键合技术介绍
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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。
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
与热压键合法相比， 可以在较低温度、 较低压力下实现键 合
对表面清洁度很敏 对表面粗糙度
感；应注意温度对 敏感；工艺控
元件的影响
制复杂
需要加热；与热压 法相比工艺控制要 复杂些
适用于单片式LSI 最适合采用Al 适用于多芯片LSI
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
电极
凸点
在芯片上形成金属化层，在金属化层上制 作钎料合金凸点；
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
丝
的内部布线连接
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：
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。
• 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
• 特点： ➢ 适合细丝、粗丝以及金属扁带 ➢ 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
芯片电极
基板电极
1. 定位（第一次键合）
加压 超声波振动
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
1.2.3 热超声键合法（TSB）
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。
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。
• 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。
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。
裸芯片微组装
载带自动键合法 引线连接法 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。
• 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。
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。
1.2.4 三种引线连接方法对比
特性
热压键合法
超声键合法 热超声键合法
可用的丝质 及直径
键合丝的切 断方法 优点
缺点
其他
Au丝 φ15～φ100um
Au丝，Al丝 Φ10～φ500um
Au丝 Φ15～φ100um
高电压（电弧） 拉断(超声压头) 高电压（电弧）
拉断
拉断(送丝压头) 拉断
高电压(电弧)
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。
内侧引线键合好之后进行塑封，然后再封装在基板上
IC
切断、冲压成型
引线 聚酰亚胺载带
安装
焊料 基板
热压键合
焊盘
外侧引线键合操作
加热键合压头
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。
布线板
引线 芯片
布线端子
热压键合法 引线连接技术 超声键合法
1
2
压头下降，焊球被锁定在端部中央
3
在压力、温度的作用下形成连接
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
7
压头上升至一定位置，送出尾丝
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
丝球焊点形状
契形焊点
热压球焊点的外观
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。
键合凸点
来自百度文库
加热键合压头
电子蜡层
芯片
送带板
芯片载带
送片台
内侧引线键合操作示意图
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。
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
与热压键合法相比， 可以在较低温度、 较低压力下实现键 合
对表面清洁度很敏 对表面粗糙度
感；应注意温度对 敏感；工艺控
元件的影响
制复杂
需要加热；与热压 法相比工艺控制要 复杂些
适用于单片式LSI 最适合采用Al 适用于多芯片LSI
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
电极
凸点
在芯片上形成金属化层，在金属化层上制 作钎料合金凸点；
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
丝
的内部布线连接
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：
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。
• 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
• 特点： ➢ 适合细丝、粗丝以及金属扁带 ➢ 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
芯片电极
基板电极
1. 定位（第一次键合）
加压 超声波振动
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
1.2.3 热超声键合法（TSB）
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。
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。
• 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。
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。
裸芯片微组装
载带自动键合法 引线连接法 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。
• 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。
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。
1.2.4 三种引线连接方法对比
特性
热压键合法
超声键合法 热超声键合法
可用的丝质 及直径
键合丝的切 断方法 优点
缺点
其他
Au丝 φ15～φ100um
Au丝，Al丝 Φ10～φ500um
Au丝 Φ15～φ100um
高电压（电弧） 拉断(超声压头) 高电压（电弧）
拉断
拉断(送丝压头) 拉断
高电压(电弧)
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。
内侧引线键合好之后进行塑封，然后再封装在基板上
IC
切断、冲压成型
引线 聚酰亚胺载带
安装
焊料 基板
热压键合
焊盘
外侧引线键合操作
加热键合压头
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。
布线板
引线 芯片
布线端子
热压键合法 引线连接技术 超声键合法
1
2
压头下降，焊球被锁定在端部中央
3
在压力、温度的作用下形成连接
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
7
压头上升至一定位置，送出尾丝
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
丝球焊点形状
契形焊点
热压球焊点的外观
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。
键合凸点
来自百度文库
加热键合压头
电子蜡层
芯片
送带板
芯片载带
送片台
内侧引线键合操作示意图