发明专利 135项，国际发明专利申请 9项），完成了知识产权指标；项目实施期间，培养了博士 61人、硕士生143名，项目研发人员总数 256人，完成人才培养目标；项目建立了系统级封装实验线 ， 该实验线具备基板制作、封装、 测试 及失效分析能力，并建立了实验室管理系统软件，完成了平台建设指标 ” 。 （附件 *） 2.获奖情况 ： 该项目 获 2016年 北京市 科学技术二等奖 。 （附件 *） 3.典型用户 评价等 ： （ 1）客户 使用报告 龙芯 Loongson2G plus
8、 处理器 封装 （附件 *） “ 中 国科学院微电子研究所集成封装研究室为北京龙芯中科技术服务中心有限公司进行了龙芯 Loongson2G plus 处理器的芯片封装设计项目。 ” “ 本 次龙芯芯片封装设计项目是为了验证龙芯 Loongson2G Plus 处理器芯片的逻辑功 能 和指标性能。根据公司 的要求，集成封装研究室按时完成了基板设计、仿真优化和封 装 打线的任务，并在芯片 验证 板上进行了 IO连 通功能测试，测试结果符合要求，效果令 人 满意。 ” “ 在 项目研制过程中，集成封装研究室为保质量，在基板 设计 中反复仿真优化，全程 跟 踪基板的生产，并进行了大量的预打线封装试验，
9、终于在短时间内出色地完成了高难度 的 芯片基板设计、生产和封装打线任务，通过了芯片验证板的测试。 ” （ 2）客户使用报告 龙芯 L1A SoC/L1B SoC 封装 （附件 *） “ 中国科学院微电子研究所集成封装研究室为龙芯中科技术有限公司进行了龙芯 L1A SoC/ L1B SoC 的芯片封装设计项目。 ” “ 本次龙芯 L1A SoC/ L1B SoC 封装项目是为芯片产品量产 的 设计服务，为 WB-BGA 封装形式。根据公司的要求，集成封装研究室在合同期内按时完成了 6层基板的设计、仿真优化和封装打线的任务。从成本方面考虑，又优化成 4层板的设计方案，并针对方案做相应的仿真分析。最
10、终在验证板上进行了功能测试，测试结果符合要求，效果令人满意，可以通过项目验收。 ” “ 在项目研制过程中，集成封装研究室为保质量，在基板设计中反复仿真优化，全程跟踪基板的生产，并进行了大量 的预打线封装试验，克服了 SoC 芯片中电压域多带来的信号完整性问题。 ” 五、推广应用情况： 基于 该 项目建立的系统级封装研发平台为 企事业 单位 提供了 多项技术服务或技术转移 ，服务单位 包括 昆山西钛微电子科技有限公司、中国科学院半导体研究所、北京纳米能源与系统研究所、韩国三星公司、国网智能电网研究院、江苏长电科技股份有限公司、华为技术有限公司等 国内外知名 企业 。基于 该项目 的 研究成果，
11、成功孵化 了锐华 光电 技术有限公司 ； 另外，由于 该 项目的优秀表现和在业界产生的广泛影响，国家专项继续投入 ， 中科院微电子所无形资产出资 2500万元， 与国内 四大 封装厂共同 孕育组建了华进半导体封装先导技术研发中心有限公司 。 主要应用单位情况（不超过 15 个） 序号 应用单位名称 应用技术 应用起止时间 应用单位 联系人及电话 应用 情况 1 北京天中磊智能科技有限公司 技术服务 2013.01.01-2013.12.31 朱宁辉 13426063451 16.04 万元 ，智能 电表封装 2 昆山西钛微电子科技有限公司 技术服务 2013.01.01-2013.12.31
12、周浩 0512-50353860 18.87 万元 ， TSV 共性技术研发 3 广东 成德电路股份有限公司 技术服务 2013.01.01-2013.12.31 陈良 0757-28086608 15.09 万元 ，基板 加工及 应用 4 中国科学院半导体研究所 技术服务 2013.01.01-2013.12.31 吴南建 010-82304210 8.55 万元 ， 基板 设计及微组装 5 圣邦微电子（北京）股份有限公司 技术服务 2014.01.01-2014.12.31 王志玲 010-51798180-863 9.43 万元 ， 电源转换芯片测试 6 北京纳米能源与系统研究所 技术服
13、务 2014.01.01-2014.12.31 010-82854800 0.25 万元 ， 微组装技术 7 韩国三星公司 技术服务 2014.01.01-2014.12.31 Dingbang Mai +82-31-208-4981 58.31 万元 ， TSV 关键 技术 研究 8 国网智能电网研究院 技术服务 2014.01.01-2014.12.31 聂京凯 010-66601555 4.72 万元 ， 可靠性 评价研究 9 江苏长电科技股份有限公司 技术服务 2015.01.01-2015.12.31 周健 13806167200 141.51 万元 ， 国家 工程实验室 10 华为
14、技术有限公司 技术服务 2015.01.01-2015.12.31 邓佳 028-62844181 75.21 万元 ， 处理 器光接口合作 11 华进 半导体 封装 先导技术研发 中心有限公司 技术 转让 2012.9-2014.12.31 顾小华， 0510-6667 0376 2500 万元 ，作价投资 六、主要知识产权证明目录：（不超过 10 项，前 3项为核心知识产权） 序号 知识产权类别 知识产权具体名称 国家 授权号 授权日期 证书编号 权利人 发明人 专利有效状态 1 发明专利 一种有机基板的制造方法 中国 ZL201110131532.5 2013-07-31 1244518
15、 中国科学院微电子 研 究所 万里 兮 ， 于中尧 有效 2 发明专利 一 种 具 有 周 期 叠 层铁 电 薄膜 的 电容及 其 制 备 方法 中国 ZL201110070503.2 2015-11-18 1840298 中国科学院微电子 研 究所 赵宁 ， 万 里兮，曹立强 有效 3 发明专利 带有 EBG 的屏蔽结构、 3D 封装结构及其制备方法 中国 ZL201210043664.7 2016-02-03 1943261 中国科学院微电子 研 究所 李君，万里兮 有效 4 发明专利 一 种 压 力 传 感 器 的封 装 结构 及 方法 中国 ZL201310439556.6 2015-
16、07-08 1714898 中国科学院微电子 研 究所 周云 燕 ， 宋见， 王启东，曹立强， 万 里兮 有效 5 发明专利 制作具有多电极超低电感的多槽 PN 结电容器的方法 中国 ZL200910244525.9 2013-07-31 1246639 中国科学院微电子 研 究所 万里 兮 ， 吕壵，王惠娟 有效 6 发明专利 一种沟道式电容器的制作方法 中国 ZL200910077670.2 2011-05-11 776318 中国科学院微电子 研 究所 吕垚 ， 李 宝霞，万里兮 有效 7 发明专利 Bolometer and preparation method thereof 美国
17、US9258894B2 2016-02-09 / 清华大学 蔡 坚 ， 王谦 ， 刘子玉 ， 胡杨 有效 8 发明专利 Three dimensional vertically interconnected structure 美国 US8836140B2 2014/9/16 北京大学 马盛林，朱蕴晖，孙新，金玉丰，缪旻 有效 9 发明专利 测量 TSV铜柱弯曲模量和屈服应力的方法 中国 ZL201310261070.8 2016.01.13 2015092501014750 复旦大学 王珺，庞钧文，戴维 有效 10 发明专利 复合电介质材料、采用其制作的覆铜箔半固化片以及覆铜箔层压板 中国
18、ZL201110044550.X 2014.09.17 1484234 中国科学院深圳先进技术研究院 孙蓉 ， 曾小亮 ， 于淑会 有效 七、主要完成人情况（不超过 10人）： 排序 姓名 主要贡献 工作单位 完成单位 职称 职务 1 万里兮 项 目 负 责 人 ， 代 表 性 专 利 1、 2、 3、 4、 5、 6 的 发 明人 。 研 究 三 维 系统级 封 装的 关 键 技术 ， 重 点突 破 基于 TSV 的 多 芯 片 叠 层三 维封 装 和基 于 埋 入器件基 板 的 系 统 级 封 装 等 技 术， 解 决 高 密 度 三 维 系 统 级封装 面 临 的 设 计 、 测 试 和
19、可 靠 性 等 新 问题 ，形成 满 足 产 业 发 展 需 求 的系统 级 封 装 技 术 。 附件 * 中国 科学 院微 电子研究所 中国 科学院微电子研究所 研究员 副总工程师 2 曹立强 课题负责人， 代表性专利 2、 4 的发明人。作为课题负责人，开展 TSV 关键技术的研发，并主持设计制造了国内首款超过 1000 管脚的高密度倒装芯片封装产品并在国内首 次实现量产，完成了用于高性能计算机服务器多 CPU 高速互连的专用交换芯片与龙心 CPU 的完全国产化的高密度封装 （ 已用于曙光 5000A 与 6000 高 性 能 计 算 机 服务器 ）， 获 得 所长特别 奖 。 附件 *
20、中国 科学 院微 电子研究所 中国科学院微电子研究所 研究员 研究中心 主任 3 蔡坚 子 课 题 负 责人 ， 代表性 专利 7 的 发明人， 在 该 项 目中 ， 主 要 承 担了 小孔径高深 宽 比硅通孔 （ TSV） 互连关键 技 术、窄节 距 倒装芯片 凸点成型技术 以 及系统级 封 装应用 原 型 样 品 的 开 发 与 研 究 。 设 计 和 完成 了 含有 5 微米 直 径 TSV 互 连 的 三 层 堆叠 样品 ， 获 得 了 预期的 互 连 特性 ； 采 用模 板 印刷 和 电 镀 的 方法 ， 通 过 优 化 ， 获 得 了 超 窄 节距 的 倒装 凸点 ； 参 与 完
21、成的球 形 内 窥 镜 原 型 样 品 体 现了 该 项 目 涉 及 的 多 项系 统级 封 装 工 艺 的 应 用 。 附件 * 清华大学 清华大学 副 研究员 4 陈 兢 子 课题负责人， 代表性 专利 8 的 发明人， TSV 关键技术的研发， 完成发明专利 8 技术原型系统性验证，在特种存储器 IC 三维集成演示应用，形成系统应用方案。 附件 * 北京大学 北京大学 教授 MEMS 副所长 5 王珺 子课题 项目负责人，发明了针对硅通孔中电镀填充的铜柱微结构，进行弹性模量和屈服强度测试的方法。 附件 * 复旦大学 复旦大学 副教授 无 6 孙蓉 子课题 负责人 ， 代表性 专利 10
22、的 发明人， 发明了 高介电 、 高 Tg的 复合电介质材料、采用其制作的覆铜箔半固化片以及覆铜箔层压板成套技术 。对主要发明 点 0005-0028 都做出了 贡献。 附件 * 中国 科学 院深 圳先进技术研究院 中国科学院深圳先进技术研究院 研究员 研究中心主任 7 于中尧 子 课 题 负 责 人 ， 代 表性 专利 1 的 发 明 人 。 负责 建立 并 管 理 三 维 系 统 封装 实验 平台 ， 负 责 仪 器设备 的 调 研 、 采 购 招 标 、 仪器 设 备 的 安 装 调试 和 验 收， 负 责 实 验 平 台 的 技 术 队伍 的 建 设 和 管理 ，包括 人 员 招 聘和
23、 培 训 ； 实 验室 规 章 制 度 的 建 立 和 执 行 。 负 责 有 机 基 板 技 术的 研 发 ，开 发 出 高 密 度三维 封 装 基 板 ， 最 小 线 宽 线距 达 到 15u m/15um；开 发出 低 成 本 半 加 成 技 术 ， 该技 术 使 高 密 度 封装基板 加 工 制 造 材 料 成 本降 低 50%以 上 ， 该 技 术 已 经 达国 际 先 进 水 平 。 附件 * 中国 科学 院微 电子研究所 中国科学院微电子研究所 高级 工程师 研究中心 副主任 8 王福亮 子 课 题 负 责 人 ， .提出 了 三 维 封 装 中 高密 度 BGA 微 焊 球 高
24、 度 测量的难题 ， 提 出 了 阴 影 法 微 焊球 高 度 测 量 方 法 ， 并 开 发了 用 户 样 机 ， 实 现 了 晶圆级 微 焊 球 的 高 速（ 40 焊球 /秒 ）、 高 精 度 （ 绝对 误差 小 于 2 微 米 ） 测 量 ；针对 三 维 叠 层 芯 片 封 装 互 连中 的 大 跨 度 引 线键合难 题 ， 开 发 低 弧 大跨度 引线 成 型 的 动 力 学 仿 真 软 件 ， 实现 M 弧 线 等 复 杂大 跨度 引 线 的所 见 即所得设 计 ， 提 出 了 新 型 大 跨 度、 低 弧 度 弧 线 ， 将 复 杂 引线 的时 间 缩 短 一 半 。 附件 *
25、中南大学 中南大学 教授 9 李慧云 子 课题负责人， 子 课题 负责人，发明了 对 硅通孔 故障的二分法检测方法 , 发明了 对硅通孔进行动态规划布线的方法 ,及三维芯片中的布线路径优化方法 。 附件 * 中国 科学 院深 圳先进技术研究院 中国科学院深圳先进技术研究院 研究员 中心 主任 10 周云燕 子课题 负责人 ， 代表 性 专 利 4 的 发 明人 。 主 导或 参 与 了 该 项 目 中 多 款高密 度 封 装 样 品 的结构设 计 、 电 学 设 计 、 仿真 和优 化 ， 并 进 行 了 功能性 测 试 ； 基 于 广 义 传 输 线理 论 ， 开 展 了 系 统 级 封装仿 真 工 具 的 开发 ， 并应 用于 高 密 度 封 装 样 品 的 仿 真工 作中 ， 与 主 流 仿 真软 件对 比 ，得 到 了 较 好的一 致 性 和 仿 真 效 率 。 附件 * 中国 科学 院微 电子研究所 中国科学院微电子研究所 副研究员
