1、集成電路芯片封裝技術芯片互連技術前課回顧1.1.集成電路芯片封裝工藝流程集成電路芯片封裝工藝流程2.2.成型技術分類及其原理成型技術分類及其原理 引線鍵合技術（引線鍵合技術（WBWB）主要內容 載帶自動鍵合技術（載帶自動鍵合技術（TABTAB） 倒裝芯片鍵合技術（倒裝芯片鍵合技術（FCBFCB）引線鍵合技術概述引線鍵合技術概述 引線鍵合技術是將半導體裸芯片（引線鍵合技術是將半導體裸芯片（DieDie）焊區與微電）焊區與微電子封裝的子封裝的I/OI/O引線或基板上的金屬布線焊區（引線或基板上的金屬布線焊區（PadPad）用）用金屬細絲連接起來的工藝技術。金屬細絲連接起來的工藝技術。引線鍵合技術分

2、類和應用范圍引線鍵合技術分類和應用范圍 常用引線鍵合方式有三種： 熱壓鍵合熱壓鍵合 超聲鍵合超聲鍵合 熱超聲波（金絲球）鍵合熱超聲波（金絲球）鍵合 低成本、高可靠、高產量等特點使得WB成為芯片互連主要工藝方法，用于下列封裝:陶瓷和塑料BGA、SCP和MCP陶瓷和塑料封裝QFP芯片尺寸封裝 (CSP) 提供能量破壞被焊表面的氧化層和污染物，使焊區金屬產生塑性變形，使得引線與被焊面緊密接觸，達到原子間引力范圍并導致界面間原子擴散而形成焊合點。引線鍵合鍵合接點形狀主要有楔形和球形，兩鍵合接點形狀可以相同或不同。WB技術作用機理技術作用機理超聲鍵合：超聲鍵合：超聲波發生器使劈刀發生水平彈性振動，同時施

3、加向下壓力。劈刀在兩種力作用下帶動引線在焊區金屬表面迅速摩擦，引線發生塑性變形，與鍵合區緊密接觸完成焊接。常用于Al絲鍵合，鍵合點兩端都是楔形 。熱壓鍵合：熱壓鍵合：利用加壓和加熱，使金屬絲與焊區接觸面原子間達到原子引力范圍，實現鍵合。一端是球形，一端是楔形 ，常用于Au絲鍵合。金絲球鍵合：金絲球鍵合：用于Au和Cu絲的鍵合。采用超聲波能量，鍵合時要提供外加熱源。WB技術作用機理技術作用機理 球形鍵合球形鍵合 第一鍵合點第一鍵合點 第二鍵合點第二鍵合點 楔形鍵合楔形鍵合 第一鍵合點第一鍵合點 第二鍵合點第二鍵合點 引線鍵合接點外形引線鍵合接點外形采用導線鍵合的芯片互連引線鍵合技術實例引線鍵合技

4、術實例不同鍵合方法采用的鍵合材料也有所不同： 熱壓鍵合和金絲球鍵合主要選用金（Au）絲，超聲鍵合則主要采用鋁（Al）絲和Si-Al絲（Al-Mg-Si、Al-Cu等） 鍵合金絲是指純度約為99.99，線徑為l850m的高純金合金絲，為了增加機械強度，金絲中往往加入鈹(Be)或銅。 WB線材及其可靠度線材及其可靠度鍵合對金屬材料特性的要求：鍵合對金屬材料特性的要求： 可塑性好，易保持一定形狀，化學穩定性好；盡量少可塑性好，易保持一定形狀，化學穩定性好；盡量少形成金屬間化合物，鍵合引線和焊盤金屬間形成低電阻歐形成金屬間化合物，鍵合引線和焊盤金屬間形成低電阻歐姆接觸。姆接觸。WB線材及其可靠度線材及

5、其可靠度柯肯達爾效應：柯肯達爾效應：兩種擴散速率不同的金屬交互擴散形成缺陷：如Al-Au鍵合后，Au向Al中迅速擴散，產生接觸面空洞。通過控制鍵合時間和溫度可較少此現象。金屬間化合物形成金屬間化合物形成常見于Au-Al鍵合系統引線彎曲疲勞引線彎曲疲勞引線鍵合點跟部出現裂紋。 鍵合脫離鍵合脫離指鍵合點頸部斷裂造成電開路。 鍵合點和焊盤腐蝕鍵合點和焊盤腐蝕 腐蝕可導致引線一端或兩端完全斷開，從而使引線在封裝內自由活動并造成短路。WB可靠性問題可靠性問題載帶自動鍵合（載帶自動鍵合（TAB）技術概述）技術概述 載帶自動焊載帶自動焊(Tape Automated Bonding(Tape Automat

6、ed Bonding，TAB)TAB)技術技術是一種將芯片組裝在金屬化柔性高分子聚合物載帶上的集成電路封裝技術；將芯片焊區與電子封裝體外殼的I/O或基板上的布線焊區用有引線圖形金屬箔絲連接，是芯片引腳框架的一種互連工藝。TAB技術分類技術分類 TAB按其結構和形狀可分為Cu箔單層帶、Cu-PI雙層帶、Cu-粘接劑-PI三層帶和Cu-PI-Cu雙金屬帶等四種。 TAB技術首先在高聚物上做好元件引腳的引線框架，然后將芯片按其鍵合區對應放在上面，然后通過熱電極一次將所有的引線進行鍵合。 TAB工藝主要是先在芯片上形成凸點，將芯片上的凸點同載帶上的焊點通過引線壓焊機自動的鍵合在一起，然后對芯片進行密封

7、保護。載帶自動鍵合（載帶自動鍵合（TAB）技術）技術TAB技術工藝流程技術工藝流程TAB技術工藝流程技術工藝流程TAB技術工藝流程技術工藝流程TAB關鍵技術關鍵技術 TAB工藝關鍵部分有：芯片凸點制作、芯片凸點制作、TABTAB載帶制作載帶制作和內、外引線焊接和內、外引線焊接等。TAB關鍵技術關鍵技術-凸點制作凸點制作載帶制作工藝實例載帶制作工藝實例Cu箔單層帶箔單層帶 沖制標準定位傳送孔沖制標準定位傳送孔 Cu Cu箔清洗箔清洗 CuCu箔疊層箔疊層 Cu Cu箔涂光刻膠（雙面）箔涂光刻膠（雙面）刻蝕形成刻蝕形成CuCu線圖樣線圖樣導電圖樣導電圖樣CuCu鍍錫鍍錫退火退火內引線鍵合內引線鍵合

8、 (ILB) 內引線鍵合是將裸芯片組裝到內引線鍵合是將裸芯片組裝到TABTAB載帶上的技術，通常采用熱壓載帶上的技術，通常采用熱壓焊方法。焊接工具是由硬質金屬或鉆石制成的熱電極。當芯片凸焊方法。焊接工具是由硬質金屬或鉆石制成的熱電極。當芯片凸點是軟金屬，而載帶點是軟金屬，而載帶CuCu箔引線也鍍這類金屬時，則用箔引線也鍍這類金屬時，則用“群壓焊群壓焊”。TAB關鍵技術關鍵技術-封膠保護封膠保護然后，篩選與測試然后，篩選與測試外引線鍵合外引線鍵合 OLB測試完成測試完成TAB技術的關鍵材料技術的關鍵材料1）基帶材料 基帶材料要求高溫性能好、熱匹配性好、收縮率小、機械強度高等，聚酰亞胺（PI）是良

9、好的基帶材料，但成本較高，此外，可采用聚酯類材料作為基帶。2）TAB金屬材料 制作TAB引線圖形的金屬材料常用CuCu箔箔，少數采用Al箔：導熱性和導電性及機械強度、延展性。3）凸點金屬材料 芯片焊區金屬通常為AlAl，在金屬膜外部淀積制作粘附層粘附層和鈍化層和鈍化層，防止凸點金屬與Al互擴散。典型的凸點金屬材料多為AuAu或或AuAu合金合金。TAB技術的關鍵材料技術的關鍵材料TAB技術的關鍵材料技術的關鍵材料TAB的優點的優點1）TAB結構輕、薄、短、小，封裝高度1mm2）TAB電極尺寸、電極與焊區間距較之WB小3）TAB容納I/O引腳數更多，安裝密度高4）TAB引線電阻、電容、電感小，有

10、更好的電性能5）可對裸芯片進行篩選和測試6）采用Cu箔引線，導電導熱好，機械強度高7）TAB鍵合點抗鍵合拉力比WB高8）TAB采用標準化卷軸長帶，對芯片實行多點一次焊接，自動化程度高倒裝芯片鍵合技術倒裝芯片鍵合技術 倒裝芯片鍵合（FCB）是指將裸芯片面朝下，芯片焊區與基板焊區直接互連的一種鍵合方法：通過芯片上的凸點直接將元器件朝下互連到基板、載體或者電路板上。而WB和TAB則是將芯片面朝上進行互連的。由于芯片通過凸點直接連接基板和載體上，倒裝芯片又稱為DCA（Direct Chip Attach ） FCB省掉了互連引線互連引線，互連線產生的互連電容、電阻和電感均比WB和TAB小很多，電性能優

11、越。倒裝芯片鍵合技術倒裝芯片鍵合技術凸點下金屬層(UBM) 芯片上的凸點，實際上包括凸點及處在凸點和鋁電極之間的多層金屬膜(Under Bump Metallurgy)，一般稱為凸點下金屬層，主要起到粘附和擴散阻擋的作用。 倒裝芯片鍵合技術應用倒裝芯片鍵合技術應用凸點類型和特點 按材料可分為焊料凸點、Au凸點和Cu凸點等按凸點結構可分為：周邊性和面陣型周邊性和面陣型按凸點形狀可分為蘑菇型、直狀、球形等FCB技術技術-芯片凸點類型芯片凸點類型 形成凸點的工藝技術有很多種，主要包括蒸發蒸發/ /濺射凸點制作法、濺射凸點制作法、電鍍凸點制作法、置球電鍍凸點制作法、置球法和模板制作焊料凸點法和模板制作

12、焊料凸點法法等。FCB技術技術-凸點制作方法凸點制作方法 制作出來的凸點芯片可用于陶瓷基板和陶瓷基板和SiSi基板基板，也可以在PCBPCB上直接將芯片進行FCB焊接。 將芯片焊接到基板上時需要在基板焊盤上制作金屬焊區，以保證芯片上凸點和基板之間有良好的接觸和連接。金屬焊區通常的金屬層包括： Ag/Pd-Au-Cu（厚膜工藝）和Au-Ni-Cu（薄膜工藝）PCB的焊區金屬化與基板相類似。FCB技術技術-凸點芯片的倒裝焊接凸點芯片的倒裝焊接倒裝焊接工藝倒裝焊接工藝 熱壓或熱聲倒裝焊接：調準對位調準對位- -落焊頭壓焊（加熱）落焊頭壓焊（加熱）FCB技術技術-凸點芯片的倒裝焊接凸點芯片的倒裝焊接再流倒裝焊接（再流倒裝焊接（C4C4技技術）術）對錫鉛焊料凸點進對錫鉛焊料凸點進行再流焊接行再流焊接FCB鍵合技術鍵合技術- 再流倒裝焊接再