第二章芯片的互连技术PPT课件
《芯片互连》课件
这是一份关于芯片互连的PPT课件。我们将深入探讨芯片互连的优势、挑战、 技术路线和分类、以及应用场景。希望能够帮助大家更深入地了解芯片互连 技术。
什么是芯片互连？
定义
芯片互连是将芯片之间或芯 片与外部环境之间的信息传 输和能量传递通路连接到一 起，实现芯片之间的互相交 流的技术。
芯片互连技术应用场景
数据中心
芯片互连技术可以实现数据中心的高速、低延迟、 可靠连接，可促进数据中心优化和效率提升。
智能家居
芯片互连技术可以实现智能家居设备的联动、互动、 便捷控制，可以提高家庭生活质量和舒适度。
工业自动化和机器人
芯片互连技术可以实现工厂自动化、流水线控制和 机器人互联互通，可以提高生产效率和产能。
芯片互连的优势和挑战
优势
芯片互连技术可以实现设备间的高速联网和数据交 换，有助于实现智能制造、智能家居、智慧城市等 应用，并带来高效便捷的用户体验。
挑战
芯片互连技术也带来了数据安全、隐私保护、网络 攻击等方面的风险和挑战，需要采取有效措施进行 防范和应对。
商业机会
随着芯片互连技术的不断发展和应用，也带来了巨
3 发展趋势
芯片互连技术将持续向可集成、多功能、高性能、低功耗、高可靠、安全保密的方向发 展，推动芯片产业链创新升级，挖掘出更多商业价值。
芯片互连的基本概念
芯片封装技术
• 裸片封装 • PLCC封装 • BGA封装 • CSP封装
芯片间连接技术
• 点对点连接 • 总线连接 • 交叉开关连接 • 集成互连连接
外部接口标准
• USB • HDMI • PCI • SATA
芯片互连的分类和特点
1
按传输距离分类
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。
集成电路互连技术ppt课件
2.3 Al/Si接触的改进
Al-Si合金金属化引线 在铝中加入硅饱和溶解度所需要的足量硅，形成Al-Si
合金，避免硅向铝中扩散，从而杜绝尖楔现象。 铝-掺杂多晶硅双层金属化结构
掺杂多晶硅主要起隔离作用。 铝-阻挡层结构
在铝与硅之间淀积一薄层金属，阻止铝与硅之间的作 用，从而限制Al尖楔问题。一般将这层金属称为阻挡层。 采用新的互连金属材料
精品课件
2.1 早期互连技术----铝互连
铝互连的优点： 铝在室温下的
电阻率很低，与硅 和磷硅玻璃的附着 性很好，易于沉积 与刻蚀。由于上述 优点，铝成为集成 电路中最早使用的 互连金属材料。
精品课件
2.2 铝互连的不足（一）：Al/Si接触中的尖楔现象
Al Si
Al/Si接触中的 尖楔现象
精品课件精品课件源自3.3 碳纳米管的导电机制
碳纳米管的电子平均自由程约为1.6μm（室温下金属Cu的 电子平均自由程约为45nm ），如果碳纳米管长度小于这 个值，那么电子在碳纳米管中传输就可能为弹道输运，此 时碳纳米管的电阻跟管的长度无关 。
精品课件
3.4 目前CNT的发展现状
日本： 1000根CNTs的Via互连技术； 美国：定向生长CNT，填充SiO2并进行抛光实现了 CNTs的互
解决Al/Si接触问题最有效的方法。
精品课件
2.4 铝互连的不足（二）：电迁移现象
金属为良导体时，静电作用力将减小， 电子风作用力将起主要作用。
精品课件
电迁移现象的本质 是导体原子与通过该导 体电子流之间存在相互 作用，当一个铝金属粒 子被激发处于晶体点阵 电位分布的谷顶的时候， 它将受到两个方向相反 的作用力：
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。
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】
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 .。
微电子封装技术第2章 封装工艺流程
2.4芯片贴装
焊接粘贴法工艺是将芯片背面淀积一定厚度的 Au或Ni，同时在焊盘上淀积Au-Pd-Ag和Cu的金属 层。
其优点是热传导好。工艺是将芯片背面淀积一 定厚度的Au或Ni，同时在焊盘上淀积Au-Pd-Ag和 Cu的金属层。这样就可以使用Pb-Sn合金制作的合 金焊料将芯片焊接在焊盘上。焊接温度取决于PbSn合金的具体成分比例。
微电子封装技术
董海青 李荣茂
第2章 封装工艺流程
2.1 流程概述 2.2 芯片减薄 2.3 芯片切割 2.4 芯片贴装 2.5 芯片互连技术 2.6 成形技术 2.7 后续工艺
2.1 流程概述
芯片封装工艺流程一般可以分为两个部分：前 段操作和后段操作。前段操作一般是指用塑料封装 （固封）之前的工艺步骤，后段操作是指成形之后 的工艺步骤。
2.4芯片贴装
导电胶粘贴法不要求芯片背面和基板具有金属 化层，芯片座粘贴后，用导电胶固化要求的温度时 间进行固化，可以在洁净的烘箱中完成固化，操作 起来比较简便易行。
导电胶进行芯片贴装的工艺过程如下：用针筒 或注射器将黏着剂涂布在芯片焊盘上，然后将芯片 精确地放置到焊盘的黏着剂上面。
导电胶粘贴法的缺点是热稳定性不好，容易在 高温时发生劣化及引发黏着剂中有机物气体成分泄 露而降低产品的可靠度，因此不适用于高可靠度要 求的封装。
2.4芯片贴装
玻璃胶粘贴芯片时，先以盖印、网印、点胶等 技术将玻璃胶原料涂布在基板的芯片座上，将IC芯 片放置在玻璃胶上后，再将封装基板加热至玻璃熔 融温度以上即可完成粘贴。
玻璃胶粘贴法的优点是可以得到无空隙、热稳 定性优良、低结合应力与低湿气含量的芯片粘贴； 其缺点是玻璃胶中的有机成分与溶剂必须在热处理 时完全去除，否则对封装结构及其可靠度将有所损 害。
第二章 微电子封装概论(1)
第二步：将晶圆分布 图数字化，并将失效 芯片用红色标注，如 左图所示。
缺陷图样分析第二步
电子科学与技术系
Department of Electronic Science and technology
第三步：使用不同颜 色标注不同缺陷团簇， 如左图所示。 最后再通过与数据 库比对，完成缺陷图 样的分类。
2.2.1 零级封装技术（芯片互连级）
1.零级封装
零级封装是指半导体基片上的集成电路元件、器 件、线路；更确切地应该叫未加封装的裸芯片。 如果硬要说它是封装，是指圆片的切割到没有外 壳封装的集成电路的芯片，是由半导体厂商来完成 的，这种芯片可分为系列标准芯片和特殊用途的专 用芯片两种。 系统用户可从半导体厂家以这种裸芯片形式进货， 进行封装，经测试确保芯片质量合格后销售。
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2.1.2 微电子封装的功能
微电子封装有5个功能如下：
1.电源分配： 微电子封装首先要通过电源使芯片电路能流通电流，但不 同部件所需的电源不同，要合理分配不同部件的电源，避免 器件被烧坏和不必要的电源损耗，这一点尤为重要。 2.信号分配： 为使电信号延迟尽可能减小，布线时应尽可能地使信号线 与芯片的互连路径，以及通过封装的 I/O引出路径达到最短。 对于高频信号，还应考虑信号的串扰，需进行合理的信号线 布线和地线布线。 3.机械支撑： 为芯片和其他部件提供牢固可靠的机械支撑，要能适应各 种工作环境和条件的变化。
缺陷图样分析第三步
电子科学与技术系
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2.贴膜 （Tape Attaching）
4第二章 互连技术FCB
2.4 倒装焊技术（FCB）2.4.1 FCB2.4.4 C42.4.5倒装焊接机简介*微组装工艺*一、FCB技术2.4.1FCB技术及特点倒装焊(FCB)是芯片与基板直接安装互连的一种方法。
在芯片连接的地方制作出突起的焊点，在后期操作中直接将芯片的焊点与基板的焊区形成连接。
WB和TAB互连法通常那是芯片面朝上安装互连、而FCB则是芯片面朝下,芯片上的焊区直接与基板上的焊区互连。
*微组装工艺*制作的凸点芯片既可以用于在厚膜陶瓷基板上进行FCB，又可以在薄膜陶瓷或Si基板上进行FCB，还可以在PCB上直接将芯片进行FCB。
使用FCB的基板一般有：陶瓷、Si基板、PCB环氧树脂基板。
Samples with Different DimensionsPCB 上不同尺寸倒装焊样品Flip Chip on Flexible substrate 在软质底板上倒装焊*微组装工艺*基板芯片表面互连线基板表面互连线凸点基板芯片表面互连线基板表面互连线*微组装工艺*二、发展历史1964倒装芯片出现；1969年，IBM公司C4技术（可控塌陷技术）；至今，已广泛应用于SIP,MCM,微处理器，硬盘驱动器以及RFID等领域。
*微组装工艺*三、FCB技术的优缺点优点：FCB的互连线非常短。
互连产生的杂散电容、互连电阻和互连电感均比WB和TAB小得多，从而更适合高频、高速的电子产品应用；FCB芯片安装互连占的基板面积小．因而芯片安装密度高。
此外，FCB芯片焊区可面阵布局、更适合高I／O数的LSI、VLSI芯片使用；芯片的安装、互连是同时完成的，这就大大简化了安装互连工艺，快速、省时，适于使用先进的SMT 进行工业化大批量生产。
*微组装工艺*缺点：芯片面朝下安装互连，会给工艺操作带来一定难度，焊点检查困难(只能使用红外线和X光检查)； 在芯片焊区一般要制作凸点，增加了芯片的制作工艺流程和成本；倒装焊同各材料间的匹配所产生的应力问题也需要很好地解决等。
《集成电路封装和可靠性》培训课件：芯片互连技术
Lead Scan (LS 检测)
Packing (PK 包装)
集成电路封装测试与可靠性
1 电子级硅所含的硅的纯度很高，可 达 99.9999 99999%
1 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)
集成电路封装测试与可靠性
debris l e f t over from the grinding process.
1 Process Methods:
1)Coarse grinding by mechanical. ( 粗磨)
2)Fine polishing by mechanical or plasma etching. ( 细磨抛光)
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集成电路封装测试与可靠性
Wire Bonding Technology -- Die Attach Process
Purpose:
The die attach process i s 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 f i r s t level interconnection operation .
刀刃
集成电路封装测试与可靠性
切割设备示意图
晶圆 工作台
Dicing Blade
Silicon Wafer Flame
Flame
Blue Tape
两次进刀切割法
Wafer sawing
集成电路封装测试与可靠性
第2章-IC封装
第二章集成电路芯片封装工艺流程传统封装与装配硅片测试和拣选引线键合分片塑料封装最终封装与测试贴片芯片封装技术工艺流程图硅片减薄硅片切割芯片贴装芯片互连打码上焊锡切筋成形去毛刺成型技术2.1 硅片减薄硅片尺寸较大，（6寸、8寸、12寸）；硅片上电路层有效厚度300μm,加厚为700~900µm，因此，封装之前，要对硅片进行减薄。
减薄技术：研磨、化学机械抛光（CMP）、干式抛光、电化学腐蚀、等离子化学腐蚀等。
硅片减薄转动和摆动秆转动卡盘上的硅片向下施加力Figure 20.42.2 芯片切割（分片）减薄后的芯片贴在一个带有金属环的薄膜（蓝膜）上，送到划片机进行划片。
方式：手动操作（老式划片机）；自动划片机（配备脉冲激光束或金刚石划片刀）。
划片工艺：采用DBG 、DBT技术。
分片硅片台锯刃Figure 20.52.3 芯片粘贴共晶粘贴法（Au-Si合金）焊接粘贴法（Pb-Sn合金焊接）环氧树脂粘结（重点）玻璃胶粘贴法贴装方式4种：装架芯片引线引线框架塑料DIPFigure 20.62.3.1 共晶粘贴法金—硅共晶（Au-Si）粘贴，在陶瓷封装中广泛应用。
利用金—硅合金，在高温时共晶熔合反应使IC芯片粘贴固定。
工艺方法—看下页图缺点：工艺温度高，生产效率低，不适应高速自动化生产。
只应用于大功率元件。
芯片粘结－Au-Si共晶贴片Silicon Gold film 金/硅共晶合金Al2O3 Figure 20.82.3.2 焊接粘贴法另一种利用合金反应进行芯片粘贴的方法。
优点：热传导性好，适合高功率器件的封装。
2.3.3 导电胶粘贴法也称环氧树脂粘结；优点：操作简单、成本低、大量用于塑料封装；缺点：热稳定性较差、易在高温下劣化、可靠性差。
芯片粘结－环氧树脂粘贴芯片环氧树脂引线框架Figure 20.7导电胶粘贴法工艺过程和导电胶材料涂布粘贴剂放芯片到粘贴剂上固化处理。
固化条件：150℃，1h 或（186℃，0.5h）三种导电胶材料配方：①各向同性②导电硅橡胶③各向异性导电聚合物导电胶功能：（形成化学结合、具有导电功能）2.3.4 玻璃胶粘贴法为低成本芯片粘贴材料，适用于低成本的陶瓷封装。
第二章 芯片的互连技术(更新)PPT课件
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2.2引线键合(WB) 技术
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引线键合技术
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2.3
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TAB的历史
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ห้องสมุดไป่ตู้1
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2.4
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FCB发展历史
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结束语
当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的， 所以不要放弃，坚持就是正确的。
When You Do Your Best, Failure Is Great, So Don'T Give Up, Stick To The End 演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日
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第二章芯片互连技术
• 2.1概述 • 2.2引线键合(WB) 技术 • 2.3载带自动焊（TAB）技术 • 2.4倒装焊（FCB） • 2.5芯片互连方法的比较
1
2.1概述
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芯片的粘接
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芯片的粘接
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芯片的粘接 树脂粘接
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芯片的粘接
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芯片的粘接
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芯片互连技术分类
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2.5芯片互连方法的比较
芯片互连 -热压键合
01
芯片互连技术概述
02
引线键合技术概述
03
超声波键合技术
04
热压键合技术
05
热超声波键合技术
04 热压键合技术
热压键合（TCB）
4
定义： 热压键合是引线在热压头的压力下,高温加热( > 250 ℃)焊丝发生形变,
通过对时间、温度和压力的调控进行的键合方法
利用微电弧使φ25~φ50um的Au丝端头熔化成球状,通过送丝压头将球 状端头压焊在裸芯片电极面的引线端子,形成第1键合点。
然后送丝压头提升，并向基板位置移动，在基板对应的导体端子上形 成第2键合点，完成引线连接过程。
热压键合工艺原理
5
键合所施加的压力使金球发生很大的塑性形变，其表面上的滑移线使洁净面呈 阶梯状，并在薄膜上也切除相应的凹凸槽，表面的氧化膜被氧化，洁净面之间相互 接触，发生扩散，产生了连接。
热压键合工艺流程
6
EFO打火杆在磁嘴 前将金属线烧成球
Cap下降到芯片的 Pad上，加热和力形 成第一焊点
Cap牵引金线上升
Cap运动轨迹形成良 好的Wire Loop
Cap下降到基板焊盘上， 形成楔形焊接
Cap侧向划开金属线， 形成鱼尾状接点
Cap上提，完成一 次动作
热压键合注意事项
7
1、利用加压加热，使金属丝与焊接区达到原子间的键合度； 2、基板和芯片温度能达到150℃； 3、这种键合一端是球形，一端是楔形； 4、金属线的材料则多为金丝。
感谢聆听！
3第二章 2互连技术TAB
2.3载带自动焊接技术（TAB）2.3.1 TAB2.3.2 TAB2.3.6 TAB2.3.7 TAB*微组装工艺*一、TAB 技术载带自动焊(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。
2.3.1TAB技术及应用*微组装工艺*在类似于135胶片的柔性载带粘结金属薄片，像电影胶片一样卷在一带卷上，载带宽度8-70mm。
在其特定的位置上开出一个窗口。
窗口为蚀刻出一定的印刷线路图形的金属箔片（0.035mm厚）。
引线排从窗口伸出，并与载带相连，载带边上有供传输带用的齿轮孔。
当载带卷转动时，载带依靠齿孔往前运动，使带上的窗口精确对准带下的芯片。
再利用热压模将导线排精确键合到芯片上。
*微组装工艺**微组装工艺*二、TAB技术发展TAB技术有别于且优于WB技术，用于薄型LSI芯片封装的新型芯片互连技术。
但直到20世纪80年代中期．TAB技术一直发展缓慢，其主要原因在于：TAB技术初始投资大；开始时TAB工艺设备不易买到，而传统的引线工艺已得到充分的发展，且其生产设备也容易买到；有关TAB技术资料和信息少。
*微组装工艺*随着多功能、高性能LSI和VLSI的飞速发展，I／O 数迅速增加，电子整机的高密度组装及小型化、薄型化的要求日益提高，到1987年，TAB技术又重新受到电子封装界的高度重视。
美、日、西欧各国竞相开发应用TAB技术、使其很快在消费类电子产品中获得广泛的应用，主要用于液晶显示、智能IC卡、计算机、电子手表、计算器、录像机和照相机中。
日本使用TAB技术在数量和工艺技术、设备诸方面都是领先的，直至今日仍是使用TAB的第一大户，美、欧次之，亚洲的韩国也有一定的用量．俄罗斯也有使用。
*微组装工艺*三、TAB技术的优点：TAB的结构轻、薄、短、小，高度<1mmTAB的电极尺寸、电极与焊区的间距比WB大为减少 相应可容纳的I/O引脚数更高TAB的引线R、C、L均比WB的小的多采用TAB互连可对IC芯片进行电老化、筛选和测试TAB采用Cu箔引线，导热、导电好、机械强度高TAB焊点键合拉力比WB高3-10倍可实现标准化（载带的尺寸）和自动化*微组装工艺*四、TAB的分类和标准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。
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2.3载带自动焊(TAB)技术
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• 2.3.1发展概况
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2.3.2.TAB技术优点
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2.3.3.TA.TAB关键材料与关键技术
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2.3.5芯片凸点的制作
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2.3.6 TAB图形结构与载带制作技术
第二章芯片互连技术
• 2.1概述
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芯片互连技术分类
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2.2引线键合(WB) 技术
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WB的分类与特点
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You Know, The More Powerful You Will Be
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谢谢大家
荣幸这一路，与你同行
It'S An Honor To Walk With You All The Way
演讲人：XXXXXX
时 间：XX年* XX月XX日
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TAB单层带的制作
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TAB双层带的制作
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TAB三层带的制作
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2.3.8TAB的焊接技术
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2.3.9 TAB的可靠性
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2.3.10 TAB 应用
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2.4倒装焊（FCB）技术
2.4.1 FCB发展简况
可控塌陷芯*片连接
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2.4.2凸点芯片的FCB技术
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2.4.3倒装焊接机简介
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2.5埋置芯片互连-----后布线技术
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2.6芯片互连方法的比较
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写在最后
经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量 Study Constantly, And You Will Know Everything. The More