集成电路芯片封装技术芯片互连技术
《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
芯片封装技术
芯片封装技术
芯片封装技术是一项科学技术，用于将集成电路连接在一起，以实现整个系统中各部件之间的正确通信。
它可以支持电路元件在成品系统中的互连、与环境之间的界面和故障检测和维护。
芯片封装技术被广泛应用于电子行业，是低成本大规模集成电路制造的基础。
芯片封装技术包括多项技术，主要由封装表面贴装技术、封装热接技术和封装互连技术组成。
封装表面贴装技术指将封装元器件表面连接在一起，它包括直接焊接、铜布网焊接和热接技术等；封装热接技术是将封装元件和PCB进行连接，其主要技术有热封技术和半封装技术;封装互连技术是将封装元件和其他集成电路元件互连，它主要包括DSBGA、PBGA、CSP、FC-BGA等。
芯片封装技术有助于工程师和研究人员更好地设计集成电路，改善准确性、效率和可靠性。
除了上述技术外，芯片封装技术还包括封装结构、有源和无源材料、封装工艺路线、封装设备和测试等技术。
它们能够满足集成电路的多样化需求，为电子产品的开发和制作提供技术支持。
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 .。
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。
集成电路芯片封装技术第三章 厚薄膜技术
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第三章
前课回顾
1.芯片互连技术的分类 1.芯片互连技术的分类
2.WB技术、TAB技术与FCB技术的概念 技术与FCB 2.WB技术、TAB技术与FCB技术的概念 技术
3.三种芯片互连技术的对比分析 3.三种芯片互连技术的对比分析
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第三章
芯片互连技术对比分析
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第三章
传统金属陶瓷厚膜浆料成分—粘结成分 传统金属陶瓷厚膜浆料成分 粘结成分
金属氧化物粘接机理： 金属Cu和Cd（镉）与浆料混合，发生基板表面氧化反 应生成氧化物，金属与氧化物粘结并通过烧结结合在一起。 金属氧化物粘结的优缺点？ 金属氧化物粘结的优缺点？
玻璃-氧化物粘接机理： 氧化物一般为氧化锌或氧化钙，低温下可发生反应， 克服了上述两种粘结剂的缺点，称之为混合粘结系统。
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第三章
厚膜浆料
所有厚膜浆料通常有两个共性： 一、适于丝网印刷的具有非牛顿流变能力的黏性流体； 二、有两种不同的多组分相组成，一个是功能相，提供 最终膜的电和力学性能，另一个是载体相（粘合剂），提供 合适的流变能力。
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第三章
牛顿流体和非牛顿流体
牛顿流体指剪切应力与剪切变形速率成线性关系，即在 受力后极易变形，且剪切应力与变形速率成正比的低粘 性流体。凡不同于牛顿流体的都称为非牛顿流体。 牛顿内摩擦定律表达式：τ=μγ 式中：τ--所加剪切应力； γ--剪切速率（流速梯度）； μ--度量液体粘滞性大小的物理量—黏度， 其物理意义是产生单位剪切速率所需要的剪切应力。 服从牛顿内摩擦定律的流体称为牛顿流体。
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第三章
半导体封装互连技术详解
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）。
集成电路芯片封装技术第1章
(50~90)%
封装效率
封装效率
=2-7%(1970-) =10-30%(1980-)
封装效率
=20-80%(1990-)
封装效率
=50-90%(1993-)
封装效率的改进
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表2．封装厚度的变化
封装形式
封装厚度
(mm)
PQFP/PDIP TQFP/TSOP UTQFP/UTSOP
解决途径：
1、降低芯片功耗：双极型-PMOS-CMOS-？？？
2、增加材料的热导率：成本
微电子技术发展对封装的要求
三、集成度提高 适应大芯片要求
热膨胀系数（CTE）失配—热应力和热变形
解决途径：
1、采用低应力贴片材料：使大尺寸IC采用CTE接近
Si的陶瓷材料，但目前环氧树脂封装仍为主流
2、采用应力低传递模压树脂 消除封装过程中的热应
目的
使各种元器件、功能部件相组合形成功能电路
难易程度
依据电路结构、性能要求、封装类型而异
需考虑的问题
ห้องสมุดไป่ตู้保护
苛刻的工程条件（温度、湿度、振动、冲击、放射性等）
超高要求
超高性能 （3D IC）
超薄型、超小型
超多端子连接
超高功率（采用热冷、金属陶瓷复合基板等）
电子封装实现的四种功能
① 信号分配：
② 电源分配：
何将聚集的热量散出的问
题
封装保护
芯片封装可为芯片和其他连
接部件提供牢固可靠的机械
支撑，并能适应各种工作环
境和条件的变化
确定封装要求的影响因素
成本
电路在最佳
性能指标下
的最低价格
外形与结构
《集成电路封装与测试》芯片互连
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。
集成电路封装技术
第一章集成电路芯片封装技术1. (P1)封装概念：狭义：集成电路芯片封装是利用膜技术及微细加工技术，将芯片及其他要素在框架或基板上布置、粘贴固定及连接，引出接线端子并通过可塑性绝缘介质灌封固定，构成整体结构的工艺。
广义：将封装体与基板连接固定，装配成完整的系统或电子设备，并确保整个系统综合性能的工程。
2. 芯片封装实现的功能：1 传递电能，主要是指电源电压的分配和导通。
2 传递电路信号，主要是将电信号的延迟尽可能减小，在布线时应尽可能使信号线与芯片的互连路径以及通过封装的IO接口引出的路径达到最短。
3 提供散热途径，主要是指各种芯片封装都要考虑元器件、部件长期工作时如何将聚集的热量散出的问题。
4 结构保护与支持，主要是指芯片封装可为芯片和其他连接部件提供牢固可靠的机械支撑，并能适应各种工作环境和条件的变化。
3.在确定集成电路的封装要求时应注意以下儿个因素:1 成本2 外形与结构3 可靠性4 性能4.在选择具体的封装形式时，主要需要考虑4种设计参数:性能、尺寸、重量、可靠性和成本目标。
5．封装工程的技术层次：第一层次(Level1或First Level):该层次又称为芯片层次的封装（Chip Level Packaging),是指把集成电路芯片与封装基板或引脚架(Lead Frame）之间的粘贴固定、电路连线与封装保护的工艺，使之成为易于取放输送，并可与下一层次组装进行连接的模块(组件Module)元件。
第二层次(Level2或Second Level:将数个第一层次完成的封装与其他电子元器件组成个电路卡（Card〉的工艺.第三层次(Level3或Third Level):将数个第二层次完成的封装组装成的电路卡组合成在一个主电路板（Board）上使之成为一个部件或子系（Subsystem）的工艺。
第四层次(Level4或Fourth Level)将数个子系统组装成为一个完整电子产品的工艺过程。
在芯片上的集成电路元器件间的连线工艺也称为零级层次（Level 0)的封装，6.封装的分类：按照封装中组合集成电路芯片的数目，芯片封装可分为:单芯片封装与多芯片封装两大类。
芯片互连 - 倒装键合
利用树脂的收缩应力，FCB为机械接触，不加热应力小。 适于微小凸点芯片FCB
避免横向导电短路 UV光固化
导电粒子压缩在凸点与基板金属焊区间，只上下导电。 适于各类要求低温度的显示器COC的FCB。
倒装键合的特点
12
(6) 借助于凸点与基板焊区直接焊接。这样就省略了互连线，由互连线产生 的杂散电容和电感要比WB和TAB小得多，因此适合于高频、高速电路和高密 度组装的应用。 缺点： (1) 需要精选芯片 (2) 安装互连工艺有难度，芯片朝下，焊点检查困难 (3) 凸点制作工艺复杂，成本高 (4) 散热能力有待提高
感谢聆听！
凸点制作工艺很多,如蒸发/溅射法、焊膏印刷一回流法、化镀法、电镀法、钉 头法、置球凸点法(SB2- Jet)等。
各种凸点制作工艺各有其特点，关键是要保证凸点的一致性。特别是随着芯片 引脚数的增多以及对芯片尺寸缩小要求的提高，凸点尺寸及其间距越来越小，制 作凸点时又不能损伤脆弱的芯片。
现在主流应用的凸点制作方法是印刷/转写—搭载—回流法。该方法是通过网 板印刷或针转写的方式把助焊剂涂到芯片表面后，通过搭载头把锡球放置到涂有 助焊剂的焊点上，再进入回转炉固化。
凸点制作方法对比
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倒装键合关键技术
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倒装焊
倒装焊技术主要有熔焊、热压焊、超声焊、胶粘连接等。现在应用较 多的有热压焊和超声焊。常用方法有：热压FCB法；再流FCB法(C4)；环氧 树脂光固化FCB法；各向异性导电胶粘接FCB法。
热压焊接工艺要求在把芯片贴放到基板上时，同时加压加热。该方法 的优点是工艺简单，工艺温度低，无需使用焊剂，可以实现细间距连接； 缺点是热压压力较大，仅适用于刚性基底(如氧化铝或硅)，基板必须保证高 的平整度，热压头也要有高的平行度。为避免半导体材料受到不必要的损 害，设备施加压力要有精确的梯度控制能力ontents
多芯片封装技术
多芯片封装技术
多芯片封装技术可以提供更高的集成度和性能，同时减小封装体积和功耗。它在移动设备 、无线通信、计算机、消费电子、汽车电子等领域得到广泛应用。然而，多芯片封装技术也 面临着封装复杂性、互连可靠性和热管理等挑战，需要综合考虑设计、制造和测试等方面的 问题。
多芯片封装技术
多芯片封装技术（Multi-Chip Package，MCP）是一种集成电路封装技术，它将多个芯 片集成在一个封装中。这种封装技术可以在一个封装内实现多个功能模块的集成，提高集成 度和性能，同时减小封装体积和功耗。
多芯片封装技术通常包括以下几种形式：
1. 多芯片模块（Multi-Chip Module，MCM）：在一个封装中集成多个芯片，每个芯片 可以是不同的功能模块，如处理器、存储器、传感器等。这些芯片通过高密度互连技术（如 焊球、焊盘、线缆等）进行连接。MCM可以提供高速、高带宽的数据传输和低延迟的通信。
多芯片封装技术
2. 堆叠封装（Stacked Package）：将多个芯片堆叠在一起，形成一个垂直的结构。每个 芯片可以是不同的功能模块，通过封装内的互连技术进行连接。堆叠封装可以实现更高的集 成度和更小的封装体积，同时提高芯片之间的通信速度和带宽。
3. 系统级封装（System-in-Package，SiP）：将多个芯片和其他组件（如电容器、电感 器、滤波器等）集成在一个封装中，形成一个完整的功能模块。SiP可以实现更高Байду номын сангаас集成度和 更小的封装体积，同时提供更好的电磁兼容性和热管理。
集成电路芯片封装技术
引线键合应用范围:低本钱、高靠得住、高产量等特点使得它成为芯片互连的主要工艺方式,用于下列封装::一、陶瓷和塑料BGA、单芯片或多芯片二、陶瓷和塑料(CerQuads and PQFPs)3、芯片尺寸封装(CSPs)4、板上芯片(COB)硅片的磨削与研磨:硅片的磨削与研磨是利用研磨膏和水等介质，在研磨轮的作用下进行的一种减薄工艺，在这种工艺中硅片的减薄是一种物理的进程。
硅片的应力消除:为了堆叠裸片，芯片的最终厚度必需要减少到了30μm乃至以下。
用于3D互连的铜制层需要进行无金属污染的自由接触处置。
应力消除加工方式，主要有以下4种。
硅片的抛光与等离子体侵蚀:研磨减薄工艺中，硅片的表面会在应力作用下产生细微的破坏，这些不完全平整的地方会大大降低硅片的机械强度，故在进行减薄以后一般需要提高硅片的抗折强度，降低外力对硅片的破坏作用。
在这个进程中，一般会用到干式抛光或等离子侵蚀。
干式抛光是指不利用水和研磨膏等介质，只利用干式抛光磨轮进行干式抛光的去除应力加工工艺。
等离子侵蚀方式是指利用氟类气体的等离子对工件进行侵蚀加工的去除应力加工工艺。
TAIKO工艺:在实际的工程应用中，TAIKO工艺也是用于增加硅片研磨后抗应力作用机械强度的一种方式。
在此工艺中对晶片进行研削时，将保留晶片外围的边缘部份（约3mm左右），只对圆内进行研削薄型化，通过导入这项技术，可实现降低薄型晶片的搬运风险和减少翘曲的作用，如图所示。
激光开槽加工:在高速电子元器件上慢慢被采用的低介电常数(Low-k)膜及铜质材料，由于难以利用普通的金刚石磨轮刀片进行切割加工，所以有时无法达到电子元件厂家所要求的加工标准。
为此，迪思科公司的工程师开发了可解决这种问题的加工应用技术。
减少应力对硅片的破坏作用先在切割道内切开2条细槽(开槽)，然后再利用磨轮刀片在2条细槽的中间区域实施全切割加工。
通过采用该项加工工艺，能够提高生产效率，减少乃至解决因崩裂、分层(薄膜剥离)等不良因素造成的加工质量问题。
集成电路封装和可靠性Chapter2-1-芯片互连技术【芯片封装测试】
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 .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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施加向下压力。劈刀在两种力作用下带动引线在焊区金属
表面迅速摩擦，引线发生塑性变形，与键合区紧密接触完
成焊接。常用于Al丝键合，键合点两端都是楔形 。
热压键合：利用加压和加热，使金属丝与焊区接触面原子
间达到原子引力范围，实现键合。一端是球形，一端是楔
形 ，常用于Au丝键合。
金丝球键合：用于Au和Cu丝的键合。采用超声波能量，
TAB工艺主要是先在芯片上形成凸点，将芯片 上的凸点同载带上的焊点通过引线压焊机自动的 键合在一起，然后对芯片进行密封保护。
重庆城市管理职业学院
TAB技术工艺流程
第二章
重庆城市管理职业学院
TAB技术工艺流程
第二章
重庆城市管理职业学院
TAB技术工艺流程
第二章
重庆城市管理职业学院
TAB关键技术
第二章
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。
重庆城市管理职业学院
WB技术作用机理
第二章
超声键合：超声波发生器使劈刀发生水平弹性振动，同时
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。
重庆城市管理职业学院
WB可靠性问题
第二章
金属间化合物形成——常见于Au-Al键合系统 引线弯曲疲劳 引线键合点跟部出现裂纹。 键合脱离——指键合点颈部断裂造成电开路。 键合点和焊盘腐蚀
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第二章
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
超声键合
热超声波（金丝球）键合 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，用于下列封装:
·陶瓷和塑料BGA、SCP和MCP
·陶瓷和塑料封装QFP
·芯片尺寸封装 (CSP)
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第二章
第二章
测试完成
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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。
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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，少数采
内引线键合 (ILB)
第二章
内引线键合是将裸芯片组装到TAB载带上的技术，通常采
用热压焊方法。焊接工具是由硬质金属或钻石制成的热电极。
当芯片凸点是软金属，而载带Cu箔引线也镀这类金属时，则
用“群压焊”。
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TAB关键技术-封胶保护
第二章
然后，筛选与测试
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外引线键合 OLB
2）TAB电极尺寸、电极与焊区间距较之WB小
3）TAB容纳I/O引脚数更多，安装密度高
4）TAB引线电阻、电容、电感小，有更好的电性能
5）可对裸芯片进行筛选和测试
6）采用Cu箔引线，导电导热好，机械强度高
7）TAB键合点抗键合拉力比WB高
8）TAB采用标准化卷轴长带，对芯片实行多点一次焊接，
自动化程度高
键合金丝是指纯度约为99.99％，线径为l8～ 50μm的高纯金合金丝，为了增加机械强度，金 丝中往往加入铍(Be)或铜。
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WB线材及其可靠度
第二章
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。
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倒装芯片键合技术
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。
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TAB技术的关键材料
第二章
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TAB的优点
第二章
1）TAB结构轻、薄、短、小，封装高度<1mm
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TAB技术分类
第二章
TAB按其结构和形状可分为Cu箔单层带、CuPI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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载带自动键合（TAB）技术
第二章
TAB技术首先在高聚物上做好元件引脚的引线 框架，然后将芯片按其键合区对应放在上面，然 后通过热电极一次将所有的引线进行键合。
键合时要提供外加热源。
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引线键合接点外形
第二章
球形键合
第一键合点
第二键合点
楔形键合
第一键合点
第二键合点 重庆城市管理职业学院
引线键合技术实例
第二章
采用导线键合的芯片互连
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第二章
WB线材及其可靠度 不同键合方法采用的键合材料也有所不同：
热压键合和金丝球键合主要选用金（Au）丝 ，超声键合则主要采用铝（Al）丝和Si-Al丝（ Al-Mg-Si、Al-Cu等）
TAB工艺关键部分有：芯片凸点制作、TAB载 带制作和内、外引线焊接等。
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TAB关键技术-凸点制作
第二章
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载带制作工艺实例—Cu箔单层带
冲制标准定位传送孔 Cu箔清洗 Cu箔叠层 Cu箔涂光刻胶（双面）
刻蚀形成Cu线图样 导电图样Cu镀锡退火
第二章
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前课回顾
1.集成电路芯片封装工艺流程
第二章
2.成型技术分类及其原理
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主要内容
➢ 引线键合技术（WB） ➢ 载带自动键合技术（TAB） ➢ 倒装芯片键合技术（FCB）
第二章
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引线键合技术概述
第二章
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。
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。
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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。