第20章補充芯片粘接技術(shù)

第2章芯片互連技術(shù)2.0固晶——芯片粘接(補充內(nèi)容）內(nèi)容提要2.0.1芯片粘接的分類（4類）2.0.2固晶（粘片）機的功能及系統(tǒng)組成2.0.3固晶（粘片）機機械系統(tǒng)的原理、結(jié)構(gòu)、工藝特點2.0.1芯片粘接(DieBonding)的分類（2類4種）(1)Au-Si合金法(共晶型)370~450℃芯片粘接：又稱‘粘片’、‘固晶’、‘上芯’1、芯片背面（Si）淀積Au層

在約370℃時，Au和Si有共熔點,根據(jù)Au-Si相圖，該溫度下Au和Si的比例為69:312、基板（或支架）上也要有金屬化層(一般為Au或Pd-Ag)。3、高溫共晶，粘接芯片與基板（或支架）4、背金(Au,Ag)較穩(wěn)定，氧化腐蝕小，但成本高（2）Pb-Sn合金片焊接法(點錫型)200~300℃1、芯片背面用Au層或Ni層均可2、基板導(dǎo)體除Au、Pd-Ag外，也可用Cu3、Pb-Sn較易氧化，最好在保護(hù)氣氛（N2+H2)下燒結(jié)4、燒結(jié)溫度視Pb-Sn合金片的成分而定，一般較低200～300

℃5、成本比共晶焊低(3)導(dǎo)電膠粘接法(點漿型)1、導(dǎo)電膠：含銀而具有良好導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能2、芯片背面和基板之間可以電氣互聯(lián)（當(dāng)然也可以不聯(lián)）3、烤箱固化（芯片粘接后，采用導(dǎo)電膠固化要求的溫度和時間進(jìn)行固化，可在潔凈的烘箱中完成）4、成本高（與‘點膠’比較1、有機樹脂基（如環(huán)氧樹脂）的配方應(yīng)該是低應(yīng)力2、對于有敏感性的IC芯片（如各類存貯器），還必須去除α粒子，以免粘接后的IC芯片在工作時誤動作。3、成本低4、烤箱固化(4)有機樹脂基粘接法(點膠型)共晶焊原理共晶是指在相對較低的溫度下共晶焊料發(fā)生共晶物熔合的現(xiàn)象，共晶合金直接從固態(tài)變到液態(tài)，而不經(jīng)過塑性階段，是一個液態(tài)同時生成兩個固態(tài)的平衡反應(yīng)。共晶溫度是指其熔化溫度。共晶焊又稱低熔點合金焊接.共晶合金的特性是:兩種不同的金屬可在遠(yuǎn)低于各自的熔點的溫度下按一定重量比例形成合金.如：晶片底部鍍的金錫（Au-Sn）背金。共晶焊的優(yōu)點1、降低熱阻---錫SN或者金錫AU-SN材料都是金屬材料，導(dǎo)熱更好！2、粘結(jié)強度大于銀膠固晶,大幅減少掉晶現(xiàn)象!3、提高效率---led共晶一次固晶成型！2.0.2粘片機的功能及系統(tǒng)組成1）功能：從晶園上拾取晶粒，粘接到引線框架上一般封裝過程：

劃片－擴晶—粘片－焊線－塑封－測試—上錫－沖筋成型－成品分選1、機械系統(tǒng)：原料供給、取晶固晶（包括：焊頭機構(gòu)、送料機構(gòu)、晶圓供送機構(gòu)、點膠/蘸膠機構(gòu)等）2、電控系統(tǒng)：運動控制、溫度控制、開關(guān)動作（包括：運控部分、溫控部分、檢測部分等）3、機器視覺系統(tǒng)：位置檢測（用于定位控制）、缺陷檢測（包括：圖像獲取、光源控制、圖像識別等）2）粘片機的系統(tǒng)組成粘片物料傳送（含：工藝過程）基板或支架供送

（取料、送料、收料）晶粒供送

（取晶、固晶）粘接軟錫/銀漿/樹脂供送

（點錫/點膠）引線框架供送分片進(jìn)料裝置送料裝置收料裝置晶粒供送裝置焊頭裝置頂針裝置銀漿供送裝置機器視覺晶圓芯片圖像識別裝置引線框架圖像識別裝置電控系統(tǒng)系統(tǒng)控制軟件運動控制硬件晶圓工作臺點漿量控制裝置銀漿頭位控裝置點膠型全自動粘片機機械系統(tǒng)粘片機系統(tǒng)組成主要固晶機廠家國外：ASM：1975年香港創(chuàng)立（5000美元），1988年香港上市，全球最大，全產(chǎn)業(yè)鏈的設(shè)備供應(yīng)商（晶圓、封裝、SMT）

K&S：1951年，F(xiàn)redKulicke和AlSoffa美國創(chuàng)立（500美元），1956年生產(chǎn)第一臺焊線機，1961年公開招股，1971年第一批納斯達(dá)克上市公司BESI(ESEC)：多次重組并購。主要業(yè)務(wù)：固晶ESEC、Datacon等品牌、包封FiCo品牌(塑封、切筋成型)、電鍍TOSOK、SHINKAWA、NECKEC/TSM國內(nèi)：深圳：新益昌、大族、佑光、翠濤、佳思特、微控（臺）…東莞：凱格北京：45所大連：佳峰桂林：？？K&S:條式框架應(yīng)用：K&S:

帶式ASM：

SD890

__軟錫

固晶機2.0.3粘片機機械系統(tǒng)的原理、結(jié)構(gòu)及工藝機械系統(tǒng)：功能：原料供給、取晶固晶組成：1基板/框架供送部分：送料機構(gòu)（取料、送料、收料）2芯片供送部分：晶圓供送機構(gòu)3取晶固晶部分：焊頭機構(gòu)（焊頭、頂針）3點錫/點漿/點膠部分：點膠/蘸膠機構(gòu)舉例：三極管結(jié)構(gòu)仿真圖2.0.3.1供料機構(gòu)（取料、送料、收料）組成：取料（分離）、送料、收料框架類型與常用送料機構(gòu)

1、條式： 取料：閘門式抽料、吸料、擠料、抓料、推料等 送料：撥爪鉤料、夾持、皮帶摩擦、吹送等 收料：（料盒）裝料、掛料等

2、帶式：轉(zhuǎn)筒送料

3、板式：料盒取料收料、工作臺送料LED引線框架圖片——條式、板式三極管引線框架圖片——帶式智能卡載帶（102系列）——板式AMS:條式

AD898料盒上下料ASM:

帶式轉(zhuǎn)筒送料收料：切斷為條式大族直插支架固晶機新益昌多晶環(huán)七彩固晶機閘門式上料撥爪送料

框架類型：框架類型：條式（0.25mm，0.1mm）、帶式（0.1mm）、板式金屬引線框架的功能：芯片支撐、電路連接、引腳布局、散熱材料：

塑封：銅合金（紫銅框架、黃銅框架）、鐵合金（鐵框架），主要是框架散熱、平面結(jié)構(gòu)+最后沖筋彎膠

陶瓷封裝：合金42（ASTMF30，ASTMF15，是銅鐵合金，主要是它的熱膨脹系數(shù)與氧化鋁陶瓷匹配），主要是基板散熱、沖壓+同時彎腳彎曲疲勞（MIL-STD-883）：三次0°-90°-0°折彎加工控制：平整度、尺寸精度框架框架加工方法：沖壓制造（stamping）、光刻制造（photo-chemicaletching）沖壓制造：如：跳步模沖床，20T壓力、1000次/分針 如：絕大部分塑封框架采用此法光刻制造：

光致掩蔽膜--〉曝光--〉顯影--〉蝕刻--〉清洗 如：TAB的自動載帶框架的裝配陶瓷封裝的引線框架安裝工序塑料封裝的引線框架安裝工序TO92條式框架TO92三極管（成品規(guī)格）DIP24L條式框架目標(biāo)： 晶粒--〉焊頭吸嘴下方、頂針上方

組成部分：1、XY工作臺2、角度調(diào)整機構(gòu)3、多晶環(huán)轉(zhuǎn)換機構(gòu)4、繃片機構(gòu)要求：快、精2.0.3.2晶圓供送機構(gòu)（Wafer）吸嘴結(jié)構(gòu):真空/氣壓、緩沖、漏晶檢測取晶、固晶原理取晶、固晶運動軌跡（點位控制）結(jié)構(gòu)及特點一）1、二維并聯(lián)機構(gòu)+一/二維串聯(lián)

1)YZ（二維直線并聯(lián)機構(gòu)）+X（直線串聯(lián)機構(gòu)）：通用、輕、快

2)θ

Z（回轉(zhuǎn)+直線，并聯(lián)機構(gòu)）+XY（二維直線串聯(lián)機構(gòu)）+：輕、快，注意吸嘴在取/固晶位置的Z向不偏轉(zhuǎn)。

2、DDR直驅(qū)+多頭二）頂針機構(gòu)2.0.3.3取晶固晶機構(gòu)（焊頭部分，關(guān)鍵部件）取晶位置圖焊頭吸嘴部件吸嘴類型方形圓形吸嘴固定方式：吸嘴、真空、（漏晶檢測）鎢鋼吸嘴、電木吸嘴漏晶檢測光電檢測式流量檢測式焊頭機構(gòu)原理簡圖XY二維XY串聯(lián)機構(gòu)ZZXY并聯(lián)+Z串聯(lián)XY串聯(lián)+θZ并聯(lián)θ擺臂焊頭機構(gòu)擺臂式焊頭結(jié)構(gòu)示意圖焊頭機構(gòu)原理簡圖XY平臺EFBDGCB2B1AJK31A245XY串聯(lián)+θZ并聯(lián)Z焊頭結(jié)構(gòu)取晶焊頭YZ軌跡頂針裝置構(gòu)成：頂針、頂針冒、頂針座、真空部分機構(gòu)：頂針座