小尺寸、细间距焊盘键合的工艺研究

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1、第28卷第1期集成电路通讯：Vo1．28No．12010年3月JlCHENGDlANLUTONGXUNMal"．2O1O小尺寸、细间距焊盘键合的工艺研究车勤李杰(中国兵器工业第214研究所蚌埠233042)摘要随着技术的进步，对混合电路的集成度要求越来越高，芯片的功能不断增加，尺寸却越来越小，从而导致焊盘在整个芯片中所占的面积比率明显上升，因此造成焊盘，以及焊盘问的间距减小，这就给正常的键合带来了困难。然而引线键合是厚膜工艺中的关键技术，它直接影响集成电路的可靠性和成品率。因此通过此项研究制定相应的工艺规范，使小尺寸、细间距焊盘的芯片可

2、以顺利完成键合组装。关键词小尺寸细间距可靠性键合金球键合参数质量问题：l前言(1)可键合面积的缩小，可能导致第一键合我们通常把长宽尺寸小于901a,m的焊盘称为点键合强度的下降；小尺寸焊盘，间距小于150lxm的焊盘称为细间距(2)键合球颈部的裂纹会导致引线弧形成时焊盘，在小尺寸、细间距焊盘上键合有别于常规键引线过弯曲，产生疲劳失效，甚至开路；合。主要因为采用传统键合方法时，由于键合劈(3)在第一键合点处，劈刀可能碰到相邻的刀和焊点尺寸的限制，焊点之间会互相干扰甚至键合线或键合球；与不相连金属化层发生短路，劈刀会使邻近的焊(4)在第一键

3、合点处，由于间距的缩小，可能点损伤。如果不采用特殊的手段，无法进行正常导致相邻的键合球短路。的批量键合。混合电路的集成度越来越高，芯片问题可以通过提高键合定位精度，优化超声的尺寸越来越小，这就给正常的键合带来了困难。系统、劈刀的材料与形状、键合参数等予以解决。如何使用现有的设备，通过优化设计和工艺参数，本文从多个方面对上述问题给予分别论述。实现小尺寸、细间距焊盘芯片的批量键合，并达到2试验的准备较高的成品率和可靠性，是现阶段急待解决的问题。此项研究就是基于现有的工艺条件和技术手影响小尺寸、细间距焊盘键合的因素包括键段，通过选择适当的键合

4、形式、改进键合工夹具、合所需的芯片、劈刀、设备、工艺参数、环境状态、更换合适的劈刀、优化键合参数等手段，实现各种操作人员选择等几个方面。等级的小尺寸、细间距焊盘键合。2．1芯片的选取超细间距球形键合是实现混合集成电路高密为了进行小尺寸、细间距芯片键合试验，首先度集成的一种技术方法。间距将会减小到60／xm选择了3种芯片尺寸与规格分别为：以下，键合引线直径减小到25txm以下。当前芯表1试验芯片规格片功能不断增强的同时，引线数也变得越来越多，芯片代号键合区尺寸最小键合间距而体积却越来越小。随着焊盘的面积减小、间距A801a．m×801a．

5、m180p．m的缩小，要求更小直径的金属球、键合球和更细的B701a,m×70ta,m140p,mC731．~m×731xm100p,m键合线，这些工艺上的变化可能带来下面的键合2篆感路运第28卷第1期上述芯片中芯片A间距较大，但是部分焊盘(2)与现有键合设备匹配良好，包括自动和和与之没有电学连接的有源区域距离较小，达到手动键合机；10~zm，因此键合时容易产生焊球与周围的有源区(3)保证筛选后的键合强度满足GJB548A一域接触的情况。芯片B和芯片C的焊盘尺寸和96中的规定要求。焊盘间距都比较小，采用常规的键合方式很难实依照以上条件，

6、首先选取了SPT公司的SBNA现有效键合，特别是芯片c。和UTA两个系列的劈刀，前者为双锥度设计，底端2．2键合线的选取及基板的制备极细，适合键合区尺寸和问距较小芯片键合，但是本次试验主要是研究引线键合超小焊盘、超由于劈刀孔径较细，为丝径的1．3倍，所以给键合细间距的情况，选用直径为0．7rail(18m)、操作带来较大困难，而且如果控制不当也会造成可0．8mil(20~m)、1．0rail(25m)的键合金线进行靠性问题；后者键合可靠性和可操作性优于前者，试验，3种键合金线的特性如下表：但实现间距较小键合区芯片的键合比较困难。表2金键

7、合线特性表2．4键合设备的选择直径()抗拉强度延伸率纯度本次研究主要利用自动键合设备进行键合试25>7．9cN2—7％>99．99％验。针对芯片不仅是键合焊接区较小，而且两个20>4．9eN2—6％>99．99％l8>3．9eN2—5％>99．99％焊接区的间距也很小。试验中采用自动设备主要是满足芯片键合定位的精确程度，通过自动对准试验中采用金导带厚膜基板，成膜浆料采用系统实现精确的对准。试验设备选择F&K公司杜邦5771金导体浆料印刷，典型线宽3001~m，典的6200型自动键合机，同时选用WESTBOND公型膜厚101xm。采用常规

8、成膜工艺，加工过程细司的7700E型的手动键合设备进行对比试验。节在此不再复述。2．3键合劈刀的选择2．5标准筛选流程为配合不同规格的金丝，必须选择相应配套为考察键合强度在筛选老化后的退化情况，确定了一组标