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1、UESTC-Jiangfeng DuUESTC-Ning NingUESTC-Ning Ning1Chapter 2 Chip Level Interconnection 宁 宁宁 宁芯片互连技术集成电路封装测试与可靠性集成电路封装测试与可靠性UESTC-Jiangfeng DuUESTC-Ning Ning2Packaging Process集成电路封装测试与可靠性集成电路封装测试与可靠性UESTC-Jiangfeng DuUESTC-Ning Ning3晶圆测试与分类晶圆测试与分类焊线接合焊线接合晶粒分离晶粒分离塑料封装塑料封装成品封装与测试成品封装与测试晶粒粘接晶粒粘接Packaging
2、 Process集成电路封装测试与可靠性集成电路封装测试与可靠性UESTC-Jiangfeng DuUESTC-Ning Ning4Chip Level Interconnection Connect silicon die to the substrate (or directly on board in COBchip on board) Wire bonding (WB) 引线键合A thin Au or Al or Cu wire is connected from each bond pad on chip to bond figners on substrate. Contact
3、formed by heat, pressure and/or ultrasonic vibration (mostly thermosonic) Tape automated bonding (TAB) 载带自动焊 A film with pre-fabricated Cu conductor pattern is bonded to bumps on chip and soldered to substrate Flip chip bonding (FCB) 倒装焊 Chip is soldered directly, upside down, to substrate by bumps
4、of solder alloy on pads 集成电路封装测试与可靠性集成电路封装测试与可靠性UESTC-Jiangfeng DuUESTC-Ning Ning5Chip Level Interconnection 集成电路封装测试与可靠性集成电路封装测试与可靠性UESTC-Jiangfeng DuUESTC-Ning Ning6集成电路封装测试与可靠性集成电路封装测试与可靠性UESTC-Jiangfeng DuUESTC-Ning Ning7Chip Level Interconnection WireBondTABFlip-Chip集成电路封装测试与可靠性集成电路封装测试与可靠性UEST
5、C-Jiangfeng DuUESTC-Ning Ning82.1 Wire Bond Technology （引线键合技术）Started by AT 90%:10%; 40%:60% 等； 主要工艺步骤： 与电镀法相同，需要在Al焊区上先形成多层金属化层； 置球法常采用0.1mm厚的不锈钢掩模板，开孔与IC芯片的焊区一 一对应； 模板印刷法只需将置焊料球改为印制Pb-Sn焊膏即可，采用相同 掩模板进行焊区的对位； 将置球或印制焊膏的圆片连同掩模板一同在H2或N2保护下进行 再流焊，即可形成半球状的Pb-Sn焊料凸点。2.3.3 芯片凸点的制作方法集成电路封装测试与可靠性集成电路封装测试与可
6、靠性UESTC-Jiangfeng DuUESTC-Ning Ning446. 激光凸点法激光凸点法 由德国柏林技术学院开发的激光化学汽相淀积(LCVD)法。 工艺原理：利用激光能量加热芯片焊区，并分解Au的有机化合物，汽相中淀积Au凸点。淀积生长速率和凸点高度由淀积时间、芯片温度及激光能量决定。 属单芯片凸点制作方法，常用于多品种、小批量的IC凸点芯片。7. 移置凸点法移置凸点法 工艺类似于前面TAB技术中的移置凸点制作方法； 可用于芯片上Al焊区的重新布线，如将四周焊区改为面阵分布，使焊区节距和凸点增大，而新、旧焊区之间用布线金属互连。2.3.3 芯片凸点的制作方法集成电路封装测试与可靠性
7、集成电路封装测试与可靠性UESTC-Jiangfeng DuUESTC-Ning Ning458. 柔性凸点制作法柔性凸点制作法 可解决凸点高度不均匀性问题，柔性凸点具有弹性，高度可压 缩30%以上；还具有可返修性。 制作方法：先制作聚合物柔性凸点“芯子”；再进行柔性凸点 的金属化(化学镀、蒸发溅射或电镀法均可)即完成。9. 叠层制作法叠层制作法 目的：由于芯片与基板间热失配在表面产生的剪切应力问题， 除芯片下填充树脂外，可采用叠层法增加凸点高度来解决； 用Au丝打球法即可实现叠层凸点。10.喷射喷射Pb-Sn焊料凸点制作法焊料凸点制作法 在IC芯片的金属化焊区上逐点完成，不需掩模板及光刻、溅
8、射 等工艺；关键装置为焊料喷射头。2.3.3 芯片凸点的制作方法集成电路封装测试与可靠性集成电路封装测试与可靠性UESTC-Jiangfeng DuUESTC-Ning Ning46Electroplating Solder Bumping Process 电镀法凸点制作工艺ChipPR opening4. Pattern for bump 凸点光刻凸点光刻1. Wafer with Al pad 钝化和金属化晶片钝化和金属化晶片ChipPassivationAl contact pad3. Coat with PR 覆盖光胶覆盖光胶ChipThick photoresist film2. S
9、putter Under Bump Metal 金属层溅射金属层溅射ChipUBMTi/W-Au, Cr-Au2.3 Flip-Chip Technology集成电路封装测试与可靠性集成电路封装测试与可靠性 电镀法UESTC-Jiangfeng DuUESTC-Ning Ning47ChipElectroplated solder bumpMushrooming5. Electroplating Cu and Sn/Pb焊料电镀焊料电镀6. Remove Resist 去除光胶去除光胶Chip7. Strip Under Bump Metal 去除去除UBMChip8. Reflow回流回流C
10、hipsolder ball after reflow2.3 Flip-Chip TechnologyElectroplating Solder Bumping Process 电镀法凸点制作工艺 电镀法UESTC-Jiangfeng DuUESTC-Ning Ning48Process Specification 工艺参数工艺参数 Photoresist Thickness 光刻胶厚度光刻胶厚度: 40100 m Bump Material凸点材料凸点材料: 63Sn/37Pb Bump height 凸点高度凸点高度: 75140 m UBM layer凸点下金属层凸点下金属层: Ti/W
11、-Au, Cr-Au Min. effective pitch of bump 最小有效凸点间距最小有效凸点间距 : 125 m I/O array输入输入/输出分布输出分布: peripheral array and area array周边分布和面分布周边分布和面分布2.3 Flip-Chip Technology 电镀法UESTC-Jiangfeng DuUESTC-Ning Ning49Electroplating Solder Bumping Process 电镀法凸点制作工艺Peripheral array solder bumps 周边分布凸点周边分布凸点Area array s
12、older bumps 面分布凸点面分布凸点 The peak temperature of reflow process 回流焊峰值温度： 220 C. The effective bump pitch for peripheral array 周边分布有效凸点间距： 125 m.2.3 Flip-Chip Technology 电镀法UESTC-Jiangfeng DuUESTC-Ning Ning50Stencil Printing Bumping Flip Chip Technology 丝网印刷凸点倒装焊技术丝网印刷凸点倒装焊技术2.3 Flip-Chip Technology 化学
13、镀UBM和丝网印刷工艺UESTC-Jiangfeng DuUESTC-Ning Ning51Electroless UBM and Stencil Printing 化学镀UBM和丝网印刷工艺The most potential low cost flip chip bumping method. 最具前景的低成本倒装焊凸点制备方法最具前景的低成本倒装焊凸点制备方法Using electroless Ni/Au as UBM system 用化学镀用化学镀Ni/Au 作为凸点下金属层作为凸点下金属层maskless process 无掩膜工艺无掩膜工艺Compatible with SMT p
14、rocess 与表面贴装工艺兼容与表面贴装工艺兼容Flexible for different solder alloys适用于不同焊料合金适用于不同焊料合金ChipSolder BumpElectroless Ni/AuPassivation2.3 Flip-Chip Technology 化学镀UBM和丝网印刷工艺UESTC-Jiangfeng DuUESTC-Ning Ning52Stencil Printing Process Flow 丝网印刷工艺流程丝网印刷工艺流程Wafer preparation晶片制备晶片制备 (Passivation and Al pads)Zincatio
15、n Pretreatment 锌化预处理锌化预处理Electroless Ni/Immersion Au 化学镀化学镀 Ni/AuStencil Printing丝网印刷丝网印刷Solder Reflow and Cleaning 焊料回流和清洗焊料回流和清洗2.3 Flip-Chip Technology 化学镀UBM和丝网印刷工艺UESTC-Jiangfeng DuUESTC-Ning Ning53Stencil Printing Process Flow 丝网印刷工艺流程丝网印刷工艺流程Sketch of process flowElectroless Ni/Au Stud (Cross
16、 section) 化学镀化学镀Ni/Au2.3 Flip-Chip TechnologyThickness of Ni/Au UBM is 56 m.Solder Paste Printing 浆料印刷浆料印刷Different solder alloys composition: eutectic Pb-Sn, lead freeReflow 回流回流I/O pads with a pitch of 400 m 化学镀UBM和丝网印刷工艺UESTC-Jiangfeng DuUESTC-Ning Ning54Samples by Stencil Printing Bumping 丝网印刷凸点工艺样品Flip Chip on PCB for Testing在PCB上倒装焊测试样品2.3 Flip-Chip Technology 化学镀UBM和丝网印刷工艺UESTC-Jiangfeng DuUES
