键合技术

2.2.1 FCB－表层回流互连法
• 原理：
在PCB金属焊盘上涂敷低温Pb/Sb焊膏，倒装上凸点芯片 后，只是低温焊膏再回流，高温Pb/Sb凸点却不熔化。
• 自对准效应
当芯片焊盘与衬底焊盘之间偏移不超过焊球平 均半径的三倍，并且在回流过程中能达到熔融焊球 与衬底焊盘部分浸润，在熔融焊料表面张力的作用 下，可以矫正对位过程中发生的偏移，将芯片拉回 正常位置，回流过程结束后形成对准良好的焊点。
布线端子
引线
芯片 布线板
超声键合法 热超声键合法
特点：适用于几乎所有的半导体集成电路元件，操作方便，封 装密度高，但引线长，测试性差。
1.2.1 引线连接法-热压键合（TCB）
定义： 利用微电弧使φ25~φ50um的Au丝端头熔化成球状,通过送 丝压头将球状端头压焊在裸芯片电极面的引线端子,形成第1键 合点。 然后送丝压头提升，并向基板位置移动，在基板对应的 导体端子上形成第2键合点，完成引线连接过程。
凸点 电极
芯片面向下与基板上的金属化层对准；
PCB
钎焊
加热使钎料合金熔化，形成连接；
倒装芯片法示意图
在芯片与基板之间填充树脂
2.2.1 FCB－C4法(Controlled Collapse Chip Connection)
• 可控塌陷芯片互连原理：
焊料凸点完全融化，润湿基板金属层，并与之反应。
1.2.2 超声键合法（USB）
• 原理： 对Al丝施加超声波，对材料塑性变形产生的影响，类似 于加热。超声波能量被Al中的位错选择性吸收，从而位错在 其束缚位置解脱出来，致使Al丝在很低的外力下即可处于塑 性变形状态。 这种状态下变形的Al丝，可以使基板上蒸镀的Al膜表面上形 成的氧化膜破坏，露出清洁的金属表面，偏于键合。
3.3 表面电镀Au的树脂微球连接方式
在芯片和基板之间夹入表面镀Au的树脂微球，同时在间隙中填 充树脂，然后加大芯片和基板间的压力，使树脂微球呈稍稍压扁 的状态，并在这种状态下使树脂固化，从而获得电气及机械连接。
3.4 Au凸点连接方式
在芯片电极上形成Au凸点，利用绝缘树脂的压缩应力，实现 Au凸点与基板一侧电路图形的电气连接。
• 特点：
主要在军事、宇航等要求长寿命和高可靠性的 系统中得到应用。其优点在于提高内引线焊接效率 和实现高可靠性连接，缺点是梁的制造工艺复杂， 散热性能较差，且出现焊点不良时不能修补。
芯片 梁式引线
电极
基板
热压接
梁式引线法示意图
2.0 倒装芯片（FCB）互连
• 定义：
在芯片的电极处预制焊料凸点，同时将焊料膏印刷到基 板一侧的引线电极上，然后将芯片倒置，使芯片上的焊料凸 点与之对位，经加热后使双方的焊料熔为一体，从而实现连 接。
1
2
压头下降，焊球被锁定在端部中央
在压力、温度的作用下形成连接
3
4
压头上升
压头高速运动到第二键合点， 形成弧形
第一键合点的形状
5
6
在压力、温度作用下形成第二点连接
压头上升至一定位置，送出尾丝
7
8
夹住引线，拉断尾丝
引燃电弧，形成焊球 进入下一键合循环
第二键合点
球形焊点
契形焊点
丝球焊点形状
热压球焊点的外观
1.2.4 三种引线连接方法对比
特性 热压键合法
Au丝 φ15～φ100um
超声键合法
Au丝，Al丝 Φ10～φ500um
热超声键合法
Au丝 Φ15～φ100um
可用的丝质 及直径
键合丝的切 断方法 优点
高电压（电弧） 拉断
拉断(超声压头) 高电压（电弧） 拉断(送丝压头) 拉断 高电压(电弧) 与热压键合法相比， 可以在较低温度、 较低压力下实现键 合 需要加热；与热压 法相比工艺控制要 复杂些 适用于多芯片LSI 的内部布线连接
键合牢固，强度高； 无需加热；对 在略粗糙的表面上 表面洁净度不 也能键合；键合工 十分敏感； 艺简单 对表面清洁度很敏 感；应注意温度对 元件的影响 适用于单片式LSI 对表面粗糙度 敏感；工艺控 制复杂 最适合采用Al 丝
缺点
其他
1.3 梁式引线法
• 定义：
采用复式沉积方式在半导体硅片上制备出由多 层金属组成的梁，以这种梁来代替常规内引线与外 电路实现连接 。
• 特点： 适合细丝、粗丝以及ຫໍສະໝຸດ Baidu属扁带 不需外部加热，对器件无热影响 可以实现在玻璃、陶瓷上的连接 适用于微小区域的连接
超声压头 Al 丝
加压 超声波振动
基板电极 芯片电极
1. 定位（第一次键合）
2. 键合
拉引
3. 定位（第2次键合）
4. 键合－切断
超声键合法工艺过程
超声键合实物图
• 特点：
封装速度高，可以同时进行成百上千个以上焊点的互连； 焊球直接完成芯片和封装间的电连接，实现了芯片和封装 间最短的电连接通路，具有卓越的电气性能； 芯片电极焊接点除边缘分布外，还可以设计成阵列分布， 因此，封装密度几乎可以达到90%以上。
2.1 封装结构
芯片
在芯片上形成金属化层，在金属化层上制 作钎料合金凸点；
1.2.3 热超声键合法（TSB）
• 基理： 利用超声机械振动带动丝与衬底上蒸镀的膜进行摩擦， 使氧化膜破碎，纯净的金属表面相互接触，接头区的温升以 及高频振动，使金属晶格上原子处于受激活状态，发生相互 扩散，实现金属键合。 • 工作原理： 在超声键合机的基板支持台上引入热压键合法中采用的 加热器，进行辅助加热；键合工具采用送丝压头，并进行超 声振动；由送丝压头将Au丝的球形端头超声热压键合在基板 的布线电极上。
加热键合压头
键合凸点
送带板
芯片载带
电子蜡层
芯片
送片台
内侧引线键合操作示意图
内侧引线键合好之后进行塑封，然后再封装在基板上
引线
IC
聚酰亚胺载带
切断、冲压成型
安装
焊料 基板 焊盘
热压键合
加热键合压头
外侧引线键合操作
1.2 引线连接法（WB）
定义：通过热压、钎焊等方法将芯片中各金属化端子与封装基 板相应引脚焊盘之间的键合连接。 热压键合法 引线连接技术
微互连技术
——各种微互连方式简介
目录
• 裸芯片微组装技术
• 倒装焊微互连技术 • 压接倒装互连技术
1.0 裸芯片微组装技术
定义：将芯片直接与基板相连接的一种技术。
载带自动键合法 引线连接法 裸芯片微组装 梁式引线法 倒装芯片法
1.1 载带自动键合法（TAB）
定义：将芯片凸点电极与载带的引线连接，经过切断、 冲压等工艺封装而成。 载带：即带状载体，是指带状绝缘薄膜上载有由覆 铜箔经蚀刻而形成的引线框架，而且芯片也 要载于其上。 载带一般由聚酰亚胺制作，两边 设有与电影胶片规格相统一的送 带孔，所以载带的送进、定位均 可由流水线自动进行，效率高， 适合于批量生产。
2.2.2 FCB－机械接触法
• 机械接触法原理：
在基板金属焊盘上涂覆可光固化的环氧树脂，将凸点芯片 倒装加压进行UV光固化，所形成的收缩应力使凸点金属与基板金 属焊盘达到可靠的机械接触互连（并非焊接）——适用于高I/O数 的微小凸点FCB。
加压
IC Au 光固化 环氧树脂 基板
导体
3.0 压接倒装互联技术
导电性粘结剂连接方式 各向异性导电膜（浆料）连接方式 压接倒装互联技术
利用表面电镀Au的树脂微球进行连接的方式
Au凸点连接方式
3.1 导电性粘结剂连接方式
在芯片电极上形成Au凸点，在基板上的电极上涂覆导电性 粘结剂，经压接实现电器连接。
3.2 各向异性导电膜（浆料）连接方式
在芯片电极上形成Au凸点，把各向异性导电膜ACF夹于IC芯片 与基板电极之间，加压，使凸点金属平面通过导电粒子压在基板 焊盘上，靠金属微球的机械性接触实现电气连接，而其他方向 （ｘ、ｙ平面）上因无连续的粒子球而不会导电——多用于温度 要求不高的LCD的凸点芯片的连接。