芯片贴装与芯片互连

芯片贴装与芯片互连概述半导体器件至电子设备前工程后工程封装工程性能实现利用光刻制版等加工制作，开发材料的电子功能可靠性对元件进行包覆、连接、封入元件盒，引出端子，完成封装体系统性能封装体与基板连接、装配成完整设备前工程操作：1000净化级别净化级别：尘埃最多允许数/立方米在半导体器件制作过程中，有前工程和后工程之分，二者以硅圆片wafer切分成芯片chip为界，在此之前为前工程，在此之后为后工程IC制备流程1961，菲尔查德在硅晶片上制造的第一个集成电路概述硅片减薄芯片互连硅片切割芯片帖装成型技术打码去飞边毛刺上焊锡切筋成型单晶硅棒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2.1芯片制备2.1芯片制备晶圆制备生硅的制备2.1芯片制备硅的提纯2.1芯片制备晶圆制备硅的提纯2.1芯片制备•晶圆制备晶体生长技术：区熔法2.1芯片制备晶圆制备晶棒制备晶体生长技术：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；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8英寸（200mm）13英寸（300mm）18英寸（450mm）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.2.1芯片制备光刻与刻蚀工艺涂胶预处理：六甲基乙硅氮烷光阻剂在曝光（一般是紫外线）后可以被特定溶液（显影液）溶解前烘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（高温处理）显影正性光刻胶乙烯酮茚并羧酸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2.1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（diemount/bonding/attachment)目的：实现芯片与底座（chipcarrier）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2.2芯片贴装（diemount)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。2.2芯片贴装2.2.2焊接粘贴法所用气氛：热氮气工艺优点：热传导性好所用材料硬质焊料：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.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2.2.3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。2.2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。2.3芯片互连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)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：.楔形接点球形接点超声波键合；热压键合;热超声波键合2.3芯片互连2.3.1打线键合技术(WB)频率：20-60kHz；振幅：20-200μm；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)热压的作用？2.3芯片互连2.3.1打线键合技术(WB)（1）超声键合（冷焊）摩擦产生塑性变形，两方金属键合。通过铝丝的连接都采用超声键合.(2)热压焊破坏压焊界面的氧化层；金属丝和焊区金属达到原子力范围之内。（3）热超声键合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.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60micron.用量超过90%间距大于60micron。Au丝和铝丝：最好和焊区金属相同2.3芯片互连2.3.1打线键合技术(WB)键合拉力测试2.3芯片互连2.3.1打线键合技术(WB)键合剪切力测试2.3芯片互连2.3.2载带自动键合技术（TAB）在带状绝缘膜上载有覆铜箔刻蚀而形成的引线框架，而且芯片也可以载于其上。带状绝缘膜一般聚酰亚胺制作，其两边设有与电影胶片相统一的送带孔，适合于批量生产。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TAB的优点：封装高度低于1mm；引脚数更高：10mm的芯片，WB300个，TAB500个，引线电阻、电容、电感均比WB小，高速、高频性能好键合力比WB高3-5倍自动化焊接，同时多个焊接2.3芯片互连2.3.2载带自动键合技术2.3.2.1TAB技术的关键材料2.3.2.2TAB的关键技术2.3芯片互连2.3.2载带自动键合技术2.3.2.1TAB技术的关键材料基带材料：聚酰亚胺（PI），聚乙烯对本二甲酸酯，苯并环丁烯金属材料：主要是铜箔，少数是铝箔导电、导热，强度、延展性好，与各种基带粘结牢固，光刻法制作精细图形；铜箔一般为几十个微米（18、35、70），有电解箔和轧制箔；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2.3.2.2TAB的关键技术（1）芯片凸点制作技术光刻胶做掩膜2.3芯片互连2.3.2载带自动键合技术2.3.2.2TAB的关键技术（1）芯片凸点制作技术2.3芯片互连2.3.2载带自动键合技术2.3.2.2TAB的关键技术（1）芯片凸点制作技术凸块转移技术2.3芯片互连2.3.2载带自动键合技术2.3.2.1TAB的关键技术（2）TAB载带制作技术单层带（Cu箔）--工艺简单；热稳定性好，价位低；不能做电性测试，容易变形。双层带（Cu-PI双层）；高温稳定性好，可作电性测试，电性能优良；价位高，亦弯曲，容易变形。三层带（Cu-粘贴剂-PI）--最为常用可作电性测试，适合大规模生产；价位高，不适用于高温键合。2.3芯片互连2.3.2载带自动键合技术2.3.2.1TAB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TAB内引线焊接技术：热压焊和热压再流焊；完成内引线焊接技术后需要高分子材料保护；TAB的外引线焊接技术：压焊机冷焊TheEnd