芯片互连技术讲义.ppt

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1、芯片互连技术前课回顾1.集成电路芯片封装工艺流程2.成型技术分类及其原理引线键合技术（WB）主要内容载带自动键合技术（TAB）倒装芯片键合技术（FCB）引线键合技术概述引线键合技术是将半导体裸芯片（Die）焊区与微电子封装的I/O引线或基板上的金属布线焊区（Pad）用金属细丝连接起来的工艺技术。引线键合技术分类和应用范围常用引线键合方式有三种：热压键合超声键合热超声波（金丝球）键合低成本、高可靠、高产量等特点使得WB成为芯片互连主要工艺方法，用于下列封装:·陶瓷和塑料BGA、SCP和MCP·陶瓷和塑料封装QFP·芯片尺寸封装(CSP)提供能量破坏被焊表

2、面的氧化层和污染物，使焊区金属产生塑性变形，使得引线与被焊面紧密接触，达到原子间引力范围并导致界面间原子扩散而形成焊合点。引线键合键合接点形状主要有楔形和球形，两键合接点形状可以相同或不同。WB技术作用机理超声键合：超声波发生器使劈刀发生水平弹性振动，同时施加向下压力。劈刀在两种力作用下带动引线在焊区金属表面迅速摩擦，引线发生塑性变形，与键合区紧密接触完成焊接。常用于Al丝键合，键合点两端都是楔形。热压键合：利用加压和加热，使金属丝与焊区接触面原子间达到原子引力范围，实现键合。一端是球形，一端是楔形，常用于Au丝键合。金丝球键合：用于Au和Cu丝的键合

3、。采用超声波能量，键合时要提供外加热源。WB技术作用机理球形键合第一键合点第二键合点楔形键合第一键合点第二键合点引线键合接点外形采用导线键合的芯片互连引线键合技术实例不同键合方法采用的键合材料也有所不同：热压键合和金丝球键合主要选用金（Au）丝，超声键合则主要采用铝（Al）丝和Si-Al丝（Al-Mg-Si、Al-Cu等）键合金丝是指纯度约为99.99％，线径为l8～50μm的高纯金合金丝，为了增加机械强度，金丝中往往加入铍(Be)或铜。WB线材及其可靠度键合对金属材料特性的要求：可塑性好，易保持一定形状，化学稳定性好；尽量少形成金属间化合物，键合引线

4、和焊盘金属间形成低电阻欧姆接触。WB线材及其可靠度柯肯达尔效应：两种扩散速率不同的金属交互扩散形成缺陷：如Al-Au键合后，Au向Al中迅速扩散，产生接触面空洞。通过控制键合时间和温度可较少此现象。金属间化合物形成——常见于Au-Al键合系统引线弯曲疲劳引线键合点跟部出现裂纹。键合脱离——指键合点颈部断裂造成电开路。键合点和焊盘腐蚀腐蚀可导致引线一端或两端完全断开，从而使引线在封装内自由活动并造成短路。WB可靠性问题载带自动键合（TAB）技术概述载带自动焊(TapeAutomatedBonding，TAB)技术是一种将芯片组装在金属化柔性高分子聚合物载

5、带上的集成电路封装技术；将芯片焊区与电子封装体外壳的I/O或基板上的布线焊区用有引线图形金属箔丝连接，是芯片引脚框架的一种互连工艺。TAB技术分类TAB按其结构和形状可分为Cu箔单层带、Cu-PI双层带、Cu-粘接剂-PI三层带和Cu-PI-Cu双金属带等四种。TAB技术首先在高聚物上做好元件引脚的引线框架，然后将芯片按其键合区对应放在上面，然后通过热电极一次将所有的引线进行键合。TAB工艺主要是先在芯片上形成凸点，将芯片上的凸点同载带上的焊点通过引线压焊机自动的键合在一起，然后对芯片进行密封保护。载带自动键合（TAB）技术TAB技术工艺流程TAB技术

6、工艺流程TAB技术工艺流程TAB关键技术TAB工艺关键部分有：芯片凸点制作、TAB载带制作和内、外引线焊接等。TAB关键技术-凸点制作载带制作工艺实例—Cu箔单层带冲制标准定位传送孔Cu箔清洗Cu箔叠层Cu箔涂光刻胶（双面）刻蚀形成Cu线图样导电图样Cu镀锡退火内引线键合(ILB)内引线键合是将裸芯片组装到TAB载带上的技术，通常采用热压焊方法。焊接工具是由硬质金属或钻石制成的热电极。当芯片凸点是软金属，而载带Cu箔引线也镀这类金属时，则用“群压焊”。TAB关键技术-封胶保护然后，筛选与测试外引线键合OLB测试完成TAB技术的关键材料1）基带材料基带材

7、料要求高温性能好、热匹配性好、收缩率小、机械强度高等，聚酰亚胺（PI）是良好的基带材料，但成本较高，此外，可采用聚酯类材料作为基带。2）TAB金属材料制作TAB引线图形的金属材料常用Cu箔，少数采用Al箔：导热性和导电性及机械强度、延展性。3）凸点金属材料芯片焊区金属通常为Al，在金属膜外部淀积制作粘附层和钝化层，防止凸点金属与Al互扩散。典型的凸点金属材料多为Au或Au合金。TAB技术的关键材料TAB技术的关键材料TAB的优点1）TAB结构轻、薄、短、小，封装高度<1mm2）TAB电极尺寸、电极与焊区间距较之WB小3）TAB容纳I/O引脚数更多，安装

8、密度高4）TAB引线电阻、电容、电感小，有更好的电性能5）可对裸芯片进行筛选和测试6）采用Cu