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封装和封装驱动力在线视频

封装和封装驱动力

下一节:典型的CMOS制造工艺流程

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封装和封装驱动力课程教案、知识点、字幕

同学们好

一节课中我们学习了

集成电路中良率的定义

良率的重要性

还有提高良率的办法

今天这节课中我们讲一下

集成电路制造工艺的

最后一步封装

半导体封装是指通过测试的

晶元,硅片

按照产品型号及功能需求加工

来得到独立芯片的过程

封装的过程简单的描述

就是先在来自晶元的

前道工艺的硅片上面

通过划片工艺后

被切分为很小很小的晶片叫Die

然后将切割好的小的Die

就是小的晶片

用胶水粘贴到相应的

基板架的小岛上

再利用超细的金属

比如金的锡 铜 铝这种导线

或者说导电性树脂

将晶片的结合焊盘

就是Bonding pad连接到基板

相应的引脚Lead上面

并构成了所要求的电路

然后再对独立的晶片

用塑料外壳加以封装保护

塑封之后还要进行一系列的操作

比如说要进行产品测试

还要进行入检 测试 包装等工序

最后我们就入库 出货

这是我们讲的封装的一个基本过程

本小节我们会学习一下为什么要封装

引线键合、还有IO管脚封装这几个方面

然后我们还学习一下封装的最新技术

这样子我们大家对于封装

一个较为系统的了解

先说什么是封装呢

简单地说 就是把Foundry

代工厂生产出来的集成电路的裸片

把它Die放在一块

起到承载作用的基板上

把管脚引出来

然后固定包装成为一个整体

从这个意义上来说

我们所用到的芯片

其实都是封装后的芯片

集成电路的裸片

要比最终的成品还要小

而且没有管脚只有pad

那我们为什么要进行封装

不封装可不可以呢 答案是不可以

因为封装不仅起到安装 固定 密封

保护芯片 以及增强电热性能

而且通过管脚的实现

内部电路与外部电路连接等

各种各样的作用

还起到了与外界隔绝

防止空气中杂质

对芯片电路板破坏导致性能下降

甚至失效

随着工艺节点不断缩小

封装的好坏已经成为

高性能计算中的一个限制性因素

因此封装越来越重要

半导体的封装一共包括以下几个步骤

一个是芯片减薄

第二个是硅圆片的切片

第三个芯片的键合

第四个是互连或者IO管脚的封装

第五个是包装

那么我们下面针对第二步

第三步和第四步

进行详细的介绍

硅原片经过CMOS标准工艺

做成的集成电路 那么

这种情况下众多的裸片

排列在一个硅片上

就一个八寸的片和十二寸片

很多个晶原片 或者很多个Die

想给其中的一个裸片进行封装的话

首先要把单个裸片

从整个大的硅片上面分离开来

那这就是硅片切片

这个过程要进行如下几步

第一步就是测试芯片

我们先对芯片进行测试

这时候我们在测试的过程中

发现有的芯片本身就坏了

那么我们用一些磁性的墨水

标记坏的芯片 就是Bad Die

第二步将晶片装到蓝膜上面

是一种蓝色的膜它是粘的

这时候第三步我们采用快速的齿轮

或激光的方式进行切割

第四步切割完之后 这个时候

每个单个的片还是连在这个蓝膜上面的

第四步我们均匀地拉伸这个蓝膜

这时候已经切割开来的单个芯片

就自然而然的跟着蓝膜这个拉伸就分开了

这是它分开的过程

这时候我们再加上芯片移除并分类

同时把坏的芯片去掉

然后我们就可以进行下面的

在上面的五步过程中

最复杂的的步骤其实是测试

因为如今的晶体管规模异常庞大

如何在短时间里面

要完成超过十亿个晶体管数目的

芯片上进行测试

是一个主要的难题

裸片切完后

接下来就到了芯片键合工艺

利用引线将裸片上的IO pad

引到外面

下面我们来讲几种实现技术

包括引线键合 焊球的倒装技术

和硅通孔的技术也叫TSV技术

对引线键合我们以金线为例

我们将25微米的金线加热

形成一个小球

然后将这个金线末端的小球

与裸片上的pad键合

之后将金线与衬底进行锲形焊接

这样我们这个引线键合就结束了

那么就形成了裸片上的pad

到封装衬底上的连接

在实际生产过程中

引线键合速度很快的

一秒钟可以键合几十条引线

但是随着裸片的IO数目的增加

单凭引线键合既费时间

有时候你还不能够它大量IO的需求

这时候焊球倒装技术的发明

就为解决上述的问题提供了一个方案

焊球倒装技术是由IBM公司发明的

我们从右图可以看到

清晰的看到这个焊球的阵列

一个一个的小球

是不是很有气势 对不对

那焊球倒装技术是将芯片倒装

注意这个芯片上面它没有键合垫

只有焊球的阵列

在陶瓷衬底上布满了

铜的pad阵列相吻合

然后加热让铜的pad

与焊球阵列相互连接

通过利用这个技术能够很好的解决

我们每一个裸片

就是每一个Die面多个IO口的

这个引线的问题

最后我们再介绍一下硅通孔技术

硅通孔技术英文的全称叫

Through Silicon Via 也就是TSV

就是穿透过硅片的这个通孔

如果多个芯片需要互连

显然通过引线

并不是一个很理想的选择

为什么呢

一方面引线连接比较长

基本上都是几个厘米

会限制其高频性能

第二也会占据比较大的面积

因为它引线过来都有面积

所以对于很多很多芯片互连

你都用这个引线的话

你是很难满足的

在这种情况下TSV

是一个非常不错的技术

这个技术只要把互连的芯片叠在一起

在需要芯片间互连的地方打穿硅衬底

有下层或者上层的芯片互连

由于这个工艺它不需要向外引出引线

所以互连线的长度大大缩短了

因为一个硅片才几百个微米

所以它的引线只有几百个微米

跟刚才几个厘米来讲差了好多好多倍

那采用重叠放置的方式

使得多芯片面积大大减小

比如这张图所演示的三星

做的一个TSV技术

在2007年发表的

这种情况下它是把32个芯片

全部叠加在一起

就它有一个TSV一点一点

从最底层连到上一层

可以看到TSV的技术

还是非常非常的吸引人的

因为它密度很高 而且面积很小

而且引线因为很短

所以说可以实现一个很好的芯片的功能

介绍完这一块之后

我们下面来介绍一下

IO管脚的封装技术

这里面又分三种技术

一个叫引线框架lead frame

第二个叫引线引脚的网格叫 Pin grid

第三个叫焊球的网格叫Ball grid

引线框架其实我们是比较熟悉的一种方法了

想必同学们在很多场合

见过类似于像我们这张图的这个例子

有很多管脚伸出来 管脚挺硬

这个管脚插到你的PCB板上面去

这种封装形式

就是引线框架的一种典型方式

引线框架封装是在封装玻璃

利用铅向外做成引出的管脚

在内做成能够与裸片键合的pad

大家可以看到这张示意图

可以看到里面是它的一个芯片

我们这个管脚一方面是通过引线键合

跟我这个芯片的pad相连

外面的管脚就直接伸出来了

leads 这个图上显示leads

通过这个引线的管脚

把我的芯片跟我外面就连在一起了

所以这样这种双列直插式的引线框架制造

是非常高效的

该技术在管脚不多

速度要求不高的封装中较为常用

如果说管脚很多的情况下

这种情况可以将引脚

排布做成一个网络的形式

这样子可以节约我们的面积和成本

这就是我们这边看到的这一种方式

这张图显示的方式

比如说英特尔的奔腾系列处理器

采用四行外围引脚网络阵列

四行外围引脚网络阵列

来满足封装的需求

当我们线性封装

因为这个都是线性一种一维吧

线性封装达到极限的时候

工艺界便转向二维的网格阵列

它们可以是引线键合

但更长的是焊球

针对于很多很多IO口它的封装的话

引脚网络阵列和焊球网络阵列

就进入了我们的视野

也成为非常常用的一种技术

下面我们着重介绍焊球网络阵列

叫Ball Grid Array叫BGA技术

比如这个图我们可以看到

BGA技术是叫芯片与PCB板

下面我们这个绿色的是PCB板

上面这个灰色的是芯片

通过胶进行粘合

它粘合在一起之后

这里有一个模胶把它粘合在一起

这个时候通过引线键合

将膜片上的IO pad与焊球相互连接

然后用密封胶的保护方式

保护这个芯片和键合线

那PCB下面就是焊球

可以采用丝网印刷的技术

来高效的实现这个焊球

这样BGA就封装完了

我们可以看一下右下图

这是一个封装完了的效果

可以看到最里面的小片是真正的芯片

芯片是IO pad通过这个引线

连到我们这个球上来

这个球在PCB板上面

PCB板的另外一端

那它就可以实现高密度的一个封装

所以说当IO口数量很大

网络阵列规模较大的时候

正装芯片的这个引线键合

就具有很大的局限性

这是我们可以采用倒装的BGA结构

比如我们刚才提到的这个倒装技术

将芯片倒装焊掉的凸点与衬底

上方的焊球接入点直接相连

这就可以解决这个IO口越来越多的问题

这张图就显示这技术

我们的芯片是倒装的

倒装有很多很多凸点

它跟我们机体这个PCB板上直接相连

然后PCB板下面又有焊球

成为一个倒装的BGA的封装结构

讲完这个IO管脚封装之后

我们来看一看几种比较新的封装技术

第一个叫多芯片封装叫MCP

叫Multible Chip Package

多芯片封装是将两片或者两片以上的芯片

裸片利用芯片堆叠 stack

和压焊引出管脚的方式

来实现多芯片的封装技术

比如说我们看这张图

将Flash芯片存储性芯片

与SRAM芯片进行封装

在封装之前先将芯片减薄

做得薄一点

再利用模胶将芯片按层数固定

把外围一些pad露出来

芯片与芯片之间

芯片与外部焊球之间

采用一些键合的方式进行连接

其它也有我们刚才所介绍的封装过程

没有其它的变化

这个MCP多芯片封装技术的核心技术

是芯片减薄和压焊引线路径的精确控制

它这个过程

那么 再往下看

这张图显示了六个芯片的封装

就是六个芯片的MCP的封装技术

多芯片封装

这个芯片它里面含了传感器

处理器 存储器等

芯片与芯片之间采用了很多引线键合

把最终引出与衬底的pad键合在一起

通过这个图我们也可以看到

用做MCP的封装技术

它最后总体的芯片面积小

而且方便系统集成

我们再下面介绍堆叠装配技术

这个叫 Package on Package

这个技术在移动通讯产品中用得比较多

通过示意图

我们也能够比较清晰地了解这个技术

其实就是将两个芯片

封装完的芯片堆叠在一起

通过柔性电路将两个芯片进行连接装配

元器件内部的芯片堆叠

大部分都是采用金线键合的方式

堆叠层数可以从现在的两层到八层

这是一种较方便的方式

最后我们再介绍一下系统级封装

叫 System-in-Package SIP

这是目前特别热的研究方向

系统级封装是将多种功能芯片

包括处理器 存储器等

各种各样功能的芯片

集成在一个封装里面

才会实现一个基本完整的功能

刚才所讲的POP MCP 硅穿孔技术

都可以算是系统封装的例子

除了这个之外还有其它技术

比如说将多个裸芯片

和其他的元器件组装在同一块

多层互连的基板上进行封装的这种技术

还有其他的比如东芝KGD封装技术等等

当然实现这个SIP技术需要一些工艺要求

比如说在POP封装和MCM封装

需要衬底的它的成本比较低

最后我们看下我们常用的SIM卡

其实SIM就是很好的

系统级封装的例子

它采用的就是COB的系统级封装

它将CPU程序的存储器

38KB工作的存储器等等

还有数据的存储器

还有串行的通信单元

这些裸芯片

都有导电或者非导电

都要粘在互连基板上

然后进行引线键合实现它的这个连接

同时用户数据的加密

通讯数据传输等一系列的功能

那么好的同学们

在这节课我们讲了关于封装的定义

还有封装的分类

还有封装的实现步骤

以及一系列的系统级封装的方法

希望同学通过学习这节课

对封装技术有一个初步的了解

今天课就到这里 谢谢大家

微纳加工技术课程列表:

第一章节 课程介绍

-课程介绍

--课程介绍

第二章节 微纳工艺综述和超净环境

-微纳工艺综述和超净环境

--微电子工艺综述和超净环境

-第二章节 微纳工艺综述和超净环境--微纳工艺综述和超净环境

第三章节 集成电路中的材料和单晶硅的制备

-第一小节 集成电路中的材料

--集成电路中的材料

-第一小节 集成电路中的材料--作业

-第二小节 单晶硅的特性及生长方法

--单晶硅的特性及生长方法

-第二小节 单晶硅的特性及生长方法--作业

第四章节 薄膜制备技术

-第一小节 薄膜制备技术简介

--薄膜制备技术简介

-第一小节 薄膜制备技术简介--作业

-第二小节 化学气相淀积技术

--化学气相淀积技术

-第二小节 化学气相淀积技术--作业

-第三小节 氧化和原子层淀积技术

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-第三小节 氧化和原子层淀积技术--作业

-第四小节 外延技术

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-第四小节 外延技术--作业

-第五小节 溅射、蒸发和电镀技术

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第五章节 图形化工艺

-第一小节 光刻工艺综述

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-第一小节 光刻工艺综述--作业

-第二小节 光刻工艺详解

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-第三小节 光刻系统及其关键参数

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-第三小节 光刻系统及其关键参数--作业

-第四小节 光刻工艺中的常见问题及解决方法

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-第四小节 光刻工艺中的常见问题及解决方法--作业

-第五小节 提高光刻精度的办法及其他先进光刻技术

--提高光刻精度的办法及其他先进光刻技术

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第六章节 图形转移技术

-第一小节 湿法腐蚀和干法刻蚀

--干法刻蚀和湿法腐蚀

-第一小节 湿法腐蚀和干法刻蚀--作业

-第二小节 干法刻蚀中的若干问题

--干法刻蚀中的若干问题

-第二小节 干法刻蚀中的若干问题--作业

第七章节 掺杂

-第一小节 扩散工艺综述

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-第二小节 影响扩散的因素

--影响扩散的因素

-第二小节 影响扩散的因素--作业

-第三小节 离子注入工艺介绍

--离子注入工艺介绍

-第三小节 离子注入工艺介绍--作业

-第四小节 影响离子注入的因素

--影响离子注入因素

-第四小节 影响离子注入的因素--作业

第八章节 CMOS集成电路工艺模块

-第一小节 浅槽隔离

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-第二小节 自对准硅化物

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-第二小节 自对准硅化物--作业

-第三小节 High-K介质和金属栅

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-第三小节 High-K介质和金属栅--作业

-第四小节 大马士革工艺

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第九章节 良率与封装技术

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-第二小节 封装和封装驱动力

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-第二小节 封装和封装驱动力--作业

第十章节 工艺集成

-第一小节 典型的CMOS制造工艺流程

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-第一小节 典型的CMOS制造工艺流程--作业

-第二小节 CMOS scaling 中的若干问题

--CMOS scaling 中的若干问题

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第十一章节 微机电系统

-第一小节 MEMS制造工艺

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-第一小节 MEMS制造工艺--作业

-第二小节 体型微加工技术

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-第四小节 MEMS工艺实例

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-第四小节 MEMS工艺实例--作业

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