分辨率 μm
较高
性能 精度 线宽 μm μm
较高 较窄
样品要求
切深 μm
样品材料
样品 大小
样品 厚度μm
浅
GaAs、 InP
≤4inch
≤100
钻石刀 划片机
一般
一般 较窄
浅
Sapphir e、GaN
≤3inch
≤100
激光 划片机
砂轮 划片机
高 一般
高
窄
较深
Sapphir e、GaN
≤3inch
≤100
56
JSM-6390性能参数
最大放大倍数
300，000 ×
高真空分辨率
加速电压
分辨率
30 kV
3.0nm
15 kV
8.0nm
1 kV
15nm
57
JSM-6390实拍示例
58
JSM-6390工作模式
工作模式： 模式比较：
△ 二次电子像模式 △ 背散射电子像模式
主要利用 分辨率
二次电子像 形貌衬度 高
Chip
4. 凸点光刻
solder ball after reflow
Chip
5. 电镀焊料
Chip
Chip
6. 去除光刻胶 7. 去除凸点外底金属
电镀焊料凸点工艺流程
Chip
8. 回流
25
电镀凸点工艺样品示例
PCB上不同尺寸倒装焊样品 在软质底板上倒装焊
26
实验室现有引线键合设备
WEST·BOND 747677E
2.1. 对准
Step
CCD OPTICS
重复步骤1-4 42
两种压印方式比较
43
纳米压印技术应用
交叉悬臂结构和功能
磁存储器 存储密度400Gbits/in2
44
第三部分 扫描电镜（SEM）
45
SEM概念及用途
电子被用作光源的显微镜称为扫描电子显 微镜（Scanning Electron Microscope），简 称SEM。
楔焊过程
21
常用引线键合方式——球焊
金丝成球（高压电火花） 焊区活性化（加热加压加超声） 接触形成球焊 劈刀移到二焊处二焊焊接（加热加压加超声） 形成二焊
球焊过程
22
倒装焊（Flip Chip Bonding）
定义：在裸片电极上形成连接用凸点，将芯片电极 面朝下经钎焊、热压等工艺将凸点和封装基板互连 的方法。
手动 半自动
超声键合（楔焊）－铝丝和 铝合金丝
全自动
热超声键合（球焊） －金丝
热超声键合可降低热压温度、提高键合强度，有利于 器件可靠性，成为引线键合的主流键合方式。目前， 生产线上的键合机90％都是采用热超声键合工艺的 全自动金丝球焊机。
20
常用引线键合方式——楔焊
劈刀移至一焊处 一焊焊接（加压加超声） 劈刀抬起 劈刀移到二焊处 二焊焊接（加压加超声） 形成二焊
工艺上： 对准要细致认真
12
OBM-90TP裂片机
F
晶圆大小：≤3inch 芯片规格：≥ 0.25mm 分辨率： 1 μm
刀切入量： 0.01～0.3mm
裂片刀
13
裂片机使用注意事项
裂片机：
除放片外严禁将手伸入设备内部 裂片时请关上设备门
工艺上：
对准要细致认真，尽量平行 根据管芯大小，改变裂片槽的宽度 根据样品厚度，调整好切入量
放大倍数
l 在显像管中电子束在荧光屏上最大扫描距离 和电子束在试样上最大
扫描距离L的比值，即
M
=l L
通过调节扫描线圈上的电流来改变放大倍数。
放大倍数与扫描面积的关系 (若荧光屏画面面积为10×10cm2)：
放大倍数
扫描面积
10×
(1cm)2
100×
(1mm)2
1,000×
(100μm)2
10,000×
39
纳米压印过程——热压印
对准
接近
加热晶圆和印章
T ℃
加压 -- > 印出图形
冷却印章
去除压力
T
脱模
℃
若完成，冷却晶圆
P
Wafer
40
纳米压印过程—— 紫外压印 (UV-NIL)
对准 涂胶 接近 加压 -- >印出图形 紫外固化 去除压力 脱模
P
Wafer
41
纳米压印过程——
紫外压印（步进闪光）
过程：凸点制作和倒装装配
Solder Bump
Chip Substrate
23
引线键合和倒装芯片键合比较
倒装芯片技术 引线键合技术
精度高 形成的混合集成芯 片占用体积小 优 点 I/O密度高
互连线短
技术成熟 工艺简单 成本低廉 适用性强
引线寄生参数小
缺 点
晶片凸点的制作问 题
I/O数目的限制
设备昂贵成本较大
36
键合工艺检测手段
引线键合：
键合拉力测试 键合剪切力测试
倒装键合：
芯片剪切力测试 X-Ray检测仪
37
纳米压印技术简介
38
什么是纳米压印
纳米压印是一种全新的纳米图形复制方 法，需要通过压模制备、压印过程和图形转 移这三个过程。
分类： 热压印 紫外压印
优点：
高分辨率 高产量 低成本
缺点：
印章制作成本高 易产生孔隙 脱模不完全（热压） 压模机械损伤大（热压）
24
常用焊料凸点的制作方法：电镀
Passivation Al contact pad
UBM
Chip
1. 钝化和金属化晶片
Chip
2. 金属层溅射
Mushrooming
Electroplated solder bump
Thick photoresist film
Chip
3. 涂敷光刻胶
PR opening
29
实验室现有倒装键合设备
FC150倒装焊机
特点：
应用：
焊后精度：±1μm
倒装焊
最大压力：100KG
回流
最高温度：450℃
纳米压印
芯片尺寸：0.2-40 mm
衬底尺寸：1-150 mm
步进精度： Arm Z= 0.5 µm
Chuck XY= 1 µm Θ旋转范围：± 7 degrees 激光自动找平和对准
32
chip tray & cassette substrate tray & cassette
Chuck tool
Arm tool
33
FC150工作过程
上影 像
双层影 像 下影 像
键合臂上 的上器件 对准标记 或 器件特征 Chuck上
的 下器件
Step 1
用键合臂吸起上器件（正面朝
下）
下器件置于下面 chuck上 移动上显微镜观察 (蓝色), 将上
9
激光划片机性能
精度高，±1.5μm （50mm行程内）； 重复精度1μm
切割线宽窄,标准线宽5μm 速度快，5片/小时（基于 350μm×350μm的晶粒，
2inchWafer）
有光学寻边功能，可防止划切样品台 带背面对准功能（适于背镀铝和粗化工艺的GaN片 ）
10
划片机性能比较
设备
GaAs 解理机
(10μm)2
100,000×
(1μm)2
49
SEM性能参数
分辨率 定义：
把刚好能分辨屏幕上两个点光源像时的两个点光源之 间的距离称为显微镜的分辨率。
影响因素：
△ 初级束斑：分辨率不可能小于初级束斑 △ 入射电子在样品中的散射效应 △ 信噪比
50
SEM性能参数
景深
是指焦点前后的一个距离范围，该范围内所有物 点所成的图像符合分辨率要求，可以成清晰的 像，即景深是可以被看清的距离范围。
D
=
d0
tan α c
临界分辨本领 = 电子束入射半角
αo一般为1mrad
故：景深为最小可分辨的1000倍
51
SEM分类
热电子发射SEM（钨灯丝或六硼化镧） 场发射SEM
钨灯丝
六硼化镧单晶
场发射尖端（钨单晶）
52
JSM-6390结构
真空柱 成像系统 样品室
真空泵
电子枪
电子束系统
（1）真空系统
（真空柱+真空泵）
用途 ◆ 观察样品表面形貌； ◆ 配置附件，做样品分析。
46
SEM 原理
电子与物质的相互作用
产生信号类型
信号发生区域
47
SEM 的特点
光学显微镜
扫描电镜
放大倍数 分辨率 景深 用途
小 （×1，000） 低 小 形貌观察
大（ × 30万） 高（3nm） 大（大几百倍） 形貌观察 样品分析
48
SEM性能参数
封装工艺培训
黄宏娟 李晓伟 纳米加工公共平台
1
主要内容
划片/裂片原理及设备 引线键合/倒装键合/纳米压印 扫描电镜原理及设备
2
封装流程
以GaN LED封装为例：
划片、裂片 分捡
管芯粘贴 （烘烤/回流） 引线键合
倒装键合
封帽
测试
3
第一部分 划片和裂片工艺
4
划片简介
划片：将做好器件结构的晶圆切割成一定大小的 管芯或形成解理腔面，一般不切穿晶圆。 裂片：将切割一定深度后的晶圆，用裂片机（裂 片刀）从切割道处裂开。
信噪比高
背散射电子像 成分衬度 较差 信噪比低
59
SEM 样品处理
扫描电镜样品制备的主要要求是： 无污染、无挥发性； 样品干燥； 导电性处理（JFC1600喷金仪）