集成電路芯片封裝技術(shù)芯片互連技術(shù)

集成電路芯片封裝技術(shù)芯片互連技術(shù)第1頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月前課回顧1.集成電路芯片封裝工藝流程2.成型技術(shù)分類及其原理第2頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月

引線鍵合技術(shù)（WB）主要內(nèi)容

載帶自動鍵合技術(shù)（TAB）

倒裝芯片鍵合技術(shù)（FCB）第3頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月引線鍵合技術(shù)概述引線鍵合技術(shù)是將半導體裸芯片（Die）焊區(qū)與微電子封裝的I/O引線或基板上的金屬布線焊區(qū)（Pad）用金屬細絲連接起來的工藝技術(shù)。第4頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月引線鍵合技術(shù)分類和應用范圍常用引線鍵合方式有三種：

熱壓鍵合

超聲鍵合

熱超聲波（金絲球）鍵合低成本、高可靠、高產(chǎn)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)第5頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月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(shù)作用機理第6頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月超聲鍵合：超聲波發(fā)生器使劈刀發(fā)生水平彈性振動，同時施加向下壓力。劈刀在兩種力作用下帶動引線在焊區(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，鍵合點兩端都是楔形。熱壓鍵合：利用加壓和加熱，使金屬絲與焊區(qū)接觸面原子間達到原子引力范圍，實現(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：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(shù)作用機理第7頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月球形鍵合第一鍵合點第二鍵合點

楔形鍵合第一鍵合點第二鍵合點

引線鍵合接點外形第8頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月采用導線鍵合的芯片互連引線鍵合技術(shù)實例第9頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月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l8～50μm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線材及其可靠度第10頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月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(wěn)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姆接觸。WB線材及其可靠度柯肯達爾效應：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(chǎn)生接觸面空洞。通過控制鍵合時間和溫度可較少此現(xiàn)象。第11頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月金屬間化合物形成——常見于Au-Al鍵合系統(tǒng)引線彎曲疲勞引線鍵合點跟部出現(xiàn)裂紋。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(nèi)自由活動并造成短路。WB可靠性問題第12頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月載帶自動鍵合（TAB）技術(shù)概述

載帶自動焊(TapeAutomatedBonding，TAB)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13頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月TAB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14頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月TAB技術(shù)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(qū)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保護。載帶自動鍵合（TAB）技術(shù)第15頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月TAB技術(shù)工藝流程第16頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月TAB技術(shù)工藝流程第17頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月TAB技術(shù)工藝流程第18頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月TAB關(guān)鍵技術(shù)

TAB工藝關(guān)鍵部分有：芯片凸點制作、TAB載帶制作和內(nèi)、外引線焊接等。第19頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月TAB關(guān)鍵技術(shù)-凸點制作第20頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月載帶制作工藝實例—Cu箔單層帶沖制標準定位傳送孔Cu箔清洗Cu箔疊層Cu箔涂光刻膠（雙面）刻蝕形成Cu線圖樣導電圖樣Cu鍍錫退火第21頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月內(nèi)引線鍵合(ILB)

內(nèi)引線鍵合是將裸芯片組裝到TAB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。當芯片凸點是軟金屬，而載帶Cu箔引線也鍍這類金屬時，則用“群壓焊”。第22頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月TAB關(guān)鍵技術(shù)-封膠保護然后，篩選與測試第23頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月外引線鍵合OLB測試完成第24頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月TAB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、機械強度高等，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25頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月2）TAB金屬材料制作TAB引線圖形的金屬材料常用Cu箔，少數(shù)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(qū)金屬通常為Al，在金屬膜外部淀積制作粘附層和鈍化層，防止凸點金屬與Al互擴散。典型的凸點金屬材料多為Au或Au合金。TAB技術(shù)的關(guān)鍵材料第26頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月TAB技術(shù)的關(guān)鍵材料第27頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月TAB的優(yōu)點1）TAB結(jié)構(gòu)輕、薄、短、小，封裝高度<1mm2）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，自動化程度高第28頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月倒裝芯片鍵合技術(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（DirectChipAttach）FCB省掉了互連引線，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29頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月倒裝芯片鍵合技術(shù)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(UnderBumpMetallurgy)，一般稱為凸點下金屬層，主要起到粘附和擴散阻擋的作用。第30頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月倒裝芯片鍵合技術(shù)應用第31頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月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(jié)構(gòu)可分為：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(shù)-芯片凸點類型第32頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月形成凸點的工藝技術(shù)有很多種，主要包括蒸發(fā)/濺射凸點制作法、電鍍凸點制作法、置球法和模板制作焊料凸點法等。FCB技術(shù)-凸點制作方法第33頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月制作出來的凸點芯片可用于陶瓷基板和Si基板，也可以在PCB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(qū)，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(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)-凸點芯片的倒裝焊接第34頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月倒裝焊接工藝

熱壓或熱聲倒裝焊接：調(diào)準對位-落焊頭壓焊（加熱）FCB技術(shù)-凸點芯片的倒裝焊接第35頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月再流倒裝焊接（C4技術(shù)）對錫鉛焊料凸點進行再流焊接FCB鍵合技術(shù)-再流倒裝焊接第36頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月環(huán)氧樹脂光固化倒裝焊接法各向異性導電膠倒裝焊接法倒裝芯片鍵合技術(shù)-其他焊接方法利用光敏樹脂固化時產(chǎn)生的收縮力將凸點和基板上金屬焊區(qū)互連在一起。第37頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月倒裝芯片下填充目的：緩沖焊點受機械振動和CTE失配導致基板對芯片拉力作用引起的焊點裂紋和失效，提高可靠性。第38頁，課件