集成电路芯片封装第2章-芯片互连技术

*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。

集成电路封装与测试复习题(含答案)第1章集成电路封装概论2学时第2章芯片互联技术3学时第3章插装元器件的封装技术1学时第4章表面组装元器件的封装技术2学时第5章BGA和CSP的封装技术4学时第6章POP堆叠组装技术2学时第7章集成电路封装中的材料4学时第8章测试概况及课设简介2学时一、芯片互联技术1、引线键合技术的分类及结构特点？答：1、热压焊：热压焊是利用加热和加压力，使焊区金属发生塑性形变，同时破坏压焊界面上的氧化层，使压焊的金属丝与焊区金属接触面的原子间达到原子的引力范围，从而使原子间产生吸引力，达到“键合”的目的。

2、超声焊：超声焊又称超声键合，它是利用超声波(60-120kHz)发生器产生的能量，通过磁致伸缩换能器，在超高频磁场感应下，迅速伸缩而产生弹性振动经变幅杆传给劈刀，使劈刀相应振动；同时，在劈刀上施加一定的压力。

于是，劈刀就在这两种力的共同作用下，带动Al丝在被焊区的金属化层(如Al膜）表面迅速摩擦，使Al丝和Al膜表面产生塑性形变。

这种形变也破坏了Al层界面的氧化层，使两个纯净的金属面紧密接触，达到原子间的“键合”，从而形成牢固的焊接。

3、金丝球焊：球焊在引线键合中是最具有代表性的焊接技术。

这是由于它操作方便、灵活，而且焊点牢固，压点面积大，又无方向性。

现代的金丝球焊机往往还带有超声功能，从而又具有超声焊的优点，有的也叫做热(压)(超)声焊。

可实现微机控制下的高速自动化焊接。

因此，这种球焊广泛地运用于各类IC和中、小功率晶体管的焊接。

2、载带自动焊的分类及结构特点？答：TAB按其结构和形状可分为Cu箔单层带：Cu的厚度为35-70um，Cu-PI双层带Cu-粘接剂-PI三层带Cu-PI-Cu双金属3、载带自动焊的关键技术有哪些？答：TAB的关键技术主要包括三个部分：一是芯片凸点的制作技术；二是TAB载带的制作技术；三是载带引线与芯片凸点的内引线焊接和载带外引线的焊接术。

制作芯片凸点除作为TAB内引线焊接外，还可以单独进行倒装焊（ＦＣＢ）4.倒装焊芯片凸点的分类、结构特点及制作方法？答：蒸镀焊料凸点：蒸镀焊料凸点有两种方法，一种是C4 技术，整体形成焊料凸点；电镀焊料凸点：电镀焊料是一个成熟的工艺。

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 .。

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）。

2.4 倒装焊技术（FCB）2.4.1 FCB2.4.4 C42.4.5倒装焊接机简介*微组装工艺*一、FCB技术2.4.1FCB技术及特点倒装焊(FCB)是芯片与基板直接安装互连的一种方法。

在芯片连接的地方制作出突起的焊点，在后期操作中直接将芯片的焊点与基板的焊区形成连接。

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。

*微组装工艺*制作的凸点芯片既可以用于在厚膜陶瓷基板上进行FCB，又可以在薄膜陶瓷或Si基板上进行FCB，还可以在PCB上直接将芯片进行FCB。

使用FCB的基板一般有：陶瓷、Si基板、PCB环氧树脂基板。

Samples with Different DimensionsPCB 上不同尺寸倒装焊样品Flip Chip on Flexible substrate 在软质底板上倒装焊*微组装工艺*基板芯片表面互连线基板表面互连线凸点基板芯片表面互连线基板表面互连线*微组装工艺*二、发展历史1964倒装芯片出现；1969年，IBM公司C4技术（可控塌陷技术）；至今，已广泛应用于SIP,MCM,微处理器，硬盘驱动器以及RFID等领域。

*微组装工艺*三、FCB技术的优缺点优点：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；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；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。

*微组装工艺*缺点：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)； 在芯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；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。

第二章集成电路芯片封装工艺流程传统封装与装配硅片测试和拣选引线键合分片塑料封装最终封装与测试贴片芯片封装技术工艺流程图硅片减薄硅片切割芯片贴装芯片互连打码上焊锡切筋成形去毛刺成型技术2.1 硅片减薄硅片尺寸较大，（6寸、8寸、12寸）；硅片上电路层有效厚度300μm,加厚为700~900µm，因此，封装之前，要对硅片进行减薄。

减薄技术：研磨、化学机械抛光（CMP）、干式抛光、电化学腐蚀、等离子化学腐蚀等。

硅片减薄转动和摆动秆转动卡盘上的硅片向下施加力Figure 20.42.2 芯片切割（分片）减薄后的芯片贴在一个带有金属环的薄膜（蓝膜）上，送到划片机进行划片。

方式：手动操作（老式划片机）；自动划片机（配备脉冲激光束或金刚石划片刀）。

划片工艺：采用DBG 、DBT技术。

分片硅片台锯刃Figure 20.52.3 芯片粘贴共晶粘贴法（Au-Si合金）焊接粘贴法（Pb-Sn合金焊接）环氧树脂粘结（重点）玻璃胶粘贴法贴装方式4种：装架芯片引线引线框架塑料DIPFigure 20.62.3.1 共晶粘贴法金—硅共晶（Au-Si）粘贴，在陶瓷封装中广泛应用。

利用金—硅合金，在高温时共晶熔合反应使IC芯片粘贴固定。

工艺方法—看下页图缺点：工艺温度高，生产效率低，不适应高速自动化生产。

只应用于大功率元件。

芯片粘结－Au-Si共晶贴片Silicon Gold film 金/硅共晶合金Al2O3 Figure 20.82.3.2 焊接粘贴法另一种利用合金反应进行芯片粘贴的方法。

优点：热传导性好，适合高功率器件的封装。

2.3.3 导电胶粘贴法也称环氧树脂粘结；优点：操作简单、成本低、大量用于塑料封装；缺点：热稳定性较差、易在高温下劣化、可靠性差。

芯片粘结－环氧树脂粘贴芯片环氧树脂引线框架Figure 20.7导电胶粘贴法工艺过程和导电胶材料涂布粘贴剂放芯片到粘贴剂上固化处理。

固化条件：150℃，1h 或（186℃，0.5h）三种导电胶材料配方：①各向同性②导电硅橡胶③各向异性导电聚合物导电胶功能：（形成化学结合、具有导电功能）2.3.4 玻璃胶粘贴法为低成本芯片粘贴材料，适用于低成本的陶瓷封装。