第二讲_芯片贴装与芯片互连

金线： 含5-100ppm 铍 含30-100ppm 铜
用量超过90% 间距大于60micron。
其他线材： 银线，铜线
2.3 芯片互连
2.3.1 打线键合技术(WB)
影响因素： 金铝金属间化合物（AuAl2或Au5Al2)是
主因； 线材、键合点与金属间化合物之间的交互扩散产生的孔
洞； 其他，键合点金属化工艺与封装材料之间的反应，亦可
缺点：生产效率低，不适应高速自动化生产。
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。
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
ຫໍສະໝຸດ Baidu
超声楔焊
2.3 芯片互连
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
生成金属间化合物。
2.3 芯片互连
2.3.1 打线键合技术(WB)
键合拉力测试 键合剪切力测试
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
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；
芯片切割
2.1 芯片制备
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
2.1 芯片制备
光刻与刻蚀工艺 涂胶
六甲基乙 硅氮烷
2.1 芯片制备
光刻与刻蚀工艺 曝光
2.1 芯片制备
光刻与刻蚀工艺 显影
后烘
显影
2.1 芯片制备
光刻与刻蚀工艺
湿法刻蚀
干法刻蚀
2.1 芯片制备
光刻与刻蚀工艺 刻蚀多晶硅
2.1 芯片制备
光刻与刻蚀工艺
离子注入
2.1 芯片制备
光刻与刻蚀工艺
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)
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)
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.
2.2.4 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。
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！！！
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
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.
PCB或封装不能加热 的情况之下； 间距小于60 micron.
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。
共同点：表面形成化学结合和导电功能。
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
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。
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 硅片切割 芯片帖装 芯片互连
单晶硅棒
成型技术
打码
上焊锡 切筋成型 去飞边毛刺
封装流程
概述
前段操作 后段操作
塑料封装
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