第二章芯片的互连技术PPT课件
《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
集成电路芯片封装技术培训课程(ppt-35页)全
微电子技术发展对封装的要求
四、高密度化和高引脚数
高密度和高I/O数造成单边引脚间距缩短、封装难
度加大：焊接时产生短路、引脚稳定性差
解决途径：
采用BGA技术和TCP（载带）技术
成本高、难以进行外观检查等。
微电子技术发展对封装的要求
五、适应恶劣环境
密封材料分解造成IC芯片键合结合处开裂、断路
解决办法：寻找密封替代材料
Ceramic
Ceramic or
Thin Film on Ceramic
Thin Film on PWB
PWB-D
•Integration to
BEOL
•Integration in
Package level
PWB-Microation at
System level
1、电源分配：传递电能-配给合理、减少电压损耗
2、信号分配：减少信号延迟和串扰、缩短传递线路
3、提供散热途径：散热材料与散热方式选择
4、机械支撑：结构保护与支持
5、环境保护：抵抗外界恶劣环境（例：军工产品）
确定封装要求的影响因素
成本
外形与结构
产品可靠性
性能
类比：人体器官的构成与实现
微电子封装技术的技术层次
芯片，但两类芯片的可靠性和成本不同。
封装材料
芯片封装所采用的材料主要包括金属、陶瓷、
高分子聚合物材料等。
问题：如何进行材料选择？
依据材料的电热性质、热-机械可靠性、技术和
工艺成熟度、材料成本和供应等因素。
表1.2-表1.4
封装材料性能参数
介电系数：表征材料绝缘程度的比例常数，相对值，通常介
电系数大于1的材料通常认为是绝缘材料。
集成电路互连技术ppt课件
2.3 Al/Si接触的改进
Al-Si合金金属化引线 在铝中加入硅饱和溶解度所需要的足量硅，形成Al-Si
合金，避免硅向铝中扩散，从而杜绝尖楔现象。 铝-掺杂多晶硅双层金属化结构
掺杂多晶硅主要起隔离作用。 铝-阻挡层结构
在铝与硅之间淀积一薄层金属，阻止铝与硅之间的作 用，从而限制Al尖楔问题。一般将这层金属称为阻挡层。 采用新的互连金属材料
精品课件
2.1 早期互连技术----铝互连
铝互连的优点： 铝在室温下的
电阻率很低，与硅 和磷硅玻璃的附着 性很好，易于沉积 与刻蚀。由于上述 优点，铝成为集成 电路中最早使用的 互连金属材料。
精品课件
2.2 铝互连的不足（一）：Al/Si接触中的尖楔现象
Al Si
Al/Si接触中的 尖楔现象
精品课件精品课件源自3.3 碳纳米管的导电机制
碳纳米管的电子平均自由程约为1.6μm（室温下金属Cu的 电子平均自由程约为45nm ），如果碳纳米管长度小于这 个值，那么电子在碳纳米管中传输就可能为弹道输运，此 时碳纳米管的电阻跟管的长度无关 。
精品课件
3.4 目前CNT的发展现状
日本： 1000根CNTs的Via互连技术； 美国：定向生长CNT，填充SiO2并进行抛光实现了 CNTs的互
解决Al/Si接触问题最有效的方法。
精品课件
2.4 铝互连的不足（二）：电迁移现象
金属为良导体时，静电作用力将减小， 电子风作用力将起主要作用。
精品课件
电迁移现象的本质 是导体原子与通过该导 体电子流之间存在相互 作用，当一个铝金属粒 子被激发处于晶体点阵 电位分布的谷顶的时候， 它将受到两个方向相反 的作用力：
由于其超高电流密度承载能力 的特性（碳纳米管上可以通过 高达1010A/cm2的电流 ），引 起了集成电路器件制造领域专 家的关注。
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 .。
微电子封装技术第2章 封装工艺流程
2.4芯片贴装
焊接粘贴法工艺是将芯片背面淀积一定厚度的 Au或Ni，同时在焊盘上淀积Au-Pd-Ag和Cu的金属 层。
其优点是热传导好。工艺是将芯片背面淀积一 定厚度的Au或Ni，同时在焊盘上淀积Au-Pd-Ag和 Cu的金属层。这样就可以使用Pb-Sn合金制作的合 金焊料将芯片焊接在焊盘上。焊接温度取决于PbSn合金的具体成分比例。
微电子封装技术
董海青 李荣茂
第2章 封装工艺流程
2.1 流程概述 2.2 芯片减薄 2.3 芯片切割 2.4 芯片贴装 2.5 芯片互连技术 2.6 成形技术 2.7 后续工艺
2.1 流程概述
芯片封装工艺流程一般可以分为两个部分：前 段操作和后段操作。前段操作一般是指用塑料封装 （固封）之前的工艺步骤，后段操作是指成形之后 的工艺步骤。
2.4芯片贴装
导电胶粘贴法不要求芯片背面和基板具有金属 化层，芯片座粘贴后，用导电胶固化要求的温度时 间进行固化，可以在洁净的烘箱中完成固化，操作 起来比较简便易行。
导电胶进行芯片贴装的工艺过程如下：用针筒 或注射器将黏着剂涂布在芯片焊盘上，然后将芯片 精确地放置到焊盘的黏着剂上面。
导电胶粘贴法的缺点是热稳定性不好，容易在 高温时发生劣化及引发黏着剂中有机物气体成分泄 露而降低产品的可靠度，因此不适用于高可靠度要 求的封装。
2.4芯片贴装
玻璃胶粘贴芯片时，先以盖印、网印、点胶等 技术将玻璃胶原料涂布在基板的芯片座上，将IC芯 片放置在玻璃胶上后，再将封装基板加热至玻璃熔 融温度以上即可完成粘贴。
玻璃胶粘贴法的优点是可以得到无空隙、热稳 定性优良、低结合应力与低湿气含量的芯片粘贴； 其缺点是玻璃胶中的有机成分与溶剂必须在热处理 时完全去除，否则对封装结构及其可靠度将有所损 害。
第二章 微电子封装概论(1)
第二步：将晶圆分布 图数字化，并将失效 芯片用红色标注，如 左图所示。
缺陷图样分析第二步
电子科学与技术系
Department of Electronic Science and technology
第三步：使用不同颜 色标注不同缺陷团簇， 如左图所示。 最后再通过与数据 库比对，完成缺陷图 样的分类。
2.2.1 零级封装技术（芯片互连级）
1.零级封装
零级封装是指半导体基片上的集成电路元件、器 件、线路；更确切地应该叫未加封装的裸芯片。 如果硬要说它是封装，是指圆片的切割到没有外 壳封装的集成电路的芯片，是由半导体厂商来完成 的，这种芯片可分为系列标准芯片和特殊用途的专 用芯片两种。 系统用户可从半导体厂家以这种裸芯片形式进货， 进行封装，经测试确保芯片质量合格后销售。
电子科学与技术系
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2.1.2 微电子封装的功能
微电子封装有5个功能如下：
1.电源分配： 微电子封装首先要通过电源使芯片电路能流通电流，但不 同部件所需的电源不同，要合理分配不同部件的电源，避免 器件被烧坏和不必要的电源损耗，这一点尤为重要。 2.信号分配： 为使电信号延迟尽可能减小，布线时应尽可能地使信号线 与芯片的互连路径，以及通过封装的 I/O引出路径达到最短。 对于高频信号，还应考虑信号的串扰，需进行合理的信号线 布线和地线布线。 3.机械支撑： 为芯片和其他部件提供牢固可靠的机械支撑，要能适应各 种工作环境和条件的变化。
缺陷图样分析第三步
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2.贴膜 （Tape Attaching）
4第二章 互连技术FCB
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。
《集成电路封装和可靠性》培训课件：芯片互连技术
Lead Scan (LS 检测)
Packing (PK 包装)
集成电路封装测试与可靠性
1 电子级硅所含的硅的纯度很高，可 达 99.9999 99999%
1 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)
集成电路封装测试与可靠性
debris l e f t over from the grinding process.
1 Process Methods:
1)Coarse grinding by mechanical. ( 粗磨)
2)Fine polishing by mechanical or plasma etching. ( 细磨抛光)
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集成电路封装测试与可靠性
Wire Bonding Technology -- Die Attach Process
Purpose:
The die attach process i s 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 f i r s t level interconnection operation .
刀刃
集成电路封装测试与可靠性
切割设备示意图
晶圆 工作台
Dicing Blade
Silicon Wafer Flame
Flame
Blue Tape
两次进刀切割法
Wafer sawing
集成电路封装测试与可靠性
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2.3载带自动焊(TAB)技术
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• 2.3.1发展概况
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2.3.2.TAB技术优点
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2.3.3.TA.TAB关键材料与关键技术
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2.3.5芯片凸点的制作
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2.3.6 TAB图形结构与载带制作技术
第二章芯片互连技术
• 2.1概述
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芯片互连技术分类
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2.2引线键合(WB) 技术
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WB的分类与特点
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You Know, The More Powerful You Will Be
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谢谢大家
荣幸这一路，与你同行
It'S An Honor To Walk With You All The Way
演讲人：XXXXXX
时 间：XX年* XX月XX日
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TAB单层带的制作
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TAB双层带的制作
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TAB三层带的制作
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2.3.8TAB的焊接技术
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2.3.9 TAB的可靠性
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2.3.10 TAB 应用
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2.4倒装焊（FCB）技术
2.4.1 FCB发展简况
可控塌陷芯*片连接
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2.4.2凸点芯片的FCB技术
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2.4.3倒装焊接机简介
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2.5埋置芯片互连-----后布线技术
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2.6芯片互连方法的比较
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写在最后
经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量 Study Constantly, And You Will Know Everything. The More