2第二讲_芯片贴装与芯片互连
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《芯片互连》课件
《芯片互连》PPT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
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
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按传输距离分类
集成电路芯片封装第2章-芯片互连技术
➢ 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:
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
6、WB线材及其可靠度
➢键合对金属材料特性的要求： 可塑性好，易保持一定形状，化学稳定性好；
尽量少形成金属间化合物，键合引线和焊盘金 属间形成低电阻欧姆接触。
➢柯肯达尔效应：两种扩散速率不同的金属交互 扩散形成缺陷：如Al-Au键合后，Au向Al中迅 速扩散，产生接触面空洞。通过控制键合时间 和温度可较少此现象。
·陶瓷和塑料BGA、SCP和MCP ·陶瓷和塑料封装QFP ·芯片尺寸封装 (CSP)
3、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。
4、引线键合接点外形
球形键合
第一键合点
第二键合点
第二章 封装工艺流程
各种连线技术依IC集成度区分的应用范围
3.1 打线键合技术
打线键合（焊接）技术 打线键合（焊接）技术为集成电路芯片与封装结构之间的电路连线最常被使用的方 法。其方法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键合点 （Pad）上而形成电路连接。 超声波键合（Ultrasonic Bonding U/ S Bonding ） 打线键合技术 热压键合（ Thermocompression Bonding T/C ） 热超声波焊接（Thermosonic Bonding T/S Bonding）
焊接粘结法
2.3 导电胶粘贴法
导电胶是大家熟悉的填充银的高分子材料聚合物，是具有良好导热导电性能的环氧 树脂。导电胶粘贴法不要求芯片背面和基板具有金属化层，芯片粘贴后，用导电胶 固化要求的温度时间进行固化，可在洁净的烘箱中完成固化，操作起来简便易行。 因此成为塑料封装常用的芯片粘贴法。以下有三种导电胶 三种导电胶的配方可以提供所需的电 三种导电胶 互连： （1）各向同性材料（ ICA，isotropic conductive adhesive ），它能沿所 有方向导电，代替热敏元件上的焊料，也能用于需要接地的元器件 （2）导电硅橡胶，它能有助于保护器件免受环境的危害，如水、汽，而且 可屏蔽电磁和射频干扰（EMI/RFI） （3）各向异性导电聚合物（ACA，anisotropic conductive adhesive ）， 它只允许电流沿某一方向流动，提供倒装芯片元器件的电连接和消除应变 以上三种类型导电胶都有两个共同点 两个共同点：在接合表面形成化学结合和导电功能。 两个共同点 导电胶填充料是银颗粒或者是银薄片，填充量一般在75%～80%之间，粘贴剂都是导电的。 但是，作为芯片的粘贴剂，添加如此高含量的填充料，其目的是改善粘贴剂的导热性，即 为了散热。因为在塑料封装中，电路运行过程产生的绝大部分热量将通过芯片粘贴剂和框 架散发出去。
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。
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。
集成电路芯片封装第2章-芯片互连技术
➢ 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。
第二章芯片的互连技术PPT课件
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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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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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TAB的历史
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ห้องสมุดไป่ตู้1
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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
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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
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。
芯片互连PPT课件
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抬起 抬起热压焊头，焊接机将压焊到裁带上的IC芯片通过链轮步进卷绕到卷轴上， 同时下一个载带引线图形也步进到焊接对位的位置上。 芯片传送 供片系统按设定程序将下一个好的IC芯片转移到新的载带引线图形下方进行 对位．从而完成了一个完整的焊接过程。
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一、引线键合(WB)技术 WB是将半导体芯片焊区与微电子封装的I／O
引线或基板上的金属化布线焊区用金属细丝连接起来 的工艺技术：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、A1丝和Si一A1丝。 焊接方式有热压焊、超声键合焊和金丝球焊三种。
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Wire Clamp
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（2）超声焊
超声焊又称超声键合、它是利用超声波发生器产 生的能量．通过磁致伸缩换能器，在高频磁场感应 下，迅速伸缩而产生弹性振动，破坏Al层界面的氧化 层．使两个纯净的金属面紧密接触、达到原子级的 “键合”，从而形成牢固的焊接。
超声键合与热压焊相比，能充分去除焊接截面金 属氧化层，提高焊接质量，焊接强度高于热压焊， 超声焊不需加热．可在常温下进行，因此芯片性能 无损害，这对器件的可靠性和长期使用寿命都是十 分有利的。
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基板
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三、倒装焊
基板
芯片表面互连 线
基板表面互连 线
20世纪60年代初，美国IBM公司首先研制开发出在芯片上制作凸点的倒装焊FＣ Ｂ工艺技术，大大减少了引线的长度．
凸点
芯片表面互连 线
基板
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基板表面互连 线
倒装焊(FCB)是芯片与基板直接安装互连的一种方法。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。 因此，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。同时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。由于芯片的安装、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。当然．FCB也有 不足之处，如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)；另外、在心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，此外，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。但 随着工艺技术和可靠性研究的不断深人，FCB存在的问题止逐一得到解决。
抬起 抬起热压焊头，焊接机将压焊到裁带上的IC芯片通过链轮步进卷绕到卷轴上， 同时下一个载带引线图形也步进到焊接对位的位置上。 芯片传送 供片系统按设定程序将下一个好的IC芯片转移到新的载带引线图形下方进行 对位．从而完成了一个完整的焊接过程。
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一、引线键合(WB)技术 WB是将半导体芯片焊区与微电子封装的I／O
引线或基板上的金属化布线焊区用金属细丝连接起来 的工艺技术：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、A1丝和Si一A1丝。 焊接方式有热压焊、超声键合焊和金丝球焊三种。
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Wire Clamp
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（2）超声焊
超声焊又称超声键合、它是利用超声波发生器产 生的能量．通过磁致伸缩换能器，在高频磁场感应 下，迅速伸缩而产生弹性振动，破坏Al层界面的氧化 层．使两个纯净的金属面紧密接触、达到原子级的 “键合”，从而形成牢固的焊接。
超声键合与热压焊相比，能充分去除焊接截面金 属氧化层，提高焊接质量，焊接强度高于热压焊， 超声焊不需加热．可在常温下进行，因此芯片性能 无损害，这对器件的可靠性和长期使用寿命都是十 分有利的。
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基板
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三、倒装焊
基板
芯片表面互连 线
基板表面互连 线
20世纪60年代初，美国IBM公司首先研制开发出在芯片上制作凸点的倒装焊FＣ Ｂ工艺技术，大大减少了引线的长度．
凸点
芯片表面互连 线
基板
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基板表面互连 线
倒装焊(FCB)是芯片与基板直接安装互连的一种方法。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。 因此，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。同时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。由于芯片的安装、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。当然．FCB也有 不足之处，如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)；另外、在心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，此外，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。但 随着工艺技术和可靠性研究的不断深人，FCB存在的问题止逐一得到解决。
2第二讲_芯片贴装与芯片互连
缺点：不可避免来自坩埚及 加热棒的污染.
晶棒制备
2.1 芯片制备
2.1 芯片制备
晶圆制备
晶棒制备
晶圆制备
硅棒制备
2. 芯片制备
2.1 芯片制备
晶圆制备
硅棒制备
2.1 芯片制备
晶圆制备
晶圆切片
多线切割机
2.1 芯片制备
晶圆制备
晶圆尺寸
使用0.13微米的制程在 200mm的晶圆上可以生产 大约179个处理器核心， 而使用300mm的晶圆可以 制造大约427个处理器核 心。
2.1 芯片制备
2.1 芯片制备
矽？晶圆？
1961，菲尔查德在硅晶片上制造的第一个集成电路
2.1 芯片制备
晶圆制备
硅的提纯
2.1 芯片制备
2.1 芯片制备
晶圆制备
硅的提纯
2.1 芯片制备
晶圆制备
晶棒制备 晶体生长技术：区熔法；布里曼生长法；CZ直拉法
优点：工艺成熟，投量量； 适于生长大直径单晶；
18英寸（450mm） 13英寸（300mm） 8英寸（200mm）
据国外媒体报道，三大巨头 英特尔 、三星和台积电本周宣布，他们将于2012年合 作开发450mm晶圆的试生产 ；但是要研发450mm晶圆所需的设备，投资可能高达
2.1 芯片制备
光刻与刻蚀工艺
临时性地涂覆光刻胶到硅片上； 把设计图形最终转移到硅片上； IC制造中最重要的工艺； 占用40-50%的芯片制造时间； 决定着芯片的最终尺寸.
– 材料
• 聚酰亚胺(PI)薄膜，早期最广泛使用的材料，价格稍高 • 聚乙烯对苯二甲酸脂(PET)薄膜 • 苯丙环丁稀(BCB)薄膜
• 导体材料
– Cu箔
晶棒制备
2.1 芯片制备
2.1 芯片制备
晶圆制备
晶棒制备
晶圆制备
硅棒制备
2. 芯片制备
2.1 芯片制备
晶圆制备
硅棒制备
2.1 芯片制备
晶圆制备
晶圆切片
多线切割机
2.1 芯片制备
晶圆制备
晶圆尺寸
使用0.13微米的制程在 200mm的晶圆上可以生产 大约179个处理器核心， 而使用300mm的晶圆可以 制造大约427个处理器核 心。
2.1 芯片制备
2.1 芯片制备
矽？晶圆？
1961，菲尔查德在硅晶片上制造的第一个集成电路
2.1 芯片制备
晶圆制备
硅的提纯
2.1 芯片制备
2.1 芯片制备
晶圆制备
硅的提纯
2.1 芯片制备
晶圆制备
晶棒制备 晶体生长技术：区熔法；布里曼生长法；CZ直拉法
优点：工艺成熟，投量量； 适于生长大直径单晶；
18英寸（450mm） 13英寸（300mm） 8英寸（200mm）
据国外媒体报道，三大巨头 英特尔 、三星和台积电本周宣布，他们将于2012年合 作开发450mm晶圆的试生产 ；但是要研发450mm晶圆所需的设备，投资可能高达
2.1 芯片制备
光刻与刻蚀工艺
临时性地涂覆光刻胶到硅片上； 把设计图形最终转移到硅片上； IC制造中最重要的工艺； 占用40-50%的芯片制造时间； 决定着芯片的最终尺寸.
– 材料
• 聚酰亚胺(PI)薄膜，早期最广泛使用的材料，价格稍高 • 聚乙烯对苯二甲酸脂(PET)薄膜 • 苯丙环丁稀(BCB)薄膜
• 导体材料
– Cu箔
2.2芯片贴装
芯片黏结剂在使用过程中可能产生如下问题: 在高温下贮存时长期降解; 界面处形成 孔洞引起芯片的开裂; 孔洞处的热阻造成局部温度升高, 引起电路参数漂移现象; 吸潮性造 成模块焊接到基板或电路板上时产生水平方向的模块开裂问题。 因 此 ， 所 用 到 的 高分子 胶黏结剂通常需要进行一定工序的固化处理。
《集成电路封装与测试》课程
项目二：封装工艺流程
2.2 芯片贴装
封装工艺流程
知识目标
2.2 芯片贴装
芯片贴装又称芯片粘贴, 简称装片、 黏晶, 就是把芯片装配到管壳底座或引线框架上 。 芯片贴装如图 2-5 所示。芯片贴装的目的是将一颗颗分离的晶粒放置在引线框架上并用银 胶 (环氧树脂) 黏结固定。
图 2-5 芯片贴装
2.2.1 共晶粘贴法
共晶粘贴法指利用金--硅低共熔合金在 363℃ 时产生共晶反应的特性进行晶粒粘贴的方法。在 使用金--硅 (一般是 69% Au--31% Si) 低共熔合金时, 首先将焊料切成小块, 放到引线框架的芯片焊盘 上, 然后将晶粒放在焊料上, 将焊料加热到熔点以上 ( > 300℃ )。 但是, 由于晶粒、引线框架之间的热 膨胀系数严重失配, 合金焊料贴装可能会造成芯片开裂的现象。
2.2.4 焊接粘贴法
焊接粘贴法为另一种利用合金反应进行晶粒黏结的方法, 其主要的优点是能形成热传导性优良的 黏结。 焊接粘贴法也必须在热氮气保护的环境中进行, 以防止锡氧化及孔洞的形成。常见的焊料有 金--硅、金--锡、金--锗等硬质合金与铅--锡、铅--银--钢等软质合金, 使用硬质焊料可以获得具有 良好抗疲劳与抗蠕变特性的黏结, 但它存在由热膨胀系数差引起的应力破坏问题。 使用软质焊料可 以弥补这一缺点, 使用前需在晶粒背面先镀上多层金属薄膜。
《集成电路封装与测试》课程
项目二：封装工艺流程
2.2 芯片贴装
封装工艺流程
知识目标
2.2 芯片贴装
芯片贴装又称芯片粘贴, 简称装片、 黏晶, 就是把芯片装配到管壳底座或引线框架上 。 芯片贴装如图 2-5 所示。芯片贴装的目的是将一颗颗分离的晶粒放置在引线框架上并用银 胶 (环氧树脂) 黏结固定。
图 2-5 芯片贴装
2.2.1 共晶粘贴法
共晶粘贴法指利用金--硅低共熔合金在 363℃ 时产生共晶反应的特性进行晶粒粘贴的方法。在 使用金--硅 (一般是 69% Au--31% Si) 低共熔合金时, 首先将焊料切成小块, 放到引线框架的芯片焊盘 上, 然后将晶粒放在焊料上, 将焊料加热到熔点以上 ( > 300℃ )。 但是, 由于晶粒、引线框架之间的热 膨胀系数严重失配, 合金焊料贴装可能会造成芯片开裂的现象。
2.2.4 焊接粘贴法
焊接粘贴法为另一种利用合金反应进行晶粒黏结的方法, 其主要的优点是能形成热传导性优良的 黏结。 焊接粘贴法也必须在热氮气保护的环境中进行, 以防止锡氧化及孔洞的形成。常见的焊料有 金--硅、金--锡、金--锗等硬质合金与铅--锡、铅--银--钢等软质合金, 使用硬质焊料可以获得具有 良好抗疲劳与抗蠕变特性的黏结, 但它存在由热膨胀系数差引起的应力破坏问题。 使用软质焊料可 以弥补这一缺点, 使用前需在晶粒背面先镀上多层金属薄膜。
微电子封装技术
2.5.1 打线键合
打线键合的设计
引线弯曲疲劳、键合点剪切疲劳、相互扩散、柯肯 达尔效应、腐蚀、枝晶生长、电气噪声、振动疲劳、电 阻改变、焊盘开裂是要考虑的方面。
其主要因素有：1）芯片技术、材料和厚度。2）键 合焊盘材料、间距、尺寸。3）时钟频率、输出高或者 低电压。4）每单位长度的最大允许互连电阻。5）最大 的输出电容负载。6）晶体管导电电阻。7）最大的互连 电感。
集成电路封装技术
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。
2.5.1 打线键合
打线键合的材料
金丝
具有优良的抗氧化性。金丝线表面要光滑和清洁以 保证强度和防止丝线堵塞，纯金具有很好的抗拉强度和 延展率，比较常用的金线纯度为99.99%。为了增加其 机械强度，一般加入铍（Be）或者铜（Cu）。
2.5.1 打线键合
打线键合的材料
铝丝
铝丝是超声波键合最常见的引线材料，标准的铝丝 一般加入1% Si或者1% Mg以提高强度。
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。
芯片粘接技术
芯片粘接技术一、概述芯片粘接技术是一种将芯片与基板连接在一起的技术，常用于半导体封装和集成电路制造中。
它能够提高芯片的可靠性和稳定性，同时也可以实现更小型化、更高密度的封装。
二、芯片粘接方法1. 焊接法焊接法是最常用的芯片粘接方法之一，它将芯片与基板通过焊点连接在一起。
焊点可以分为金属焊点和锡球焊点两种类型。
金属焊点适合于大功率器件和高温环境下使用，而锡球焊点则适合于小功率器件和低温环境下使用。
2. 粘贴法粘贴法是另一种常用的芯片粘接方法，它使用粘合剂将芯片与基板连接在一起。
常见的粘合剂有环氧树脂、聚氨酯等。
这种方法优点是成本低、易于操作，缺点是可靠性较差。
3. 压合法压合法是将芯片与基板放在一起，在高压下进行连接。
这种方法可以保证连接质量，但需要特殊设备进行操作。
三、芯片粘接工艺流程1. 表面处理表面处理是芯片粘接的第一步，它可以提高连接质量。
常见的表面处理方法有金属化、去氧化、清洗等。
2. 粘接剂涂布将粘接剂涂布在基板上，注意要均匀涂布，避免出现气泡和空隙。
3. 芯片定位将芯片放在基板上，并进行定位。
定位需要非常准确，否则会影响连接质量。
4. 压合或焊接根据具体情况选择压合或焊接方法进行连接。
需要注意的是，在操作过程中要控制好温度和压力，避免芯片损坏。
5. 固化连接完成后，需要对粘合剂进行固化处理。
固化时间和温度需要按照粘合剂的要求进行控制。
6. 检验完成连接后，需要进行检验，确保连接质量符合要求。
四、芯片粘接技术应用芯片粘接技术广泛应用于半导体封装和集成电路制造中。
它可以实现更小型化、更高密度的封装，提高产品性能和可靠性。
同时也可以应用于MEMS器件、光电器件等领域。
五、总结芯片粘接技术是一种重要的连接技术，它可以提高产品性能和可靠性，实现更小型化、更高密度的封装。
在操作过程中需要注意控制好温度和压力，确保连接质量符合要求。
IC封装与装配技术
金属导线的选择会影响到焊接质量、器件可靠性等方
面。理想的材料应达到下面的要求：可与半导体材料间形成
良好的欧姆接触；化学性能稳定；与半导体材料间有很强的
结合力；导电性能良好；容易焊接；在键合过程中可保持一 定的形状。 Au、Al是键合时选择的两种材料。Au的化学稳定性、 抗拉性、延展性好，容易加工成丝，因此成为热压焊、金丝
艺技术。
35
3.卷带自动结合（TAB）
卷带自动结合技术是先将裸体芯片以镀金或镀锡铅的突
块反扣结合在卷带脚架的内脚上，经自动测试后，再以卷带
架的外脚结合在电路板的焊垫上，这种以卷带式脚架为中间 载体，而将裸体芯片直接组装在 PCB上的技术，称为 “TAB技术”。
36
37
封装材料
芯片封装需要使用的材料很多，mold材料、lead
24
焊接方式
压力（牛顿） 0.5~1.5 N/点 0.1 N/点以上
温度 300-500°C 25°C 100°C
超声能量 不需要 需要 需要
线 Au Au、Al Au
热压焊 （T/C）
超声焊 (U/ S)
金丝球焊 0.07~0.09 N/点 ( T/S)
三种焊接方式的其他内容作了相应的比较
25
（3）引线材料
contact或者pad。
19
金线键合 示意图
20
WB完成剖面图
21
（2）WB的焊接方式
焊接方式主要有热压焊、超声焊、金丝球焊三种。 热压焊是利用加热、加 压的方式使接触区的金属发 生形变，同时破坏其上的氧
化层，使金属丝和接触区的
金属面之间产生原子间的吸
引作用，达到互连的目的。
22
超声焊是利用超声波发生器产生的能量，经过换能器引 起劈刀作机械振 动，在劈刀上同
芯片互连
基板
三、倒装焊
基板
芯片表面 互连线
基板表面 互连线
20世纪60年代初，美国IBM公司首先研制开发出在芯片上 制作凸点的倒装焊FＣＢ工艺技术，大大减少了引线的长度． 凸点 芯片表面 互连线
基板
基板表面 互连线
倒装焊(FCB)是芯片与基板直接安装互连的一种方法。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。因此，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。同时 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。由于芯片的安装、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。当然．FCB也有不足之处，如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)；另外、在心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，此外，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。但随着工艺技术和可靠性研究的不断深 人，FCB存在的问题止逐一得到解决。
（3）芯片凸点的金属材科 TAB技术要求在芯片的焊区上先制作凸点，然后才能与 Cu箔引线进行焊接，芯片焊区金属通常为A1膜，为使AI膜和芯 片钝化层粘附牢固，要先淀积—层粘附层金属；接着，还要淀 积一层阻档层金属，以防止最外层的凸点金属与A1互扩散，形 成不希望有的金属间化合物；最上层才是具有一定高度要求的 凸点金属。 也可以将芯片焊区的凸点制作在TAB的Cu箔引线上，芯 片只做多层金属化．或者芯片上仍是AI焊区。这种TAB结构又 称为凸点载带自动焊(BTAB)。 凸点Au 阻挡层W 粘附层Ti
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2.3 芯片互连
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！！！
2.3.1 打线键合技术(WB) 2.3.2 载带自动键合技术(TAB) 2.3.3 倒装芯片键合技术(FCB/C4)
2.3 芯片互连
2.3 芯片互连
2.3.1 打线键合技术(WB)
2.4 芯片互连
2.4.3 倒装芯片键合技术
封装结构
2.4 芯片互连
• 2.4.3 倒装芯片键合技术
2.4 芯片互连
• 2.4.3 倒装芯片键合技术
2.4 芯片互连
• 2.4.3 倒装芯片键合技术
2.4 芯片互连
• 2.4.3 倒装芯片键合技术
凸点结构
2.4 芯片互连
• 2.4.3 倒装芯片键合技术
2.2 芯片贴装
2.2.2 焊接粘贴法
所用材料 硬质焊料：金-硅、金-锡、金锗； （塑变应力高，抗疲劳抗潜变特性好） 软质焊料：铅-锡、铅-锡-铟.
所用气氛：热氮气
工艺优点：热传导性好
2.2 芯片贴装
2.2.3 导电胶粘贴法 三种导电胶： （1）各向同性材料； （2）导电硅橡胶； （3）各向异性导电聚合物。 共同点：表面形成化学结合和导电功能。
2.3 芯片互连
• 2.3.1 打线键合技术(WB)
– 焊接方法
• 丝球焊 • 超声楔焊
丝球焊
丝球焊工艺
丝球焊设备-自动化设备
丝球焊设备-半自动
劈刀端部形状-1
劈刀端部形状-2
劈刀头部凹槽形状
第一键合点形状
第二键合点
完整的丝球焊键合
键合强度与超声频率的关系
超声楔焊
2.3 芯片互连
缺点：不可避免来自坩埚及 加热棒的污染.
2.1 芯片制备
晶棒制备
2.1 芯片制备
晶圆制备
晶棒制备
2. 芯片制备
晶圆制备
硅棒制备
2.1 芯片制备
晶圆制备
硅棒制备
2.1 芯片制备
晶圆制备
晶圆切片
多线切割机
2.1 芯片制备
晶圆制备
晶圆尺寸
使用0.13微米的制程在 200mm的晶圆上可以生产 大约179个处理器核心， 而使用300mm的晶圆可以 制造大约427个处理器核 心。
2.2 芯片贴装
2.2.3 导电胶粘贴法
2.2 芯片贴装
2.2.3 导电胶粘贴法
芯片粘结剂： 环氧树脂；聚酰亚胺；硅氧烷聚酰亚胺。 填充料： 银颗粒或者银薄片（75-80%）
使用考虑因素： 流动性；粘着性；热传导性；电导性；玻璃化转变温度； 吸水性.
2.2 芯片贴装
2.2.4 玻璃胶粘贴法
类似于银浆粘接技术，主要用于陶瓷封装需 要严格控制烧结温度. 优点：所得芯片封装无空隙、热稳定性优良、低结合 应力以及湿气含量低； 缺点：有机成分与溶剂必须除去，否则危害可靠性。
第二章 芯片贴装与芯片互连
概述
概述
芯片封装技术（一级）
硅片减薄 单晶硅棒
去飞边毛刺
硅片切割
芯片帖装
芯片互连
成型技术 上焊锡 切筋成型
打码
概述
前段操作 封装流程 塑料封装
后段操作
前段操作：1000净化级别 净化级别：尘埃最允许数/立方米
第二章 芯片贴装与芯片互连
2.1 芯片制备
2.2 芯片贴装 2.3 芯片互连
(2)凸点芯片的倒装焊
2.4 芯片互连
• 2.4.3 倒装芯片键合技术
(3)底部填充
2.4 芯片互连
• 2.4.3 倒装芯片键合技术
(3)底部填充
2.4 芯片互连
• 2.4.3 倒装芯片键合技术
(3)底部填充-填料要求
2.4 芯片互连
• 2.4.3 倒装芯片键合技术
(3)底部填充-填充工艺
毛细作用！！！
2.4 芯片互连
• 2.4.3 倒装芯片键合技术
凸点形成工艺-凸点转移法
2.4 芯片互连
• 2.4.3 倒装芯片键合技术
凸点形成工艺-微球法
2.4 芯片互连
• 2.4.3 倒装芯片键合技术
凸点形成工艺-微球法
2.4 芯片互连
• 2.4.3 倒装芯片键合技术
凸点形成工艺-Tachy dotsTM法
芯片凸点金属材料
2.3 芯片互连
2.3.2 载带自动键合技术
2.3.2.3 TAB的优点 结构轻、薄、短、小； 电极尺寸、电极与焊区的间距比WB大为减小； 可容纳更多引脚，提高安装密度； 可对IC芯片进行电老化、筛选和测试； 焊点键合拉力比WB高3-10倍。
2.4 芯片互连
• 2.4.3 倒装芯片键合技术
2.1 芯片制备
芯片切割
DBG法（先划片后减薄）
2.1 芯片制备
芯片切割
2.1 芯片制备
芯片切割
2.2 芯片贴装
芯片贴装（die mount/bonding/attachment)
目的：实现芯片与底座（chip carrier）的连接. 要求： 机械强度 化学性能稳定 导电、导热 热匹配 可操作性
2.3.1 打线键合技术(WB)
打线键合的线材 铝线：铝-1%硅合金； 0.5-1%镁的铝线； 铝镁硅合金或铝铜合金. 金线： 含5-100ppm 铍 含30-100ppm 铜 其他线材： 银线，铜线
PCB或封装不能加热 的情况之下； 间距小于60 micron. 用量超过90% 间距大于60micron。
2.2 芯片贴装（die mount)
2.2.1 共晶粘贴法
2.2.2 焊接粘贴法 2.2.3 导电胶粘贴法
2.2.4 玻璃胶粘贴法
2.2 芯片贴装
2.2.1 共晶粘贴法
2.2 芯片贴装
2.2.1 共晶粘贴法
润湿性的重要性； 预型片的使用（Au-2%Si合金）；
优点：金-硅共晶焊接机械强度高、热阻小、稳定性 好、可靠性高,高温性能好，不脆化。 缺点：生产效率低，不适应高速自动化生产。
凸点形成工艺-蒸发沉积凸点
2.4 芯片互连
• 2.4.3 倒装芯片键合技术
凸点形成工艺-电镀法
2.4 芯片互连
• 2.4.3 倒装芯片键合技术
凸点形成工艺-植球法
2.4 芯片互连
• 2.4.3 倒装芯片键合技术
凸点形成工艺-印刷凸点
2.4 芯片互连
• 2.4.3 倒装芯片键合技术
凸点形成工艺-钉头凸点
• 2.4.3 倒装芯片键合技术
(2)凸点芯片的倒装焊
再流焊倒装焊法
2.4 芯片互连
• 2.4.3 倒装芯片键合技术
(2)凸点芯片的倒装焊
环氧树脂光固化倒装焊法
2.4 芯片互连
• 2.4.3 倒装芯片键合技术
(2)凸点芯片的倒装焊
导电粒子含量：10%
各向异性导电胶
2.4 芯片互连
• 2.4.3 倒装芯片键合技术
载带上Cu箔引线的图形结构与制作工艺
2.3 芯片互连
2.3.2 载带自动键合技术 2.3.2.1 TAB的关键技术 （3）载带引线和芯片凸点的内引线焊接与外引线焊接技术
热压组合键合方法
单点热压键合方法
激光键合
TAB外引线键合
2.3.2.2 TAB技术的关键材料 • 基带材料
– 要求
• • • 高温性能 与Cu箔的粘接性、热匹配性好 尺寸稳定；化学稳定性好；机械强度高 聚酰亚胺(PI)薄膜，早期最广泛使用的材料，价格稍高 聚乙烯对苯二甲酸脂(PET)薄膜 苯丙环丁稀(BCB)薄膜
2.4 芯片互连
• 2.4.3 倒装芯片键合技术 (2)凸点芯片的倒装焊 倒装焊互连基板的金属焊区要求： 焊区与芯片凸点金属具有良好的浸润性； 基板焊区：Ag/Pd、Au、Cu(厚膜） Au、Ni、Cu（薄膜）
2.4 芯片互连
• 2.4.3 倒装芯片键合技术
(2)凸点芯片的倒装焊
热压焊倒装焊法
2.4 芯片互连
2.1 芯片制备
2.1 芯片制备
矽？晶圆？
1961，菲尔查德在硅晶片上制造的第一个集成电路
2.1 芯片制备
2.1 芯片制备
晶圆制备
硅的提纯
2.1 芯片制备
晶圆制备
硅的提纯
2.1 芯片制备
晶圆制备
晶棒制备 晶体生长技术：区熔法；布里曼生长法；CZ直拉法 优点：工艺成熟，投量量； 适于生长大直径单晶；
主要的打线键合技术： .超声波键合；
热压键合； 热超声波键合 楔形接点 球形接点
2.3 芯片互连
2.3.1 打线键合技术(WB)
频率：20-60kHz； 振幅：20-200μm； 冷焊？？？
2.3 芯片互连
2.3.1 打线键合技术(WB)
2.3 芯片互连
2.3.1 打线键合技术(WB)
2.3 芯片互连
18英寸（450mm） 13英寸（300mm） 8英寸（200mm） 据国外媒体报道，三大巨头 英特尔 、三星和台积电本周宣布，他们将于2012年合 作开发450mm晶圆的试生产 ；但是要研发450mm晶圆所需的设备，投资可能高达
2.1 芯片制备
光刻与刻蚀工艺
临时性地涂覆光刻胶到硅片上； 把设计图形最终转移到硅片上； IC制造中最重要的工艺； 占用40-50%的芯片制造时间； 决定着芯片的最终尺寸.
2.3.2 载带自动键合技术
2.3 芯片互连
2.3.2 载带自动键合技术
2.3.2.1 TAB的关键技术 2.3.2.2 TAB技术的关键材料
2.3.2.3 TAB的特点
2.3 芯片互连
2.3.2 载带自动键合技术
2.3.2.1 TAB的关键技术 （1）芯片凸点制作技术