集成电路封装和可靠性Chapter芯片互连技术
2第二章 互连技术WB

*微组装工艺*2引线键合技术WB 3载带自动焊接技术TAB 第二章芯片互连技术1概述4倒装焊技术FCB 5各种芯片互连方法的比较*微组装工艺*2.1概述芯片互连技术是将芯片直接与基板相连接的一种技术。
主要包括引线键合、载带自动焊接、倒装芯片技术。
半导体封装内部芯片和外部管脚以及芯片之间的连接起着确立芯片和外部的电气连接、确保芯片和外界之间的输入/ 输出畅通的重要作用,是整个后道封装过程中的关键。
半导体器件的失效约有1/4~1/3是由芯片互连引起的,芯片互连技术对器件长期使用的可靠性影响很大。
*微组装工艺*WB,TAB,FCB不单主要作为芯片—基板间的电气互连形式,而且还作为一种微电子封装形式,常称为“零级”封装。
从微电子封装今后的发展来看,将从有封装向少封装、无封装方向发展。
而无封装就是通常的裸芯片,若将这种无封装的裸芯片用WB,TAB,FCB的芯片互连方式直接安装到基板上,即称为板上芯片(COB)和板上TAB或板上FCB,这些统称为直接芯片安装(DCA)技术,它将在今后的微电子封装中发挥更重要的作用。
2.2 引线键合技术2.2.12.2.22.2.52.2.6*微组装工艺*一、引线键合技术引线键合技术是将半导体裸芯片(Die )焊区与微电子封装的I/O 引线或基板上的金属布线焊区(Pad )用金属细丝连接起来的工艺技术。
工作原理:提供能量破坏被焊表面的氧化层和污染物,使焊区金属产生塑性变形,使得引线与被焊面紧密接触,达到原子间引力范围并导致界面间原子扩散而形成焊合点。
焊区金属一般为AL 或Au 金属丝。
多数是1微米至数百微米直径的Au 丝、AL 丝和Si-AL 丝。
2.2.1 引线键合技术*微组装工艺*布线端子*微组装工艺*引线键合技术的特点:引线键合以工艺实现简单、成本低廉、适用多种封装形式而在连接方式中占主导地位。
引线键合技术适用于几乎所有的半导体集成电路元件,操作方便,封装密度高。
低成本、高可靠、高产量等特点使得WB成为芯片互连主要工艺方法,但引线长、压焊过重、测试性差等问题容易引起互连失效。
集成电路芯片封装技术培训课程(ppt-35页)全

微电子技术发展对封装的要求
四、高密度化和高引脚数
高密度和高I/O数造成单边引脚间距缩短、封装难
度加大:焊接时产生短路、引脚稳定性差
解决途径:
采用BGA技术和TCP(载带)技术
成本高、难以进行外观检查等。
微电子技术发展对封装的要求
五、适应恶劣环境
密封材料分解造成IC芯片键合结合处开裂、断路
解决办法:寻找密封替代材料
Ceramic
Ceramic or
Thin Film on Ceramic
Thin Film on PWB
PWB-D
•Integration to
BEOL
•Integration in
Package level
PWB-Microation at
System level
1、电源分配:传递电能-配给合理、减少电压损耗
2、信号分配:减少信号延迟和串扰、缩短传递线路
3、提供散热途径:散热材料与散热方式选择
4、机械支撑:结构保护与支持
5、环境保护:抵抗外界恶劣环境(例:军工产品)
确定封装要求的影响因素
成本
外形与结构
产品可靠性
性能
类比:人体器官的构成与实现
微电子封装技术的技术层次
芯片,但两类芯片的可靠性和成本不同。
封装材料
芯片封装所采用的材料主要包括金属、陶瓷、
高分子聚合物材料等。
问题:如何进行材料选择?
依据材料的电热性质、热-机械可靠性、技术和
工艺成熟度、材料成本和供应等因素。
表1.2-表1.4
封装材料性能参数
介电系数:表征材料绝缘程度的比例常数,相对值,通常介
电系数大于1的材料通常认为是绝缘材料。
集成电路封装和可靠性Chapter2-1-芯片互连技术【半导体封装测试】
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UESTC-Ning Ning1Chapter 2Chip Level Interconnection宁宁芯片互连技术集成电路封装测试与可靠性UESTC-Ning Ning2Wafer InWafer Grinding (WG 研磨)Wafer Saw (WS 切割)Die Attach (DA 黏晶)Epoxy Curing (EC 银胶烘烤)Wire Bond (WB 引线键合)Die Coating (DC 晶粒封胶/涂覆)Molding (MD 塑封)Post Mold Cure (PMC 模塑后烘烤)Dejunk/Trim (DT 去胶去纬)Solder Plating (SP 锡铅电镀)Top Mark (TM 正面印码)Forming/Singular (FS 去框/成型)Lead Scan (LS 检测)Packing (PK 包装)典型的IC 封装工艺流程集成电路封装测试与可靠性UESTC-Ning Ning3⏹电子级硅所含的硅的纯度很高,可达99.9999 99999 %⏹中德电子材料公司制作的晶棒(长度达一公尺,重量超过一百公斤)UESTC-Ning Ning4Wafer Back Grinding⏹PurposeThe wafer backgrind process reduces the thickness of the wafer produced by silicon fabrication (FAB) plant. The wash station integrated into the same machine is used to wash away debris left over from the grinding process.⏹Process Methods:1) Coarse grinding by mechanical.(粗磨)2) Fine polishing by mechanical or plasma etching. (细磨抛光)UESTC-Ning Ning5旋转及振荡轴在旋转平盘上之晶圆下压力工作台仅在指示有晶圆期间才旋转Method:The wafer is first mounted on a backgrind tape and is then loaded to the backgrind machine coarse wheel . As the coarse grinding is completed, the wafer is transferred to a fine wheel for polishing .。
集成电路封装和测试复习题答案

一、填空题1、将芯片及其他要素在框架或基板上布置,粘贴固定以及连接,引出接线端子并且通过可塑性绝缘介质灌封固定的过程为狭义封装;在次根基之上,将封装体与装配成完整的系统或者设备,这个过程称之为广义封装。
2、芯片封装所实现的功能有传递电能;传递电路信号;提供散热途径;构造保护与支持。
3、芯片封装工艺的流程为硅片减薄与切割、芯片贴装、芯片互连、成型技术、去飞边毛刺、切筋成形、上焊锡、打码。
4、芯片贴装的主要方法有共晶粘贴法、焊接粘贴法、导电胶粘贴发、玻璃胶粘贴法。
5、金属凸点制作工艺中,多金属分层为黏着层、扩散阻挡层、表层金保护层。
6、成型技术有多种,包括了转移成型技术、喷射成型技术、预成型技术、其中最主要的是转移成型技术。
7、在焊接材料中,形成焊点完成电路电气连接的物质叫做煤斜;;用于去除焊盘外表氧化物,提高可焊性的物质叫做助焊剂;在SMT中常用的可印刷焊接材料叫做锡直。
8、气密性封装主要包括了金属气密性封装、陶瓷气密性封装、玻璃气密性封装。
9、薄膜工艺主要有遮射工艺、蒸发工艺、电镀工艺、光刻工艺。
10、集成电路封装的层次分为四级分别为模块元件(MOdUIe)、⅛路卡工艺(Card)、主电路板(Board)、完整电子产品。
11、在芯片的减薄过程中,主要方法有磨削、研磨、干式抛光、化学机械平坦工艺、电化学腐蚀、湿法腐蚀、等离子增强化学腐蚀等。
12、芯片的互连技术可以分为打线键合技术、载带自动键合技术、倒装芯片键合技术。
13、DBG切割方法进展芯片处理时,首先进展在硅片正面切割一定深度切口再进展反面磨削。
14、膜技术包括了薄膜技术和厚膜技术,制作较厚薄膜时常采用丝网印刷和浆料枯燥烧结的方法O15、芯片的外表组装过程中,焊料的涂覆方法有点涂、丝网印刷、钢模板印刷三种。
16、涂封技术一般包括了顺形涂封和封胶涂封。
二、名词解释1、芯片的引线键合技术(3种)是将细金属线或金属带按顺序打在芯片与引脚架或封装基板的焊垫上而形成电路互连,包括超声波键合、热压键合、热超声波键合。
半导体封装互连技术详解
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1.引言任何一个电子元件,不论是一个三极管还是一个集成电路(Integrated Circuit, IC),想要使用它,都需要把它连入电路里。
一个三极管,只需要在源极、漏极、栅极引出三根线就可以了,然而对于拥有上百或上千个引脚的超大规模集成电路(Very Large Scale Integration Circuit, VLSI)来说,靠这种类似于手动把连线插到面包板的过程是不可能的。
直接把IC连接到(未经封装的集成电路本体,裸片,Die)电路中也是不可能实现的,因为裸片极容易收到外界的温度、杂质和外力的影响,非常容易遭到破坏而失效。
所以电子封装的主要目的就是提供芯片与其他电子元器件的互连以实现电信号的传输,同时提供保护,以便于将芯片安装在电路系统中。
一般的半导体封装都类似于下面的结构,将裸片安装到某个基板上,裸片的引脚通过内部连接路径与基板相连,通过塑封将内部封装好后,基板再通过封装提供的外部连接路径与外部电路相连,实现内部芯片与外界的连接,就像上面两个图一样,裸Die和封装内部复杂的连接等都埋在里面,封装好后就是对外就是一些规整的引脚了。
不论是多复杂的封装,从黑盒的角度来看其实现的基本功能都是一样的,最简单的就是封装一个分立器件,给出几个引脚;复杂一点想要封装具有多个I/O 接口的IC,以及多个IC一起封装,在封装的发展过程中也发展出了很多封装类型和很多技术,比如扇出技术、扇入技术这些。
这些概念和缩写非常多,尤其是当谈到先进封装(Advanced Packaging)的时候,为了实现高密度集成以及快速信号传输这些需求,不得不在每一个地方都发展一些新的技术,很多情况下会把它们都并入到先进封装技术里来介绍,这有时候会引起一些困惑,这里主要整理一下IC封装里的互连技术。
在IC封装种几种典型的互连技术包括引线键合(Wire Bonding,WB)、载带自动焊(Tape-automated Bonding,TAB)、倒装芯片(Flip Chip,FC)、晶圆级封装(Wafer-Level Packaging,WLP)、以及硅通孔(Through Silicon Via,TSV)。
集成电路芯片封装第2章-芯片互连技术
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➢ 一、引线键合技术(WB) 1、引线键合技术概述
引线键合技术是将半导体裸芯片(Die)焊区与 微电子封装的I/O引线或基板上的金属布线焊区( Pad)用金属细丝连接起来的工艺技术。
2、引线键合技术分类和应用范围
➢ 常用引线键合方式有三种: 热压键合 超声波键合 热超声波(金丝球)键合
➢ 特点:低成本、高可靠、高产量等,WB成为芯片互 连主要工艺方法,用于下列封装:
➢ 三、倒装芯片键合技术(FCB) 1、倒装芯片键合技术
倒装芯片键合(FCB)是指将裸芯片面朝下,芯片焊区与 基板焊区直接互连的一种键合方法:通过芯片上的凸点直接 将元器件朝下互连到基板、载体或者电路板上。而WB和 TAB则是将芯片面朝上进行互连的。由于芯片通过凸点直接 连接基板和载体上,倒装芯片又称为DCA(Direct Chip Attach )
7、WB可靠性问题
1)金属间化合物形成——常见于Au-Al键合系统,紫斑 和白斑
2)引线弯曲疲劳——引线键合点跟部出现裂纹。 3)键合脱离——指键合点颈部断裂造成电开路。 4)键合点和焊盘腐蚀
腐蚀可导致引线一端或两端完全断开,从而使引线在 封装内自由活动并造成短路。
➢ 二、载带自动键合技术(TAB) 1、载带自动键合(TAB)技术概述
载带自动焊(Tape Automated Bonding,TAB)技术 是一种将芯片组装在金属化柔性高分子聚合物载带上的集 成电路封装技术;将芯片焊区与电子封装体外壳的I/O或基 板上的布线焊区用有引线图形金属箔丝连接,是芯片引脚 框架的一种互连工艺。
2、TAB技术分类
TAB按其结构和形状可分为:Cu箔单层带、 Cu-PI双层带、Cu-粘接剂-PI三层带和Cu-PI-Cu 双金属带等四种。
封装互连技术
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封装互连技术是一种将集成电路和外部电路连接在一起的技术,它包括引脚插装、倒装焊、载带自动焊、超声键合等。
这些技术可以用来将集成电路封装在印刷电路板、陶瓷或其他类型的基板上,以实现电路的集成化和小型化。
在封装互连技术中,引脚插装是最常见的一种。
它使用金属引脚将集成电路与外部电路连接在一起。
这种技术可以提供较好的电气性能和可靠性,因此在许多领域得到广泛应用。
倒装焊是一种将集成电路直接焊在基板上的技术,不需要使用引脚。
这种技术可以减小封装体积,提高封装密度,因此被广泛应用于便携式电子设备和移动通信领域。
载带自动焊是一种将集成电路放置在塑料或陶瓷载带上,然后通过焊接将载带与外部电路连接在一起的技术。
这种技术可以提供高速度、高精度和高可靠性的封装互连,因此在许多高可靠性领域得到广泛应用。
超声键合是一种利用超声波能量将两个金属表面连接在一起的技术。
这种技术可以提供高可靠性和高稳定性的封装互连,因此在许多高可靠性领域得到广泛应用。
总的来说,封装互连技术是实现电路集成化和小型化的关键技术之一。
随着电子设备的发展,对封装互连技术的要求也越来越高,需要不断改进和创新。
《集成电路封装与测试》芯片互连
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引线键合技术
11
引线键合键合接点形状主要有楔形和球形,键合接点有两个,两 键合接点形状可以相同或不同。
球形键合
楔形键合
引线键合工艺参数
12
➢键合温度 WB 工艺对温度有较高的控制要求。过高的温度不仅会产生过多的氧化物影响键合质量,并
且由于热应力应变的影响,图像监测精度和器件的可靠性也随之下降。在实际工艺中,温控系 统都会添加预热区、冷却区,提高控制的稳定性,需要安装传感器监控瞬态温度 ➢键合时间
芯片焊区
芯片互连
I/O引线
半导体失效约有1/4-1/3是由芯片互连所引起,因此芯片互连对器件可靠性意义重大!!!
芯片互连技术概述
5
芯片托盘(DIE PAD)
芯片(CHIP)
L/F 内引脚 (INNER LEAD)
热固性环氧树脂 (EMC)
金线(WIRE)
L/F 外引脚 (OUTER LEAD)
IC 封装成品构造图
芯片互连常见方法
6
常见 方法
引线键合(又称打线键合)技术(WB) 载带自动键合技术(TAB)
倒装芯片键合技术(FCB)
这三种连接技术对于不同的封装形式和集成电路芯片集成度的限制各有不同的应用范围。 其中,FCB又称为C4—可控塌陷芯片互连技术。 打线键合适用引脚数为3-257;载带自动键合的适用引脚数为12-600;倒装芯片键合适用的引 脚数为6-16000。可见C4适合于高密度组装。
02 引线键合技术概述
引线键合技术
8
引线键合工程是引线架上的芯片与引线架之间用金线连接的工程。为了 使芯片能与外界传送及接收信号,就必须在芯片的接触电极与引线架的引脚 之间,一个一个对应地用键合线连接起来,这个过程称为引线键合。也称为 打线键合。
集成电路互连技术
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Cu互连面临的挑战
✓ 铜在硅和二氧化硅中都有很高的扩散率,这种高扩散率将破坏器件的 性能。可淀积一层阻挡层金属,作用是阻止上下层的材料互相混合。
阻挡层金属 铜
➢ 铜需要由一层薄膜阻挡层完全封闭起来,这层封闭薄膜的作用是加固附着并有效 地阻止扩散。
Cu互连面临的挑战
✓ 钽作为铜阻挡层金属:对于铜互连冶金术来说,钽、氮化钽和钽化硅 都是阻挡层金属的待选材料,阻挡层厚度必须很薄(约75Å),以致它不 影响具有高深宽比填充薄膜的电阻率而又能扮演一个阻挡层的角色。
Cu互连面临的挑战
✓ 目前IC芯片内的互连线主要是铜材料,与原来的 铝互连线相比,铜在电导率和电流密度方面有了 很大的改进。但是,随着芯片内部器件密度越来 越大,要求互连线的线宽越来越小,铜互连的主 导地位也面临着严峻的考验。当芯片发展到一定 尺寸,在芯片内以铜作为互连线就会遇到一系列 问题。
Cu互连面临的挑战
倍的通路电阻。
Contents
集成电路互连技术简介 早期互连技术——铝互连 目前应用最广泛的互连技术——铜互连 其他互连技术——碳纳米管互连
其他互连技术——碳纳米管互连
✓ 碳纳米管(Carbon Nanotubes)于1991年发现以来, 就一直 是纳米科学领域的研究热点。
✓ 由于其超高电流密度承载能力的特性(碳纳米管上可以 通过高达1010A/cm2的电流 ),引起了集成电路器件制造领 域专家的关注。
Contents
集成电路互连技术简介 早期互连技术——铝互连 目前应用最广泛的互连技术——铜互连 其他互连技术——碳纳米管互连
目前应用最广泛的互连技术——铜互连
IBM利用亚0.25μm技术制备的 6层Cu互连表面结构的SEM图
✓ 金属铜的电阻率小于2.0μΩ·cm,使用金属铜取代传 统的金属铝,可以极大地降低互连线的电阻。 较低的电阻率可以减小引线的宽度和厚度,从而减
芯片互连技术

·陶瓷和塑料BGA、SCP和MCP ·陶瓷和塑料封装QFP ·芯片尺寸封装 (CSP)
WB技术作用机理
提供能量破坏被焊表面的氧化层和污染物,使焊区金 属产生塑性变形,使得引线与被焊面紧密接触,达到原子 间引力范围并导致界面间原子扩散而形成焊合点。引线键 合键合接点形状主要有楔形和球形,两键合接点形状可以 相同或不同。
采用Al箔:导热性和导电性及机械强度、延展性。
3)凸点金属材料 芯片焊区金属通常为Al,在金属膜外部淀积制
作粘附层和钝化层,防止凸点金属与Al互扩散。典 型的凸点金属材料多为Au或Au合金。
重庆城市管理职业学院
TAB技术的关键材料
第二章
重庆城市管理职业学院
TAB的优点
第二章
1)TAB结构轻、薄、短、小,封装高度<1mm
第二章
测试 完成
重庆城市管理职业学院
第二章
TAB技术的关键材料 1)基带材料
基带材料要求高温性能好、热匹配性好、收缩 率小、机械强度高等,聚酰亚胺(PI)是良好的 基带材料,但成本较高,此外,可采用聚酯类材 料作为基带。
重庆城市管理职业学院
TAB技术的关键材料
第二章
2)TAB金属材料 制作TAB引线图形的金属材料常用Cu箔,少数
腐蚀可导致引线一端或两端完全断开,从而使引线 在封装内自由活动并造成短路。
重庆城市管理职业学院
第二章
载带自动键合(TAB)技术概述
载带自动焊(Tape Automated Bonding,TAB)技术是 一种将芯片组装在金属化柔性高分子聚合物载带上的集成 电路封装技术;将芯片焊区与电子封装体外壳的I/O或基板 上的布线焊区用有引线图形金属箔丝连接,是芯片引脚框 架的一种互连工艺。
集成电路封装可靠性定义和应用精选全文完整版
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可靠性常用术语
集成电路封装常用可靠性试验对应的缺点项目
国际标准概述
国际标准概述
国际标准概述
国际标准概述
国际标准概述
产品防湿等级定义
• 防湿等级 非密封包装状态下存放期
标准吸湿考核条件
• LEVEL 1 • LEVEL 2 • LEVEL 3 • • • •
要控制切割水温度、加高分子处理液、去离子水加CO2后的兆数控制等 切割速度和时间的控制、刀片类型与切割工艺的匹配等 2. 芯片表面沾污 芯片表面压区粘污会很大程度的影响打线
如何从工艺角度做到产品零分层
D/B站工艺控制要点: 1. 银浆的寿命 2. 使用前的搅拌 3. 银浆厚度控制 4. 芯片倾斜控制 5. 芯片背面顶针印控制 6. 芯片蓝膜防刺破 7. 芯片防压伤(对65nm及以下的更要注
器件必须按照下列条件进行: • a.)工厂条件为温度≤30℃,湿度≤60%时,168小时(若此处空白,参见相
邻的条码标签)内安装 • b.)在湿度<20%的环境下储存 • 3.若器件符合下列条件,要求安装前烘烤. • a.)温度为23加减5度时,湿度指示卡的读数>10%. • b.)不符合2a或2b. • 4.若要求烘烤,器件烘烤时间为: • a.)低温器件容器在40℃+5℃/-0℃,5%RH下烘烤192小时 • b.)高温器件容器在115℃加减5℃下烘烤8小时 • 口袋密封日期: • (若此处空白,参见相邻的条码标签)
如何从工艺角度做到产品零分层
MOLDING站工艺控制要点: 1. 模温、注射压强、注射速度、合模压力、保压时间 2. 清模润模 3. 塑封胶体偏位、错位 4. 料饼回温 5. 料饼有效期 6. 塑封内部空洞控制 7. 对BGA PEELING TEST \PLASMA后时间控制 8. 产品塑封前的时间控制 9. 后固化温度和时间 10.烘箱温度均匀度 11.QFN\BGA产品压块方式和重量及垫纸方式
集成电路封装和可靠性Chapter2_2 芯片互连技术
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90 % of interconnects in yr 1999 by this method.
Purpose
The wire bond process is to form the interconnection between the die and the substrate with wires welded on the die bond pads and the substrate bond lead/fingers/pads.
UESTC-JNiiannggNfeinnggDu
19
集成电路封装测试与可靠性
2.2.1 TAB History
1965年,由美国通用电气(GE)发明,称为mini Mod(微型 封装);
1971年,法国Bull SA称为“载带自动焊”,但一直发展缓慢; 20世纪80年代中期,美国Fairchild (仙童公司)、Motorola
楔形工具 焊线
超声波能量
铝结合垫 晶粒
压力
工具向上移
更多焊线 馈入工具
(1)
(2)
(3)
超声波能量 压力
工具向上移
焊线在接合 垫处切断
导线架
(4)
UESTC-JNiiannggNfeinnggDu
(5)
11
2.1 Wire Bond Technology
集成电路互连技术
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本校对CNT研 碳纳米管互连线电特性的研究【分析了单 壁碳纳米管互连线的电特性。 壁碳纳米管互连线的电特性。并在此基础 上分析了多壁碳纳米管互连线的电特性。 上分析了多壁碳纳米管互连线的电特性。 建立了多壁碳纳米管的等效电路模型, 建立了多壁碳纳米管的等效电路模型,分 析了与单壁碳纳米管的不同之处 】 低温制备集成电路互连高密度碳纳米管的 研究 【在600℃-700℃之间成功生长出了高 ℃ ℃ 密度定向好的CNT】 密度定向好的 】
目前CNT的发展现状 目前 的发展现状
日本: 互连技术; 日本: 1000根CNTs的Via互连技术; 根 的 互连技术 美国:定向生长CNT,填充 美国:定向生长 ,填充SiO2并进行抛光实现 并进行抛光实现 的互连; 了CNTs的互连; 的互连 德国: 单根多壁CNT互连; 互连; 德国:20-60nm单根多壁 单根多壁 互连 法国:单根40nm多壁 多壁CNT互连,特征电阻为 互连, 法国:单根 多壁 互连 30K ; 国内:研究集中在CNT互连模拟领域, CNT互连 互连模拟领域, 国内:研究集中在 互连模拟领域 互连 研究处于起步阶段。 研究处于起步阶段。
微电子学与固体电子学 任 君
集成电路互连技术简介 早期互连技术: 早期互连技术:铝互连 目前应用最广泛的互连技术:铜互连 目前应用最广泛的互连技术: 下一代互联材料与互连技术: 下一代互联材料与互连技术:碳纳米管互连
集成电路互连技术简介
所谓的集成电路 互连技术, 互连技术,就是 将同一芯片内各 个独立的元器件 通过一定的方式, 通过一定的方式, 连接成具有一定 功能的电路模块 的技术。 的技术。
碳纳米管的结构
碳纳米管是由单层或多层石墨片按一定形式卷曲形成的中 空的无缝圆柱结构,是一种石墨晶体。 空的无缝圆柱结构,是一种石墨晶体。碳纳米管的每层都 是一个C原子通过 原子通过sp2杂化与旁边另外 个C原子结合在一 杂化与旁边另外3个 原子结合在一 是一个 原子通过 杂化与旁边另外 起形成六边形平面组成的圆柱。 起形成六边形平面组成的圆柱。
IC工艺技术13集成电路可靠性PPT79页课件

产品可靠性取决于设计,工艺和封装 相同设计规则,相同工艺和封装的不同产品应有相同的可靠性水平 可靠性要从源头-设计抓起 可靠性是内在质量,是靠‘做’出来的,不是靠‘测’出来的
可靠性设计
电路设计的可靠性考虑 器件和版图结构设计的可靠性考虑 工艺设计的可靠性考虑
可靠性设计 -电路设计时的考虑
耗损失效期
在曲线的最后区域,失效速率急剧上升,意味着封装器件达到了预期寿命,诸如开裂和过度的应力不可能对该区域有重大影响,因为这些问题造成的失效应更早出现。引起该失效的最典型的原因是较慢锈蚀过程的累积效应。失效速率开始快速上升的时间应该超过系统的预期寿命,以保证消费者的质量要求。
(三)硅片级可靠性设计和测试
可靠性试试验 (1)
可靠性评价不可能等待器件自然失效后再进行测试和分析,而是通过一系列模拟环境和加速试验,使器件在较短的时间内失效,然后再进行失效机理的分析。 加速因子包括潮气、温度、一般的环境应力和剩余应力等。 设计合理的加速试验,可以达到检测器件可靠性的目的。 选择合适的样本数也是可靠性试验的关键参数之一,因为样本数少了,不能真实反映器件的可靠性,样本数太大的话,又会造成资源的浪费,需用数理统计方法,合理选择样本数。
28
MTTF (Years) 125oC 60% UCL
243
MTTF (Years) 90oC 60% UCL
4060
温度循环(T/C)
条件: 500 cycles, -65℃ to +150℃ at a ramp rate of 25℃/min and with 20 min dwell at each temperature extreme 目的:模拟环境温度变化,考核温度交替变化对产品机械/电性能的影响,暴露粘片/键合/塑封等封装工艺/材料缺陷,及金属化/钝化等圆片工艺问题 失效机理:不同材料间热膨胀系数差异造成界面热匹配问题,造成金线断裂、键合脱落致使开路,塑封开裂使密封性失效、界面分层使热阻增大 、钝化层开裂、硅铝接触开路、芯片开裂
集成电路封装和可靠性Chapter2-1-芯片互连技术【芯片封装测试】
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UESTC-Ning Ning1Chapter 2Chip Level Interconnection宁宁芯片互连技术集成电路封装测试与可靠性UESTC-Ning Ning2Wafer InWafer Grinding (WG 研磨)Wafer Saw (WS 切割)Die Attach (DA 黏晶)Epoxy Curing (EC 银胶烘烤)Wire Bond (WB 引线键合)Die Coating (DC 晶粒封胶/涂覆)Molding (MD 塑封)Post Mold Cure (PMC 模塑后烘烤)Dejunk/Trim (DT 去胶去纬)Solder Plating (SP 锡铅电镀)Top Mark (TM 正面印码)Forming/Singular (FS 去框/成型)Lead Scan (LS 检测)Packing (PK 包装)典型的IC 封装工艺流程集成电路封装测试与可靠性UESTC-Ning Ning3⏹电子级硅所含的硅的纯度很高,可达99.9999 99999 %⏹中德电子材料公司制作的晶棒(长度达一公尺,重量超过一百公斤)UESTC-Ning Ning4Wafer Back Grinding⏹PurposeThe wafer backgrind process reduces the thickness of the wafer produced by silicon fabrication (FAB) plant. The wash station integrated into the same machine is used to wash away debris left over from the grinding process.⏹Process Methods:1) Coarse grinding by mechanical.(粗磨)2) Fine polishing by mechanical or plasma etching. (细磨抛光)UESTC-Ning Ning5旋转及振荡轴在旋转平盘上之晶圆下压力工作台仅在指示有晶圆期间才旋转Method:The wafer is first mounted on a backgrind tape and is then loaded to the backgrind machine coarse wheel . As the coarse grinding is completed, the wafer is transferred to a fine wheel for polishing .UESTC-Ning Ning6 Wafer Back Grinding processObjective:To reduce thethicknesswith a coarse grindingwheel.Objective:To load and alignthe wafer into thewafer cleaning andtape laminationmachine.Objective:To clean the waferfor the nextlamination step.Objective:To laminate a protectivelayer of film on thecircuitry surface of thewafer .2. Wafer cleaning1. Load and Align 3. Back grind Tape lamination4. Coarse grindingUESTC-Ning Ning7Wafer Back Grinding process (Cont.)Objective:To unload the wafer from back grinding machine.5. Fine polishing6. UnloadObjective:To load the wafer to wafer mounter.Objective:To remove the back grind tape afterwafer mounted on the frame.8. Tape removal7. LoadUESTC-Ning Ning8Wafer Back Grinding Issues and Challenges⏹Issues☐Ease of process–Thin wafer handling from one step to another –Back grinding tape removal–Excessive stresses removal or reduction from the wafer.(应力)☐Yield–Wafer breakage due to stress built up during thinning process. –Scratches .(划痕)–Die metallization smearing.(污点,模糊)☐Equipment stability and capability⏹Challenges☐Market requirements drive for very thin wafer (<3 mils)☐Flip chip wafer back grindingUESTC-Ning Ning9Wafer sawing⏹Wafer Separation Process►Purpose:The wafer separation process is to divide the wafer into individual dice or chips.Process Methods:1)Sawing (with diamond-impregnated saw blade) 锯切☐Single or dual cut ☐Step cut or bevel cut2) Partial scribing (with laser beam, diamond-tipped scribing tool, or diamond-impregnated saw blade) 局部划片器UESTC-Ning Ning10Wafer sawingUESTC-Ning Ning11►Wafer Sawing is a Front-of-Line (FOL) operation that cuts the wafer along the streets separating the individual die. Streets, also called scribe lines , are lines on the wafer that separate each individual die from the surrounding dice. Kerf width is the saw width. After the wafer is sawn, the wash station, using a detergent, removes residual cut material fromthe wafer.Wafer sawingDicing Blade晶圆工作台刀刃NingUESTC-Ning Ning13The SAWING process is broken down into four steps:Objective:To rinse slurry (silicon dust)before it dries with de-ionized water and CO2. Also to drywafer by pinning and with clean air , and unload wafer .1. Load and Align2. Pattern Recognition System (PRS)3. Cut4. Wash, Rinse, Dry and UnloadObjective:To separate dice from a wafer with resin-bonded diamond wheel . (First blade is used to remove metal structures and stresses on street for second blade.)Wafer sawingUESTC-Ning Ning14Wafer Sawing Issues and Challenges⏹Issues:☐Ease of process--Die chipping control (碎屑)--Multiple die types and sizes processing☐Yield--Saw on die--Scratches (划痕)--Chipping --Die crack☐Equipment stability and capability⏹Challenges:☐Smaller kerf width for more die per wafer☐Larger wafer size (300mm)with multiple die types and sizesUESTC-Ning Ning15--Die Attach Process☐Purpose:The die attach process is to attach the sawed die in the right orientation accurately onto the substrate with a bonding medium in between to enable the next wire bond first level interconnection operation .☐Process Methods1)Semi-automated eutectic die attach .低共熔物芯片粘接2)Fully automated adhesive die attach.胶粘剂粘接--Die Attach Process 晶粒--Die Attach Process☐Au-Si 低共熔合金粘接法金膜◆低共融合金粘接法主要用在芯片产品需要非常低的背部接触电阻。
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UESTC-Ning Ning1Chapter 2Chip Level Interconnection宁宁芯片互连技术集成电路封装测试与可靠性UESTC-Ning Ning2Wafer InWafer Grinding (WG 研磨)Wafer Saw (WS 切割)Die Attach (DA 黏晶)Epoxy Curing (EC 银胶烘烤)Wire Bond (WB 引线键合)Die Coating (DC 晶粒封胶/涂覆)Molding (MD 塑封)Post Mold Cure (PMC 模塑后烘烤)Dejunk/Trim (DT 去胶去纬)Solder Plating (SP 锡铅电镀)Top Mark (TM 正面印码)Forming/Singular (FS 去框/成型)Lead Scan (LS 检测)Packing (PK 包装)典型的IC 封装工艺流程集成电路封装测试与可靠性UESTC-Ning Ning3⏹电子级硅所含的硅的纯度很高,可达99.9999 99999 %⏹中德电子材料公司制作的晶棒(长度达一公尺,重量超过一百公斤)UESTC-Ning Ning4Wafer Back Grinding⏹PurposeThe wafer backgrind process reduces the thickness of the wafer produced by silicon fabrication (FAB) plant. The wash station integrated into the same machine is used to wash away debris left over from the grinding process.⏹Process Methods:1) Coarse grinding by mechanical.(粗磨)2) Fine polishing by mechanical or plasma etching. (细磨抛光)UESTC-Ning Ning5旋转及振荡轴在旋转平盘上之晶圆下压力工作台仅在指示有晶圆期间才旋转Method:The wafer is first mounted on a backgrind tape and is then loaded to the backgrind machine coarse wheel . As the coarse grinding is completed, the wafer is transferred to a fine wheel for polishing .UESTC-Ning Ning6 Wafer Back Grinding processObjective:To reduce thethicknesswith a coarse grindingwheel.Objective:To load and alignthe wafer into thewafer cleaning andtape laminationmachine.Objective:To clean the waferfor the nextlamination step.Objective:To laminate a protectivelayer of film on thecircuitry surface of thewafer .2. Wafer cleaning1. Load and Align 3. Back grind Tape lamination4. Coarse grindingUESTC-Ning Ning7Wafer Back Grinding process (Cont.)Objective:To unload the wafer from back grinding machine.5. Fine polishing6. UnloadObjective:To load the wafer to wafer mounter.Objective:To remove the back grind tape afterwafer mounted on the frame.8. Tape removal7. LoadUESTC-Ning Ning8Wafer Back Grinding Issues and Challenges⏹Issues☐Ease of process–Thin wafer handling from one step to another –Back grinding tape removal–Excessive stresses removal or reduction from the wafer.(应力)☐Yield–Wafer breakage due to stress built up during thinning process. –Scratches .(划痕)–Die metallization smearing.(污点,模糊)☐Equipment stability and capability⏹Challenges☐Market requirements drive for very thin wafer (<3 mils)☐Flip chip wafer back grindingUESTC-Ning Ning9Wafer sawing⏹Wafer Separation Process►Purpose:The wafer separation process is to divide the wafer into individual dice or chips.Process Methods:1)Sawing (with diamond-impregnated saw blade) 锯切☐Single or dual cut ☐Step cut or bevel cut2) Partial scribing (with laser beam, diamond-tipped scribing tool, or diamond-impregnated saw blade) 局部划片器UESTC-Ning Ning10Wafer sawingUESTC-Ning Ning11►Wafer Sawing is a Front-of-Line (FOL) operation that cuts the wafer along the streets separating the individual die. Streets, also called scribe lines , are lines on the wafer that separate each individual die from the surrounding dice. Kerf width is the saw width. After the wafer is sawn, the wash station, using a detergent, removes residual cut material fromthe wafer.Wafer sawingDicing Blade晶圆工作台刀刃NingUESTC-Ning Ning13The SAWING process is broken down into four steps:Objective:To rinse slurry (silicon dust)before it dries with de-ionized water and CO2. Also to drywafer by pinning and with clean air , and unload wafer .1. Load and Align2. Pattern Recognition System (PRS)3. Cut4. Wash, Rinse, Dry and UnloadObjective:To separate dice from a wafer with resin-bonded diamond wheel . (First blade is used to remove metal structures and stresses on street for second blade.)Wafer sawingUESTC-Ning Ning14Wafer Sawing Issues and Challenges⏹Issues:☐Ease of process--Die chipping control (碎屑)--Multiple die types and sizes processing☐Yield--Saw on die--Scratches (划痕)--Chipping --Die crack☐Equipment stability and capability⏹Challenges:☐Smaller kerf width for more die per wafer☐Larger wafer size (300mm)with multiple die types and sizesUESTC-Ning Ning15--Die Attach Process☐Purpose:The die attach process is to attach the sawed die in the right orientation accurately onto the substrate with a bonding medium in between to enable the next wire bond first level interconnection operation .☐Process Methods1)Semi-automated eutectic die attach .低共熔物芯片粘接2)Fully automated adhesive die attach.胶粘剂粘接--Die Attach Process 晶粒--Die Attach Process☐Au-Si 低共熔合金粘接法金膜◆低共融合金粘接法主要用在芯片产品需要非常低的背部接触电阻。
--Die Attach ProcessUESTC-Ning Ning19--Die Attach ProcessUESTC-Ning Ning20 1. Units and Dice/ wafer LoadObjective:To load the carrierswith the units placedon them. To loadthe dice/wafer intothe machine.2. Bonding Medium DispenseObjective:To dispense thebonding mediumonto the substratedie attach paddle.3. Pattern Recognition System(PRS) & AlignObjective:To align the theta(rotation) position ofthe wafer. To align thedie (X-Y)with respectto the package PRSeye points.4. Die AttachObjective:To attach the dieprecisely and form agood adhesion withdesired bond linethickness (BLT).--Die Attach Process--Die Attach Process 5. Unload (Die Attach)UESTC-Ning Ning22Wire Bonding Technology Die Attach ProcessIssues and Challenges☐Issues:◆Ease of process–Delamination control –Void control ◆Yield–Adhesive on die–Incomplete wet out/fillet –Die crack–Die placement◆Equipment stability and capability☐Challenges:◆Market requirements drive for very thin die (<3 mils).◆Material selection (e.g. lead free compatible, thermal Materialselection and electrical requirements).UESTC-Ning Ning23--Wire Bonding ProcessUESTC-Ning Ning245. UnloadObjective:To unload the carriers after wire bond.To unload the wire spool when the wireis used upThe Wire Bonding Process --Wire Bonding ProcessUESTC-Ning Ning25Wire Bonding Issues and Challenges◆Challenges:☐Market requirements drive for tighter bond pitch . (<37/75um staggered , <60um non-staggered).☐Smaller wire diameter (<1.0mils).☐Brittle Intermetallic composition (IMC) on lead free.◆Issues:☐Ease of process-Looping profile control.-Process optimization for bond ability and bond reliability.☐Yield-Lifted bond (non stick on pad or lead).-Sagging and swayed wire. 引线塌陷或歪斜-Tight loop.☐Equipment stability and capability.交错排列无铅工艺中易脆的金属间化合物UESTC-Ning Ning26 MD(封塑)(Molding)BM(背印)(Back Mark)D/T(去胶/去纬)(Dejunk/Trim)SP(电镀)(Solder Panting)F/S(成型/去框)(Form/Singulation)F/T(功能测试)(Function/Test)PK(包装)(Packing)PMC(烘烤)(Post Mold Cure)MC(烘烤)(Mark Cure)TM(正印)(Top Mark)LS(检测)(lead Scan)Molding塑封成型UESTC-Ning Ning27按封装材料分类:陶瓷封裝常用于特殊用途和专业领域IC芯片例如:高频和军事通讯加盖式气密性封装UESTC-Ning NingUESTC-Ning Ning29☐Hermetic lid Sealing在第一级互连完成后,将周围印刷有焊料的盖子(或陶瓷,金属或塑料盖)放置在封装基板腔体上(芯片已键合在腔体内)。