芯片互连技术讲义.pptx

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,桂林电子科技大学职业技术学院,桂林电子科技大学职业技术学院,芯片互连技术,芯片互连技术讲义,第1页,前课回顾,1.,集成电路芯片封装工艺流程,2.,成型技术分类及其原理,芯片互连技术讲义,第2页,引线键合技术（,WB,）,主要内容,载带自动键合技术（,TAB,）,倒装芯片键合技术（,FCB,）,芯片互连技术讲义,第3页,引线键合技术概述,引线键合技术是将半导体裸芯片（,Die,）焊区与微电子封装,I/O,引线或基板上金属布线焊区（,Pad,）用金属细丝连接起来工艺技术。,芯片互连技术讲义,第4页,引线键合技术分类和应用范围,惯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，用于以下封装,:,陶瓷和塑料,BGA,、,SCP,和,MCP,陶瓷和塑料封装,QFP,芯片尺寸封装,(CSP),芯片互连技术讲义,第5页,提供能量破坏被焊表面氧化层和污染物，使焊区金属产生塑性变形，使得引线与被焊面紧密接触，到达原子间引力范围并造成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,，两键合接点形状能够相同或不一样。,WB,技术作用机理,芯片互连技术讲义,第6页,超声键合：,超声波发生器使劈刀发生水平弹性振动，同时施加向下压力。劈刀在两种力作用下带动引线在焊区金属表面快速摩擦，引线发生塑性变形，与键合区紧密接触完成焊接。惯用于,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到达原子引力范围，实现键合。一端是球形，一端是,楔形,，,惯用于,Au,丝键合。,金丝球键合：,用于,Au,和,Cu,丝键合。采取超声波能量，键合时要提供外加热源。,WB,技术作用机理,芯片互连技术讲义,第7页,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,引线键合接点外形,芯片互连技术讲义,第8页,采取导线键合芯片互连,引线键合技术实例,芯片互连技术讲义,第9页,不一样键合方法采取键合材料也有所不一样：,热压键合和金丝球键合主要选取金（,Au,）丝，超声键合则主要采取铝（,Al,）丝和,Si-Al,丝（,Al-Mg-Si,、,Al-Cu,等）,键合金丝是指纯度约为,99.99,，线径为,l8,50m,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,。,WB,线材及其可靠度,芯片互连技术讲义,第10页,键合对金属材料特征要求：,可塑性好，易保持一定形状，化学稳定性好；尽可能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,。,WB,线材及其可靠度,柯肯达尔效应：,两种扩散速率不一样金属交互扩散形成缺点：如,Al-Au,键合后，,Au,向,Al,中快速扩散，产生接触面空洞。,经过控制键合时间和温度可较少此现象。,芯片互连技术讲义,第11页,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,腐蚀可造成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。,WB,可靠性问题,芯片互连技术讲义,第12页,载带自动键合（,TAB,）技术概述,载带自动焊,(Tape Automated Bonding,，,TAB),技术,是一个将芯片组装在金属化柔性高分子聚合物载带上集成电路封装技术；,将芯片焊区与电子封装体外壳,I/O,或基板上布线焊区用有引线图形金属箔丝连接，是芯片引脚框架一个互连工艺。,芯片互连技术讲义,第13页,TAB,技术分类,TAB,按其结构和形状可分为,Cu,箔单层带、,Cu-PI,双层带、,Cu-,粘接剂,PI,三层带和,Cu-PI-Cu,双金属带等四种。,芯片互连技术讲义,第14页,TAB,技术,首先在高聚物上做好元件引脚引线框架，,然后将芯片按其键合区对应放在上面，然后经过热电极一次将全部引线进行键合。,TAB,工艺主要是先在芯片上形成凸点，将芯片上凸点同载带上焊点经过引线压焊机自动键合在一起，然后对芯片进行密封保护。,载带自动键合（,TAB,）技术,芯片互连技术讲义,第15页,TAB,技术工艺流程,芯片互连技术讲义,第16页,TAB,技术工艺流程,芯片互连技术讲义,第17页,TAB,技术工艺流程,芯片互连技术讲义,第18页,TAB,关键技术,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。,芯片互连技术讲义,第19页,TAB,关键技术,-,凸点制作,芯片互连技术讲义,第20页,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,芯片互连技术讲义,第21页,内引线键合(,ILB),内引线键合是将裸芯片组装到,TAB,载带上技术，通常采取热压焊方法。焊接工具是由硬质金属或钻石制成热电极。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”。,芯片互连技术讲义,第22页,TAB,关键技术,-,封胶保护,然后，筛选与测试,芯片互连技术讲义,第23页,外引线键合,OLB,测试完成,芯片互连技术讲义,第24页,TAB,技术关键材料,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,）是良好基带材料，但成本较高，另外，可采取聚酯类材料作为基带。,芯片互连技术讲义,第25页,2,）,TAB,金属材料,制作,TAB,引线图形金属材料惯用,Cu,箔,，少数采取,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,，预防凸点金属与,Al,互扩散。经典凸点金属材料多为,Au,或,Au,合金,。,TAB,技术关键材料,芯片互连技术讲义,第26页,TAB,技术关键材料,芯片互连技术讲义,第27页,TAB,优点,1,）,TAB,结构轻、薄、短、小，封装高度,1mm,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，有更加好电性能,5,）可对裸芯片进行筛选和测试,6,）采取,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,采取标准化卷轴长带，对芯片实施多点一次焊接，自动化程度高,芯片互连技术讲义,第28页,倒装芯片键合技术,倒装芯片键合（,FCB,）是指,将裸芯片面朝下，芯片焊区与基板焊区直接互连一个键合方法,：经过芯片上凸点直接将元器件朝下互连到基板、载体或者电路板上。而,WB,和,TAB,则是将芯片面朝上进行互连。因为芯片经过凸点直接连接基板和载体上，倒装芯片又称为,DCA,（,Direct Chip Attach,）,FCB,省掉了,互连引线,，互连线产生互连电容、电阻和电感均比,WB,和,TAB,小很多，电性能优越。,芯片互连技术讲义,第29页,倒装芯片键合技术,凸点下金属层,(UBM),芯片上凸点，实际上包含凸点及处于凸点和铝电极之间多层金属膜,(Under Bump Metallurgy),，普通称为凸点下金属层，主要起到,粘附和扩散阻挡,作用。,芯片互连技术讲义,第30页,倒装芯片键合技术应用,芯片互连技术讲义,第31页,凸点类型和特点,按材料可分为焊料凸点、,Au,凸点和,Cu,凸点等,按凸点结构可分为：,周围性和面阵型,按凸点形状可分为,蘑菇型、直状、球形,等,FCB,技术,-,芯片凸点类型,芯片互连技术讲义,第32页,形成凸点工艺技术有很各种，主要包含,蒸发,/,溅射凸点制作法,、电镀凸点制作法、置球法和模板制作焊料凸点法,等。,FCB,技术,-,凸点制作方法,芯片互连技术讲义,第33页,制作出来凸点芯片可用于,陶瓷基板和,Si,基板,，也能够在,PCB,上直接将芯片进行,FCB,焊接。,将芯片焊接到基板上时需要在基板焊盘上制作金属焊区，以确保芯片上凸点和基板之间有良好接触和连接。金属焊区通常金属层包含：,Ag/Pd-Au-Cu,（厚膜工艺）和,Au-Ni-Cu,（薄膜工艺）,PCB,焊区金属化与基板相类似。,FCB,技术,-,凸点芯片倒装焊接,芯片互连技术讲义,第34页,倒装焊接工艺,热压或热声倒装焊接：,调准对位,-,落焊头压焊（加热）,FCB,技术,-,凸点芯片倒装焊接,芯片互连技术讲义,第35页,再流倒装焊接（,C4,技术）,对锡铅焊料凸点进行再流焊接,FCB,键合技术,-,再流倒装焊接,芯片互连技术讲义,第36页,环氧树脂光固化倒装焊接法,各向异性导电胶倒装焊接法,倒装芯片键合技术,-,其它焊接方法,利用光敏树脂固化时产生收缩力将凸点和基板上金属焊区互连在一起。,芯片互连技术讲义,第37页,倒装芯片下填充,目标：缓冲焊点受机械振动和,CTE,失配造成基板对芯片拉力作用引发焊点裂纹和失效，提升可靠性。,芯片互连技术讲义,第38页,倒装芯片下填充方法,芯片互连技术讲义,第39页,FCB,技术特点,优点：,1,）互连线短，互连电特征好,2,）占基板面积小，安装密度高,3,）芯片焊区面分布，适合高,I/O,器件,4,）芯片安装和互连可同时进行，工艺简单、快速,缺点：,1,）需要精选芯片,2,）安装互连工艺有难度，芯片朝下，焊点检验困难,3,）凸点制作工艺复杂，成本高,4,）散热能力有待提升,芯片互连技术讲义,第40页,