鍵合技術(shù)介紹

1、微互連技術(shù)微互連技術(shù)各種微互連方式簡介各種微互連方式簡介 裸芯片微組裝技術(shù)裸芯片微組裝技術(shù) 倒裝焊微互連技術(shù)倒裝焊微互連技術(shù) 壓接倒裝互連技術(shù)壓接倒裝互連技術(shù)目錄目錄定義：將定義：將芯片直接與基板相連接的一種技術(shù)。芯片直接與基板相連接的一種技術(shù)。裸芯片微組裝梁式引線法引線連接法倒裝芯片法載帶自動(dòng)鍵合法1.0 1.0 裸芯片微組裝技術(shù)裸芯片微組裝技術(shù)1.1 1.1 載帶自動(dòng)鍵合法（載帶自動(dòng)鍵合法（TABTAB）定義：將芯片凸點(diǎn)電極與載帶的引線連接，經(jīng)過切斷、定義：將芯片凸點(diǎn)電極與載帶的引線連接，經(jīng)過切斷、 沖壓等工藝封裝而成。沖壓等工藝封裝而成。載帶：即帶狀載體，是指帶狀絕緣薄膜上載有由覆載帶：

2、即帶狀載體，是指帶狀絕緣薄膜上載有由覆 銅箔經(jīng)蝕刻而形成的引線框架，而且芯片也銅箔經(jīng)蝕刻而形成的引線框架，而且芯片也 要載于其上。要載于其上。 載帶一般由聚酰亞胺制作，兩邊載帶一般由聚酰亞胺制作，兩邊設(shè)有與電影膠片規(guī)格相統(tǒng)一的送設(shè)有與電影膠片規(guī)格相統(tǒng)一的送帶孔，所以載帶的送進(jìn)、定位均帶孔，所以載帶的送進(jìn)、定位均可由流水線自動(dòng)進(jìn)行，效率高，可由流水線自動(dòng)進(jìn)行，效率高，適合于批量生產(chǎn)。適合于批量生產(chǎn)。加熱鍵合壓頭加熱鍵合壓頭鍵合凸點(diǎn)鍵合凸點(diǎn)芯片芯片送帶板送帶板芯片載帶芯片載帶送片臺送片臺電子蠟層電子蠟層內(nèi)側(cè)引線鍵合操作示意圖內(nèi)側(cè)引線鍵合操作示意圖 內(nèi)側(cè)引線鍵合好之后進(jìn)行塑封，然后再封裝在基板上內(nèi)側(cè)

3、引線鍵合好之后進(jìn)行塑封，然后再封裝在基板上IC聚酰亞胺載帶聚酰亞胺載帶引線引線切斷、沖壓成型切斷、沖壓成型安裝安裝焊盤焊盤焊料焊料基板基板熱壓鍵合熱壓鍵合加熱鍵合壓頭加熱鍵合壓頭外側(cè)引線鍵合操作外側(cè)引線鍵合操作1.2 1.2 引線連接法（引線連接法（WBWB）定義：通過熱壓、釬焊等方法將芯片中各金屬化端子與封裝基定義：通過熱壓、釬焊等方法將芯片中各金屬化端子與封裝基板相應(yīng)引腳焊盤之間的鍵合連接。板相應(yīng)引腳焊盤之間的鍵合連接。特點(diǎn)：適用于幾乎所有的半導(dǎo)體集成電路元件，操作方便，封特點(diǎn)：適用于幾乎所有的半導(dǎo)體集成電路元件，操作方便，封裝密度高，但引線長，測試性差。裝密度高，但引線長，測試性差。引線

4、連接技術(shù)超聲鍵合法熱壓鍵合法熱超聲鍵合法引線引線芯片芯片布線板布線板布線端子布線端子1.2.1 1.2.1 引線連接法引線連接法- -熱壓鍵合（熱壓鍵合（TCBTCB）定義：定義： 利用微電弧使利用微電弧使2550um的的Au絲端頭熔化成球狀絲端頭熔化成球狀,通過送通過送絲壓頭將球狀端頭壓焊在裸芯片電極面的引線端子絲壓頭將球狀端頭壓焊在裸芯片電極面的引線端子,形成第形成第1鍵鍵合點(diǎn)。合點(diǎn)。 然后送絲壓頭提升，并向基板位置移動(dòng)，在基板對應(yīng)的然后送絲壓頭提升，并向基板位置移動(dòng)，在基板對應(yīng)的導(dǎo)體端子上形成第導(dǎo)體端子上形成第2鍵合點(diǎn)，完成引線連接過程。鍵合點(diǎn)，完成引線連接過程。壓頭下降，焊球被鎖定在端

5、部中央壓頭下降，焊球被鎖定在端部中央壓頭上升壓頭上升壓頭高速運(yùn)動(dòng)到第二鍵合點(diǎn)，壓頭高速運(yùn)動(dòng)到第二鍵合點(diǎn)，形成弧形形成弧形在壓力、溫度的作用下形成連接在壓力、溫度的作用下形成連接1432第一鍵合點(diǎn)的形狀在壓力、溫度作用下形成第二點(diǎn)連接在壓力、溫度作用下形成第二點(diǎn)連接壓頭上升至一定位置，送出尾絲壓頭上升至一定位置，送出尾絲引燃電弧，形成焊球引燃電弧，形成焊球進(jìn)入下一鍵合循環(huán)進(jìn)入下一鍵合循環(huán)夾住引線，拉斷尾絲夾住引線，拉斷尾絲5678第二鍵合點(diǎn)契形焊點(diǎn)契形焊點(diǎn)絲球焊點(diǎn)形狀絲球焊點(diǎn)形狀球形焊點(diǎn)球形焊點(diǎn)熱壓球焊點(diǎn)的外觀熱壓球焊點(diǎn)的外觀1.2.2 1.2.2 超聲鍵合法（超聲鍵合法（USBUSB） 原理：

6、原理： 對對Al絲施加超聲波，對材料塑性變形產(chǎn)生的影響，類似絲施加超聲波，對材料塑性變形產(chǎn)生的影響，類似于加熱。超聲波能量被于加熱。超聲波能量被Al中的位錯(cuò)選擇性吸收，從而位錯(cuò)在中的位錯(cuò)選擇性吸收，從而位錯(cuò)在其束縛位置解脫出來，致使其束縛位置解脫出來，致使Al絲在很低的外力下即可處于塑絲在很低的外力下即可處于塑性變形狀態(tài)。性變形狀態(tài)。 這種狀態(tài)下變形的這種狀態(tài)下變形的Al絲，可以使基板上蒸鍍的絲，可以使基板上蒸鍍的Al膜表面上形膜表面上形成的氧化膜破壞，露出清潔的金屬表面，偏于鍵合。成的氧化膜破壞，露出清潔的金屬表面，偏于鍵合。 特點(diǎn)：特點(diǎn)：適合細(xì)絲、粗絲以及金屬扁帶適合細(xì)絲、粗絲以及金屬扁帶

7、不需外部加熱，對器件無熱影響不需外部加熱，對器件無熱影響可以實(shí)現(xiàn)在玻璃、陶瓷上的連接可以實(shí)現(xiàn)在玻璃、陶瓷上的連接適用于微小區(qū)域的連接適用于微小區(qū)域的連接3. 定位（第定位（第2次鍵合）次鍵合）1. 定位（第一次鍵合）定位（第一次鍵合）超聲壓頭超聲壓頭Al 絲絲基板電極基板電極芯片電極芯片電極2. 鍵合鍵合加壓加壓超聲波振動(dòng)超聲波振動(dòng)4. 鍵合切斷鍵合切斷拉引拉引超聲鍵合法工藝過程超聲鍵合法工藝過程超聲鍵合實(shí)物圖超聲鍵合實(shí)物圖1.2.3 1.2.3 熱超聲鍵合法（熱超聲鍵合法（TSBTSB） 基理：基理： 利用超聲機(jī)械振動(dòng)帶動(dòng)絲與襯底上蒸鍍的膜進(jìn)行摩擦，利用超聲機(jī)械振動(dòng)帶動(dòng)絲與襯底上蒸鍍的膜進(jìn)行

8、摩擦，使氧化膜破碎，純凈的金屬表面相互接觸，接頭區(qū)的溫升以使氧化膜破碎，純凈的金屬表面相互接觸，接頭區(qū)的溫升以及高頻振動(dòng)，使金屬晶格上原子處于受激活狀態(tài)，發(fā)生相互及高頻振動(dòng)，使金屬晶格上原子處于受激活狀態(tài)，發(fā)生相互擴(kuò)散，實(shí)現(xiàn)金屬鍵合。擴(kuò)散，實(shí)現(xiàn)金屬鍵合。 工作原理：工作原理： 在超聲鍵合機(jī)的基板支持臺上引入熱壓鍵合法中采用的在超聲鍵合機(jī)的基板支持臺上引入熱壓鍵合法中采用的加熱器，進(jìn)行輔助加熱；鍵合工具采用送絲壓頭，并進(jìn)行超加熱器，進(jìn)行輔助加熱；鍵合工具采用送絲壓頭，并進(jìn)行超聲振動(dòng)；由送絲壓頭將聲振動(dòng)；由送絲壓頭將Au絲的球形端頭超聲熱壓鍵合在基板絲的球形端頭超聲熱壓鍵合在基板的布線電極上。的布

9、線電極上。1.2.4 1.2.4 三種引線連接方法對比三種引線連接方法對比特性特性熱壓鍵合法熱壓鍵合法超聲鍵合法超聲鍵合法熱超聲鍵合法熱超聲鍵合法可用的絲質(zhì)可用的絲質(zhì)及直徑及直徑Au絲15100umAu絲，Al絲10500umAu絲15100um鍵合絲的切鍵合絲的切斷方法斷方法高電壓（電?。├瓟嗬瓟?超聲壓頭)拉斷(送絲壓頭)高電壓(電弧)高電壓（電?。├瓟鄡?yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)鍵合牢固，強(qiáng)度高；在略粗糙的表面上也能鍵合；鍵合工藝簡單無需加熱；對表面潔凈度不十分敏感；與熱壓鍵合法相比，可以在較低溫度、較低壓力下實(shí)現(xiàn)鍵合缺點(diǎn)缺點(diǎn)對表面清潔度很敏感；應(yīng)注意溫度對元件的影響對表面粗糙度敏感；工藝控制復(fù)雜需要加熱；

10、與熱壓法相比工藝控制要復(fù)雜些其他其他適用于單片式LSI最適合采用Al絲適用于多芯片LSI的內(nèi)部布線連接1.3 1.3 梁式引線法梁式引線法 定義：定義： 采用復(fù)式沉積方式在半導(dǎo)體硅片上制備出由多采用復(fù)式沉積方式在半導(dǎo)體硅片上制備出由多層金屬組成的梁，以這種梁來代替常規(guī)內(nèi)引線與外層金屬組成的梁，以這種梁來代替常規(guī)內(nèi)引線與外電路實(shí)現(xiàn)連接電路實(shí)現(xiàn)連接 。 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 主要在軍事、宇航等要求長壽命和高可靠性的主要在軍事、宇航等要求長壽命和高可靠性的系統(tǒng)中得到應(yīng)用。其優(yōu)點(diǎn)在于提高內(nèi)引線焊接效率系統(tǒng)中得到應(yīng)用。其優(yōu)點(diǎn)在于提高內(nèi)引線焊接效率和實(shí)現(xiàn)高可靠性連接，缺點(diǎn)是梁的制造工藝復(fù)雜，和實(shí)現(xiàn)高可靠性連接，缺

11、點(diǎn)是梁的制造工藝復(fù)雜，散熱性能較差，且出現(xiàn)焊點(diǎn)不良時(shí)不能修補(bǔ)。散熱性能較差，且出現(xiàn)焊點(diǎn)不良時(shí)不能修補(bǔ)。芯片芯片梁式引線梁式引線基板基板電極電極熱壓接熱壓接梁式引線法示意圖梁式引線法示意圖2.0 2.0 倒裝芯片（倒裝芯片（FCBFCB）互連）互連 特點(diǎn)：特點(diǎn)：封裝速度高，可以同時(shí)進(jìn)行成百上千個(gè)以上焊點(diǎn)的互連；封裝速度高，可以同時(shí)進(jìn)行成百上千個(gè)以上焊點(diǎn)的互連；焊球直接完成芯片和封裝間的電連接，實(shí)現(xiàn)了芯片和封裝焊球直接完成芯片和封裝間的電連接，實(shí)現(xiàn)了芯片和封裝間最短的電連接通路，具有卓越的電氣性能；間最短的電連接通路，具有卓越的電氣性能；芯片電極焊接點(diǎn)除邊緣分布外，還可以設(shè)計(jì)成陣列分布，芯片電極焊

12、接點(diǎn)除邊緣分布外，還可以設(shè)計(jì)成陣列分布，因此，封裝密度幾乎可以達(dá)到因此，封裝密度幾乎可以達(dá)到90%以上。以上。 定義：定義： 在芯片的電極處預(yù)制焊料凸點(diǎn)，同時(shí)將焊料膏印刷到基在芯片的電極處預(yù)制焊料凸點(diǎn)，同時(shí)將焊料膏印刷到基板一側(cè)的引線電極上，然后將芯片倒置，使芯片上的焊料凸板一側(cè)的引線電極上，然后將芯片倒置，使芯片上的焊料凸點(diǎn)與之對位，經(jīng)加熱后使雙方的焊料熔為一體，從而實(shí)現(xiàn)連點(diǎn)與之對位，經(jīng)加熱后使雙方的焊料熔為一體，從而實(shí)現(xiàn)連接。接。凸點(diǎn)凸點(diǎn)芯片芯片電極電極PCB倒裝芯片法示意圖倒裝芯片法示意圖釬焊釬焊在芯片上形成金屬化層，在金屬化層上制在芯片上形成金屬化層，在金屬化層上制作釬料合金凸點(diǎn)；作釬

13、料合金凸點(diǎn)；芯片面向下與基板上的金屬化層對準(zhǔn)；芯片面向下與基板上的金屬化層對準(zhǔn)；加熱使釬料合金熔化，形成連接；加熱使釬料合金熔化，形成連接；在芯片與基板之間填充樹脂在芯片與基板之間填充樹脂2.1 2.1 封裝結(jié)構(gòu)封裝結(jié)構(gòu)2.2.1 FCB2.2.1 FCBC4C4法法( (Controlled Collapse Chip Connection) 可控塌陷芯片互連原理：可控塌陷芯片互連原理： 焊料凸點(diǎn)完全融化，潤濕基板金屬層，并與之反應(yīng)。焊料凸點(diǎn)完全融化，潤濕基板金屬層，并與之反應(yīng)。2.2.1 FCB2.2.1 FCB表層回流互連法表層回流互連法 原理：原理： 在在PCB金屬焊盤上涂敷低溫金屬焊

14、盤上涂敷低溫Pb/Sb焊膏，倒裝上凸點(diǎn)芯片焊膏，倒裝上凸點(diǎn)芯片后，只是低溫焊膏再回流，高溫后，只是低溫焊膏再回流，高溫Pb/Sb凸點(diǎn)卻不熔化。凸點(diǎn)卻不熔化。 自對準(zhǔn)效應(yīng)自對準(zhǔn)效應(yīng) 當(dāng)芯片焊盤與襯底焊盤之間偏移不超過焊球平當(dāng)芯片焊盤與襯底焊盤之間偏移不超過焊球平均半徑的三倍，并且在回流過程中能達(dá)到熔融焊球均半徑的三倍，并且在回流過程中能達(dá)到熔融焊球與襯底焊盤部分浸潤，在熔融焊料表面張力的作用與襯底焊盤部分浸潤，在熔融焊料表面張力的作用下，可以矯正對位過程中發(fā)生的偏移，將芯片拉回下，可以矯正對位過程中發(fā)生的偏移，將芯片拉回正常位置，回流過程結(jié)束后形成對準(zhǔn)良好的焊點(diǎn)。正常位置，回流過程結(jié)束后形成對準(zhǔn)

15、良好的焊點(diǎn)。2.2.2 FCB2.2.2 FCB機(jī)械接觸法機(jī)械接觸法 機(jī)械接觸法原理：機(jī)械接觸法原理： 在基板金屬焊盤上涂覆可光固化的環(huán)氧樹脂，將凸點(diǎn)芯片在基板金屬焊盤上涂覆可光固化的環(huán)氧樹脂，將凸點(diǎn)芯片倒裝加壓進(jìn)行倒裝加壓進(jìn)行UV光固化，所形成的收縮應(yīng)力使凸點(diǎn)金屬與基板金光固化，所形成的收縮應(yīng)力使凸點(diǎn)金屬與基板金屬焊盤達(dá)到可靠的機(jī)械接觸互連（并非焊接）屬焊盤達(dá)到可靠的機(jī)械接觸互連（并非焊接）適用于高適用于高I/O數(shù)數(shù)的微小凸點(diǎn)的微小凸點(diǎn)FCB。Au導(dǎo)體導(dǎo)體基板基板IC光固化光固化環(huán)氧樹脂環(huán)氧樹脂加壓加壓3.0 3.0 壓接倒裝互聯(lián)技術(shù)壓接倒裝互聯(lián)技術(shù)壓接倒裝互聯(lián)技術(shù)利用表面電鍍Au的樹脂微球

16、進(jìn)行連接的方式各向異性導(dǎo)電膜（漿料）連接方式Au凸點(diǎn)連接方式導(dǎo)電性粘結(jié)劑連接方式3.1 3.1 導(dǎo)電性粘結(jié)劑連接方式導(dǎo)電性粘結(jié)劑連接方式在芯片電極上形成在芯片電極上形成Au凸點(diǎn)，在基板上的電極上涂覆導(dǎo)電性凸點(diǎn)，在基板上的電極上涂覆導(dǎo)電性粘結(jié)劑，經(jīng)壓接實(shí)現(xiàn)電器連接。粘結(jié)劑，經(jīng)壓接實(shí)現(xiàn)電器連接。3.2 3.2 各向異性導(dǎo)電膜（漿料）連接方式各向異性導(dǎo)電膜（漿料）連接方式在芯片電極上形成在芯片電極上形成Au凸點(diǎn)，把各向異性導(dǎo)電膜凸點(diǎn)，把各向異性導(dǎo)電膜ACF夾于夾于IC芯片芯片與基板電極之間，加壓，使凸點(diǎn)金屬平面通過導(dǎo)電粒子壓在基板與基板電極之間，加壓，使凸點(diǎn)金屬平面通過導(dǎo)電粒子壓在基板焊盤上，靠金屬微球的機(jī)械性接觸實(shí)現(xiàn)電氣連接，而其他方向焊盤上，靠金屬微球的機(jī)械性接觸實(shí)現(xiàn)電氣連接，而其他方向（、平面）上因無連續(xù)的粒子球而不會(huì)導(dǎo)電（、平面）上因無連續(xù)的粒子球而不會(huì)導(dǎo)電多用于溫度多用于溫度要求不高的要求不高的LCD的凸點(diǎn)芯片的連接。的凸點(diǎn)芯片的連接。3.3 3.3 表面電鍍表面電鍍AuAu的樹脂微球連接方式的樹脂微球連接方式在芯片和基板之間夾入表面鍍在芯片和基