芯片貼裝與芯片互連

第二章芯片貼裝與芯片互連5/9/20241芯片貼裝與芯片互連概述5/9/20242芯片貼裝與芯片互連概述硅片減薄芯片互連硅片切割芯片帖裝成型技術(shù)打碼去飛邊毛刺上焊錫切筋成型芯片封裝技術(shù)（一級）單晶硅棒5/9/20243芯片貼裝與芯片互連概述封裝流程前段操作后段操作前段操作：1000凈化級別凈化級別：塵埃最允許數(shù)/立方米塑料封裝5/9/20244芯片貼裝與芯片互連第二章芯片貼裝與芯片互連2.1芯片制備2.2芯片貼裝2.3芯片互連5/9/20245芯片貼裝與芯片互連2.1芯片制備5/9/20246芯片貼裝與芯片互連2.1芯片制備矽？晶圓？1961，菲爾查德在硅晶片上制造的第一個集成電路5/9/20247芯片貼裝與芯片互連2.1芯片制備5/9/20248芯片貼裝與芯片互連2.1芯片制備晶圓制備硅的提純5/9/20249芯片貼裝與芯片互連2.1芯片制備晶圓制備硅的提純5/9/202410芯片貼裝與芯片互連2.1芯片制備晶圓制備晶棒制備晶體生長技術(shù)：區(qū)熔法；布里曼生長法；CZ直拉法優(yōu)點：工藝成熟，投量量；適于生長大直徑單晶；缺點：不可避免來自坩堝及加熱棒的污染.5/9/202411芯片貼裝與芯片互連2.1芯片制備晶棒制備5/9/202412芯片貼裝與芯片互連2.1芯片制備晶圓制備晶棒制備5/9/202413芯片貼裝與芯片互連2.芯片制備晶圓制備硅棒制備5/9/202414芯片貼裝與芯片互連2.1芯片制備晶圓制備硅棒制備5/9/202415芯片貼裝與芯片互連2.1芯片制備晶圓制備晶圓切片多線切割機5/9/202416芯片貼裝與芯片互連2.1芯片制備晶圓制備晶圓尺寸據(jù)國外媒體報道，三大巨頭英特爾、三星和臺積電本周宣布，他們將于2012年合作開發(fā)450mm晶圓的試生產(chǎn)；但是要研發(fā)450mm晶圓所需的設(shè)備，投資可能高達1000億美元。8英寸（200mm）13英寸（300mm）18英寸（450mm）使用0.13微米的制程在200mm的晶圓上可以生產(chǎn)大約179個處理器核心，而使用300mm的晶圓可以制造大約427個處理器核心。5/9/202417芯片貼裝與芯片互連2.1芯片制備光刻與刻蝕工藝臨時性地涂覆光刻膠到硅片上；把設(shè)計圖形最終轉(zhuǎn)移到硅片上；IC制造中最重要的工藝；占用40-50%的芯片制造時間；決定著芯片的最終尺寸.5/9/202418芯片貼裝與芯片互連2.1芯片制備光刻與刻蝕工藝涂膠六甲基乙硅氮烷5/9/202419芯片貼裝與芯片互連2.1芯片制備光刻與刻蝕工藝曝光5/9/202420芯片貼裝與芯片互連2.1芯片制備光刻與刻蝕工藝顯影后烘顯影5/9/202421芯片貼裝與芯片互連2.1芯片制備光刻與刻蝕工藝濕法刻蝕干法刻蝕5/9/202422芯片貼裝與芯片互連2.1芯片制備光刻與刻蝕工藝刻蝕多晶硅5/9/202423芯片貼裝與芯片互連2.1芯片制備光刻與刻蝕工藝離子注入5/9/202424芯片貼裝與芯片互連2.1芯片制備光刻與刻蝕工藝5/9/202425芯片貼裝與芯片互連2.1芯片制備芯片切割DBG法（先劃片后減薄）5/9/202426芯片貼裝與芯片互連2.1芯片制備芯片切割5/9/202427芯片貼裝與芯片互連2.1芯片制備芯片切割

5/9/202428芯片貼裝與芯片互連2.2芯片貼裝芯片貼裝（diemount/bonding/attachment)目的：實現(xiàn)芯片與底座（chipcarrier）的連接.要求：機械強度化學(xué)性能穩(wěn)定導(dǎo)電、導(dǎo)熱熱匹配可操作性5/9/202429芯片貼裝與芯片互連2.2芯片貼裝（diemount)2.2.1共晶粘貼法2.2.2焊接粘貼法2.2.3導(dǎo)電膠粘貼法2.2.4玻璃膠粘貼法5/9/202430芯片貼裝與芯片互連2.2芯片貼裝2.2.1共晶粘貼法5/9/202431芯片貼裝與芯片互連2.2芯片貼裝2.2.1共晶粘貼法潤濕性的重要性；預(yù)型片的使用（Au-2%Si合金）；優(yōu)點：金-硅共晶焊接機械強度高、熱阻小、穩(wěn)定性好、可靠性高,高溫性能好，不脆化。缺點：生產(chǎn)效率低，不適應(yīng)高速自動化生產(chǎn)。5/9/202432芯片貼裝與芯片互連2.2芯片貼裝2.2.2焊接粘貼法

所用氣氛：熱氮氣工藝優(yōu)點：熱傳導(dǎo)性好所用材料硬質(zhì)焊料：金-硅、金-錫、金鍺；（塑變應(yīng)力高，抗疲勞抗?jié)撟兲匦院茫┸涃|(zhì)焊料：鉛-錫、鉛-錫-銦.5/9/202433芯片貼裝與芯片互連2.2芯片貼裝2.2.3導(dǎo)電膠粘貼法三種導(dǎo)電膠：（1）各向同性材料；（2）導(dǎo)電硅橡膠；（3）各向異性導(dǎo)電聚合物。共同點：表面形成化學(xué)結(jié)合和導(dǎo)電功能。5/9/202434芯片貼裝與芯片互連2.2芯片貼裝2.2.3導(dǎo)電膠粘貼法5/9/202435芯片貼裝與芯片互連2.2芯片貼裝2.2.3導(dǎo)電膠粘貼法芯片粘結(jié)劑：環(huán)氧樹脂；聚酰亞胺；硅氧烷聚酰亞胺。填充料：銀顆?；蛘咩y薄片（75-80%）使用考慮因素：流動性；粘著性；熱傳導(dǎo)性；電導(dǎo)性；玻璃化轉(zhuǎn)變溫度；吸水性.5/9/202436芯片貼裝與芯片互連2.2芯片貼裝2.2.4玻璃膠粘貼法類似于銀漿粘接技術(shù)，主要用于陶瓷封裝需要嚴(yán)格控制燒結(jié)溫度.優(yōu)點：所得芯片封裝無空隙、熱穩(wěn)定性優(yōu)良、低結(jié)合應(yīng)力以及濕氣含量低；缺點：有機成分與溶劑必須除去，否則危害可靠性。5/9/202437芯片貼裝與芯片互連2.3芯片互連2.3.1打線鍵合技術(shù)(WB)2.3.2載帶自動鍵合技術(shù)(TAB)2.3.3倒裝芯片鍵合技術(shù)(FCB/C4)芯片焊區(qū)芯片互連I/O引線半導(dǎo)體失效約有1/4-1/3是由芯片互連所引起，因此芯片互連對器件可靠性意義重大！?。?/9/202438芯片貼裝與芯片互連2.3芯片互連5/9/202439芯片貼裝與芯片互連2.3芯片互連2.3.1打線鍵合技術(shù)(WB)主要的打線鍵合技術(shù)：.楔形接點球形接點超聲波鍵合；熱壓鍵合；熱超聲波鍵合5/9/202440芯片貼裝與芯片互連2.3芯片互連2.3.1打線鍵合技術(shù)(WB)頻率：20-60kHz；振幅：20-200μm；冷焊？？？5/9/202441芯片貼裝與芯片互連2.3芯片互連2.3.1打線鍵合技術(shù)(WB)5/9/202442芯片貼裝與芯片互連2.3芯片互連2.3.1打線鍵合技術(shù)(WB)5/9/202443芯片貼裝與芯片互連2.3芯片互連2.3.1打線鍵合技術(shù)(WB)打線鍵合的線材鋁線：鋁-1%硅合金；0.5-1%鎂的鋁線；鋁鎂硅合金或鋁銅合金.金線：含5-100ppm鈹含30-100ppm銅其他線材：銀線，銅線PCB或封裝不能加熱的情況之下；間距小于60micron.用量超過90%間距大于60micron。5/9/202444芯片貼裝與芯片互連2.3芯片互連2.3.1打線鍵合技術(shù)(WB)影響因素：金鋁金屬間化合物（AuAl2或Au5Al2)是主因；線材、鍵合點與金屬間化合物之間的交互擴散產(chǎn)生的孔洞；其他，鍵合點金屬化工藝與封裝材料之間的反應(yīng)，亦可生成金屬間化合物。5/9/202445芯片貼裝與芯片互連2.3芯片互連2.3.1打線鍵合技術(shù)(WB)鍵合拉力測試鍵合剪切力測試5/9/202446芯片貼裝與芯片互連2.3芯片互連2.3.1打線鍵合技術(shù)(WB)焊接方法絲球焊超聲楔焊5/9/202447芯片貼裝與芯片互連絲球焊5/9/202448芯片貼裝與芯片互連絲球焊工藝5/9/202449芯片貼裝與芯片互連絲球焊設(shè)備-自動化設(shè)備5/9/202450芯片貼裝與芯片互連絲球焊設(shè)備-半自動5/9/202451芯片貼裝與芯片互連劈刀端部形狀-15/9/202452芯片貼裝與芯片互連劈刀端部形狀-2劈刀頭部凹槽形狀5/9/202453芯片貼裝與芯片互連第一鍵合點形狀5/9/202454芯片貼裝與芯片互連第二鍵合點5/9/202455芯片貼裝與芯片互連完整的絲球焊鍵合5/9/202456芯片貼裝與芯片互連鍵合強度與超聲頻率的關(guān)系5/9/202457芯片貼裝與芯片互連超聲楔焊5/9/202458芯片貼裝與芯片互連2.3芯片互連2.3.2載帶自動鍵合技術(shù)5/9/202459芯片貼裝與芯片互連2.3芯片互連2.3.2載帶自動鍵合技術(shù)2.3.2.1TAB的關(guān)鍵技術(shù)2.3.2.2TAB技術(shù)的關(guān)鍵材料2.3.2.3TAB的特點5/9/202460芯片貼裝與芯片互連2.3芯片互連2.3.2載帶自動鍵合技術(shù)2.3.2.1TAB的關(guān)鍵技術(shù)（1）芯片凸點制作技術(shù)光刻膠做掩膜5/9/202461芯片貼裝與芯片互連2.3芯片互連2.3.2載帶自動鍵合技術(shù)2.3.2.1TAB的關(guān)鍵技術(shù)（1）芯片凸點制作技術(shù)5/9/202462芯片貼裝與芯片互連2.3芯片互連2.3.2載帶自動鍵合技術(shù)2.3.2.1TAB的關(guān)鍵技術(shù)（1）芯片凸點制作技術(shù)凸塊轉(zhuǎn)移技術(shù)5/9/202463芯片貼裝與芯片互連2.3芯片互連2.3.2載帶自動鍵合技術(shù)2.3.2.1TAB的關(guān)鍵技術(shù)（2）TAB載帶制作技術(shù)單層帶（Cu箔）--工藝簡單；熱穩(wěn)定性好，價位低；不能做電性測試，容易變形。雙層帶（Cu-PI雙層）；高溫穩(wěn)定性好，可作電性測試，電性能優(yōu)良；價位高，亦彎曲，容易變形。三層帶（Cu-粘貼劑-PI）--最為常用可作電性測試，適合大規(guī)模生產(chǎn)；價位高，不適用于高溫鍵合。5/9/202464芯片貼裝與芯片互連載帶上Cu箔引線的圖形結(jié)構(gòu)與制作工藝5/9/202465芯片貼裝與芯片互連2.3芯片互連2.3.2載帶自動鍵合技術(shù)2.3.2.1TAB的關(guān)鍵技術(shù)（3）載帶引線和芯片凸點的內(nèi)引線焊接與外引線焊接技術(shù)5/9/202466芯片貼裝與芯片互連熱壓組合鍵合方法5/9/202467芯片貼裝與芯片互連單點熱壓鍵合方法5/9/202468芯片貼裝與芯片互連激光鍵合5/9/202469芯片貼裝與芯片互連TAB外引線鍵合5/9/202470芯片貼裝與芯片互連2.3.2.2TAB技術(shù)的關(guān)鍵材料基帶材料要求高溫性能與Cu箔的粘接性、熱匹配性好尺寸穩(wěn)定；化學(xué)穩(wěn)定性好；機械強度高材料聚酰亞胺(PI)薄膜，早期最廣泛使用的材料，價格稍高聚乙烯對苯二甲酸脂(PET)薄膜苯丙環(huán)丁稀(BCB)薄膜導(dǎo)體材料Cu箔與基帶連接牢固；導(dǎo)熱、導(dǎo)聚乙烯對苯二甲酸脂(PET)薄膜苯丙環(huán)電性能好；易于電鍍。厚度有18、35、70微米鋁箔使用較少規(guī)格寬度以35mm最常用。另有70mm和158mm等規(guī)格。金屬材料Au，Ni，Pb/Sn焊接材料芯片凸點金屬材料Au，Cu/Au，Au/Sn，Pb/Sn5/9/202471芯片貼裝與芯片互連2.3芯片互連2.3.2載帶自動鍵合技術(shù)2.3.2.3TAB的優(yōu)點結(jié)構(gòu)輕、薄、短、小；電極尺寸、電極與焊區(qū)的間距比WB大為減小；可容納更多引腳，提高安裝密度；可對IC芯片進行電老化、篩選和測試；焊點鍵合拉力比WB高3-10倍。5/9/202472芯片貼裝與芯片互連2.4芯片互連2.4.3倒裝芯片鍵合技術(shù)5/9/202473芯片貼裝與芯片互連2.4芯片互連2.4.3倒裝芯片鍵合技術(shù)封裝結(jié)構(gòu)5/9/202474芯片貼裝與芯片互連2.4芯片互連2.4.3倒裝芯片鍵合技術(shù)5/9/202475芯片貼裝與芯片互連2.4芯片互連2.4.3倒裝芯片鍵合技術(shù)5/9/202476芯片貼裝與芯片互連2.4芯片互連2.4.3倒裝芯片鍵合技術(shù)5/9/202477芯片貼裝與芯片互連2.4芯片互連2.4.3倒裝芯片鍵合技術(shù)凸點結(jié)構(gòu)5/9/202478芯片貼裝與芯片互連2.4芯片互連2.4.3倒裝芯片鍵合技術(shù)凸點形成工藝-蒸發(fā)沉積凸點5/9/202479芯片貼裝與芯片互連2.4芯片互連2.4.3倒裝芯片鍵合技術(shù)凸點形成工藝-電鍍法5/9/202480芯片貼裝與芯片互連2.4芯片互連2.4.3倒裝芯片鍵合技術(shù)凸點形成工藝-植球法5/9/202481芯片貼裝與芯片互連2.4芯片互連2.4.3倒裝芯片鍵合技術(shù)凸點形成工藝-印刷凸點5/9/202482芯片貼裝與芯片互連2.4芯片互連2.4.3倒裝芯片鍵合技術(shù)凸點形成工藝-釘頭凸點5/9/202483芯片貼裝與芯片互連2.4芯片互連2.4.3倒裝芯片鍵合技術(shù)凸點形成工藝-凸點轉(zhuǎn)移法5/9/202484芯片貼裝與芯片互連2.4芯片互連2.4.3倒裝芯片鍵合技術(shù)凸點形成工藝-微球法5/9/202485芯片貼裝與芯片互連2.4芯片互連2.4.3倒裝芯片鍵合技術(shù)凸點形成工藝-微球法5/9/202486芯片貼裝與芯片互連2.4芯片互連2.4.3倒裝芯片鍵合技術(shù)凸點形成工藝-TachydotsTM法5/9/202487芯片貼裝與芯片互連2.4芯片互連2.4.3倒裝芯片鍵合技術(shù)(2)凸點芯片的倒裝焊倒裝焊互連基板的金屬焊區(qū)要求：焊區(qū)與芯片凸點金屬具有良好的浸潤性；基板焊區(qū)：Ag/Pd、Au、Cu(厚膜）Au、Ni、Cu（薄膜）5/9/2