集成電路芯片封裝技術(shù)芯片互連技術(shù)

1、芯片互連技術(shù)芯片互連技術(shù) 第二章 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(shù)分類及其原理成型技術(shù)分類及其原理 第二章 引線鍵合技術(shù)（引線鍵合技術(shù)（WBWB） 主要內(nèi)容 載帶自動(dòng)鍵合技術(shù)（載帶自動(dòng)鍵合技術(shù)（TABTAB） 倒裝芯片鍵合技術(shù)（倒裝芯片鍵合技術(shù)（FCBFCB） 第二章 引線鍵合技術(shù)概述引線鍵合技術(shù)概述 引線鍵合技術(shù)是將半導(dǎo)體裸芯片（引線鍵合技術(shù)是將半導(dǎo)體裸芯片（DieDie）焊區(qū)）焊區(qū) 與微電子封裝的與微電子封裝的I/OI/O引線或基板上的金屬布線焊區(qū)引線或基板上的金屬布線焊區(qū) （PadPad）用金屬細(xì)絲連接起來(lái)的工藝技術(shù)。）用金屬細(xì)絲連接起

2、來(lái)的工藝技術(shù)。 第二章 引線鍵合技術(shù)分類和應(yīng)用范圍引線鍵合技術(shù)分類和應(yīng)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(chǎn)量等特點(diǎn)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) 第二章 提供能量破壞被焊表面的氧化層和污染物，使焊區(qū)金 屬產(chǎn)生塑性變形，使得引線與被焊面緊密接觸，達(dá)到原子 間引力范圍并導(dǎo)致界面間原子擴(kuò)散而形成焊合點(diǎn)。引線鍵 合鍵合接點(diǎn)形狀主要有楔形和球形，兩鍵合接點(diǎn)形狀可以 相同或不同。 WB技術(shù)作用機(jī)理技術(shù)作用機(jī)

3、理 第二章 超聲鍵合：超聲鍵合：超聲波發(fā)生器使劈刀發(fā)生水平彈性振動(dòng)，同 時(shí)施加向下壓力。劈刀在兩種力作用下帶動(dòng)引線在焊區(qū)金 屬表面迅速摩擦，引線發(fā)生塑性變形，與鍵合區(qū)緊密接觸 完成焊接。常用于Al絲鍵合，鍵合點(diǎn)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(qū)接觸面原 子間達(dá)到原子引力范圍，實(shí)現(xiàn)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(shí)要提供外加熱源。 WB技術(shù)作用機(jī)理技術(shù)作用機(jī)理 第二章 球形鍵合球形鍵合 第一鍵合點(diǎn)第一鍵合點(diǎn) 第二鍵合點(diǎn)第二鍵合點(diǎn) 楔形鍵合楔形鍵合 第一鍵合點(diǎn)第一鍵合點(diǎn) 第

4、二鍵合點(diǎn)第二鍵合點(diǎn) 引線鍵合接點(diǎn)外形引線鍵合接點(diǎn)外形 第二章 采用導(dǎo)線鍵合的芯片互連 引線鍵合技術(shù)實(shí)例引線鍵合技術(shù)實(shí)例 第二章 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(jī)械強(qiáng)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 第二章 鍵合對(duì)金屬材料特性的要求：鍵合對(duì)金屬材料特性的要求： 可塑性好，易保持一定形狀，化學(xué)穩(wěn)定性可塑性好，易保持一定形狀，化學(xué)穩(wěn)定性 好；盡量少形成金屬

5、間化合物，鍵合引線和焊好；盡量少形成金屬間化合物，鍵合引線和焊 盤金屬間形成盤金屬間形成低電阻歐姆接觸低電阻歐姆接觸。 WB線材及其可靠度線材及其可靠度 柯肯達(dá)爾效應(yīng)：柯肯達(dá)爾效應(yīng)：兩種擴(kuò)散速率不同的金屬交互 擴(kuò)散形成缺陷：如Al-Au鍵合后，Au向Al中迅速 擴(kuò)散，產(chǎn)生接觸面空洞。通過(guò)控制鍵合時(shí)間和 溫度可較少此現(xiàn)象。 第二章 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(tǒng) 引線彎曲疲勞引線彎曲疲勞 引線鍵合點(diǎn)跟部出現(xiàn)裂紋。 鍵合脫離鍵合脫離指鍵合點(diǎn)頸部斷裂造成電開路。 鍵合點(diǎn)和焊盤腐蝕鍵合點(diǎn)和焊盤腐蝕 腐蝕可導(dǎo)致引線一端或兩端完全斷開，從而使引線 在封裝內(nèi)自由活動(dòng)并造成短路。 W

6、B可靠性問(wèn)題可靠性問(wèn)題 第二章 載帶自動(dòng)鍵合（載帶自動(dòng)鍵合（TAB）技術(shù)概述）技術(shù)概述 載帶自動(dòng)焊載帶自動(dòng)焊(Tape Automated Bonding(Tape Automated Bonding，TAB)TAB)技術(shù)技術(shù)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(shù)；將芯片焊區(qū)與電子封裝體外殼的I/O或基板 上的布線焊區(qū)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。 第二章 TAB技術(shù)分類技術(shù)分類 TAB按其結(jié)構(gòu)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。 第二章 TAB技術(shù)首先在高聚物上做好

7、元件引腳的引線 框架，然后將芯片按其鍵合區(qū)對(duì)應(yīng)放在上面，然 后通過(guò)熱電極一次將所有的引線進(jìn)行鍵合。 TAB工藝主要是先在芯片上形成凸點(diǎn)，將芯片 上的凸點(diǎn)同載帶上的焊點(diǎn)通過(guò)引線壓焊機(jī)自動(dòng)的 鍵合在一起，然后對(duì)芯片進(jìn)行密封保護(hù)。 載帶自動(dòng)鍵合（載帶自動(dòng)鍵合（TAB）技術(shù)）技術(shù) 第二章 TAB技術(shù)工藝流程技術(shù)工藝流程 第二章 TAB技術(shù)工藝流程技術(shù)工藝流程 第二章 TAB技術(shù)工藝流程技術(shù)工藝流程 第二章 TAB關(guān)鍵技術(shù)關(guān)鍵技術(shù) TAB工藝關(guān)鍵部分有：芯片凸點(diǎn)制作、芯片凸點(diǎn)制作、TABTAB載帶載帶 制作和內(nèi)、外引線焊接制作和內(nèi)、外引線焊接等。 第二章 TAB關(guān)鍵技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)-凸點(diǎn)制作凸點(diǎn)制作 第二章

8、 載帶制作工藝實(shí)例載帶制作工藝實(shí)例Cu箔單層帶箔單層帶 沖制標(biāo)準(zhǔn)定位傳送孔沖制標(biāo)準(zhǔn)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(dǎo)電圖樣導(dǎo)電圖樣CuCu鍍錫鍍錫退火退火 第二章 內(nèi)引線鍵合內(nèi)引線鍵合 (ILB) 內(nèi)引線鍵合是將裸芯片組裝到內(nèi)引線鍵合是將裸芯片組裝到TABTAB載帶上的技術(shù)，通常采載帶上的技術(shù)，通常采 用熱壓焊方法。焊接工具是由硬質(zhì)金屬或鉆石制成的熱電極。用熱壓焊方法。焊接工具是由硬質(zhì)金屬或鉆石制成的熱電極。 當(dāng)芯片凸點(diǎn)是軟金屬，而載帶當(dāng)芯片凸點(diǎn)是軟金屬，而載帶CuCu箔引線也鍍這類

9、金屬時(shí)，則箔引線也鍍這類金屬時(shí)，則 用用“群壓焊群壓焊”。 第二章 TAB關(guān)鍵技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)-封膠保護(hù)封膠保護(hù) 然后，篩選與測(cè)試然后，篩選與測(cè)試 第二章 外引線鍵合外引線鍵合 OLB 測(cè)試完成測(cè)試完成 第二章 TAB技術(shù)的關(guān)鍵材料技術(shù)的關(guān)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(jī)械強(qiáng)度高等，聚酰亞胺（PI）是良好的 基帶材料，但成本較高，此外，可采用聚酯類材 料作為基帶。 第二章 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(shù) 采用Al箔：導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性及機(jī)械強(qiáng)度、延展性。 3）凸點(diǎn)金屬材料 芯片焊區(qū)金屬通常為AlAl，在金屬膜外部淀積制 作

10、粘附層和鈍化層粘附層和鈍化層，防止凸點(diǎn)金屬與Al互擴(kuò)散。典 型的凸點(diǎn)金屬材料多為AuAu或或AuAu合金合金。 TAB技術(shù)的關(guān)鍵材料技術(shù)的關(guān)鍵材料 第二章 TAB技術(shù)的關(guān)鍵材料技術(shù)的關(guān)鍵材料 第二章 TAB的優(yōu)點(diǎn)的優(yōu)點(diǎn) 1）TAB結(jié)構(gòu)輕、薄、短、小，封裝高度1mm 2）TAB電極尺寸、電極與焊區(qū)間距較之WB小 3）TAB容納I/O引腳數(shù)更多，安裝密度高 4）TAB引線電阻、電容、電感小，有更好的電性能 5）可對(duì)裸芯片進(jìn)行篩選和測(cè)試 6）采用Cu箔引線，導(dǎo)電導(dǎo)熱好，機(jī)械強(qiáng)度高 7）TAB鍵合點(diǎn)抗鍵合拉力比WB高 8）TAB采用標(biāo)準(zhǔn)化卷軸長(zhǎng)帶，對(duì)芯片實(shí)行多點(diǎn)一次焊接， 自動(dòng)化程度高 第二章 倒裝芯

11、片鍵合技術(shù)倒裝芯片鍵合技術(shù) 倒裝芯片鍵合（FCB）是指將裸芯片面朝下，芯片焊區(qū)與 基板焊區(qū)直接互連的一種鍵合方法：通過(guò)芯片上的凸點(diǎn)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(jìn)行互連的。由于芯片通過(guò)凸點(diǎn)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(chǎn)生的互連電容、電阻和電 感均比WB和TAB小很多，電性能優(yōu)越。 第二章 倒裝芯片鍵合技術(shù)倒裝芯片鍵合技術(shù) 凸點(diǎn)下金屬層(UBM) 芯片上的凸點(diǎn)，實(shí)際上包括凸點(diǎn)及處在凸點(diǎn)和鋁電極 之間的多層金屬膜(Under Bump Metallurg

12、y)，一般稱為 凸點(diǎn)下金屬層，主要起到粘附和擴(kuò)散阻擋的作用。 第二章 倒裝芯片鍵合技術(shù)應(yīng)用倒裝芯片鍵合技術(shù)應(yīng)用 第二章 凸點(diǎn)類型和特點(diǎn) 按材料可分為焊料凸點(diǎn)、Au凸點(diǎn)和Cu凸點(diǎn)等 按凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)可分為：周邊性和面陣型周邊性和面陣型 按凸點(diǎn)形狀可分為蘑菇型、直狀、球形等 FCB技術(shù)技術(shù)-芯片凸點(diǎn)類型芯片凸點(diǎn)類型 第二章 形成凸點(diǎn)的工藝 技術(shù)有很多種，主要 包括蒸發(fā)蒸發(fā)/ /濺射凸點(diǎn)濺射凸點(diǎn) 制作法制作法、電鍍凸點(diǎn)制、電鍍凸點(diǎn)制 作法、置球法和模板作法、置球法和模板 制作焊料凸點(diǎn)法制作焊料凸點(diǎn)法等。 FCB技術(shù)技術(shù)-凸點(diǎn)制作方法凸點(diǎn)制作方法 第二章 制作出來(lái)的凸點(diǎn)芯片可用于陶瓷基板和陶瓷基板和SiSi

13、基板基板，也 可以在PCBPCB上直接將芯片進(jìn)行FCB焊接。 將芯片焊接到基板上時(shí)需要在基板焊盤上制作金屬 焊區(qū)，以保證芯片上凸點(diǎn)和基板之間有良好的接觸和連 接。金屬焊區(qū)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(qū)金屬化與基板相類似。 FCB技術(shù)技術(shù)-凸點(diǎn)芯片的倒裝焊接凸點(diǎn)芯片的倒裝焊接 第二章 倒裝焊接工藝倒裝焊接工藝 熱壓或熱聲倒裝焊接：調(diào)準(zhǔn)對(duì)位調(diào)準(zhǔn)對(duì)位- -落焊頭壓焊（加熱）落焊頭壓焊（加熱） FCB技術(shù)技術(shù)-凸點(diǎn)芯片的倒裝焊接凸點(diǎn)芯片的倒裝焊接 第二章 再流倒裝焊接再流倒裝焊接 （C4C4技術(shù)）技術(shù)） 對(duì)錫鉛焊料凸點(diǎn)對(duì)錫鉛焊料凸點(diǎn) 進(jìn)行再流焊接進(jìn)行再流焊接 FCB鍵合技術(shù)鍵合技術(shù)- 再流倒裝焊接再流倒裝焊接 第二章 環(huán)氧樹脂光固化倒裝焊接法環(huán)氧樹脂光固化倒裝焊接法 各向異性導(dǎo)電膠倒裝焊接法各向異性導(dǎo)電膠倒裝焊接法 倒裝芯片鍵合技術(shù)倒裝芯片鍵合技術(shù)-其他焊接方法其他焊接方法 利用光敏樹脂固化時(shí)產(chǎn)生的收縮力將凸點(diǎn)和基板 上金屬焊區(qū)互連在一起。 第二章 倒裝芯片下填充倒裝芯片下填充 目的：緩沖焊點(diǎn)受機(jī)械振動(dòng)和CTE