集成电路芯片封装技术-芯片互连技术

第二章
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FCB技术-凸点芯片的倒装焊接
第二章
制作出来的凸点芯片可用于陶瓷基板和Si基板，也可 以在PCB上直接将芯片进行FCB焊接。
将芯片焊接到基板上时需要在基板焊盘上制作金属焊 区，以保证芯片上凸点和基板之间有良好的接触和连接。 金属焊区通常的金属层包括：
Ag/Pd-Au-Cu（厚膜工艺）和Au-Ni-Cu（薄膜工艺） PCB的焊区金属化与基板相类似。
利用光敏树脂固化时产生的收缩力将凸点和基板上 金属焊区互连在一起。
各向异性导电胶倒装焊接法
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倒装芯片下填充
第二章
目的：缓冲焊点受机械振动和CTE失配导致基板对芯片拉力 作用引起的焊点裂纹和失效，提高可靠性。
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倒装芯片下填充方法
第二章
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FCB技术特点
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倒装芯片键合技术
第二章
倒装芯片键合（FCB）是指将裸芯片面朝下，芯片焊区与 基板焊区直接互连的一种键合方法：通过芯片上的凸点直接 将元器件朝下互连到基板、载体或者电路板上。而WB和TAB 则是将芯片面朝上进行互连的。由于芯片通过凸点直接连接 基板和载体上，倒装芯片又称为DCA（Direct Chip Attach ）
倒装芯片键合技术应用
第二章
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FCB技术-芯片凸点类型
第二章
凸点类型和特点 按材料可分为焊料凸点、Au凸点和Cu凸点等 按凸点结构可分为：周边性和面阵型 按凸点形状可分为蘑菇型、直状、球形等
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FCB技术-凸点制作方法
形成凸点的工艺技 术有很多种，主要包 括蒸发/溅射凸点制 作法、电镀凸点制作 法、置球法和模板制 作焊料凸点法等。
第二章
优点： 1）互连线短，互连电特性好 2）占基板面积小，安装密度高 3）芯片焊区面分布，适合高I/O器件 4）芯片安装和互连可同时进行，工艺简单、快速 缺点： 1）需要精选芯片 2）安装互连工艺有难度，芯片朝下，焊点检查困难 3）凸点制作工艺复杂，成本高 4）散热能力有待提高
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第二章
测试完成
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第二章
TAB技术的关键材料 1）基带材料
基带材料要求高温性能好、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。
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TAB技术的关键材料
第二章
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
内引线键合 (ILB)
第二章
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”。
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TAB关键技术-封胶保护
第二章
然后，筛选与测试
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外引线键合 OLB
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。
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WB线材及其可靠度
第二章
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，键合引线和焊盘金 属间形成低电阻欧姆接触。
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FCB技术-凸点芯片的倒装焊接
第二章
倒装焊接工艺 热压或热声倒装焊接：调准对位-落焊头压焊（加热）
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FCB键合技术- 再流倒装焊接
再流倒装焊接 （C4技术） 对锡铅焊料凸点 进行再流焊接
第二章
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第二章
倒装芯片键合技术-其他焊接方法 环氧树脂光固化倒装焊接法
芯片互连技术
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前课回顾
1.集成电路芯片封装工艺流程
第二章
2.成型技术分类及其原理
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主要内容
➢ 引线键合技术（WB） ➢ 载带自动键合技术（TAB） ➢ 倒装芯片键合技术（FCB）
第二章
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引线键合技术概述
第二章
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。
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。
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TAB关键技术-凸点制作
第二章
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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
第二章
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FCB省掉了互连引线，互连线产生的互连电容、电阻和电 感均比WB和TAB小很多，电性能优越。
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倒装芯片键合技术
第二章
凸点下金属层(UBM) 芯片上的凸点，实际上包括凸点及处在凸点和铝电极之
间的多层金属膜(Under Bump Metallurgy)，一般称为凸 点下金属层，主要起到粘附和扩散阻挡重的庆城作市用管。理职业学院
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。采用超声波能量，
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第二章
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)
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第二章
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。
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WB可靠性问题
第二章
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
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。
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TAB技术工艺流程
第二章
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TAB技术工艺流程
第二章
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TAB技术工艺流程
第二章
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TAB关键技术
第二章
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。
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TAB技术的关键材料
第二章
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TAB的优点
第二章
1）TAB结构轻、薄、短、小，封装高度<1mm
2）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箔引线，导电导热好，机械强度高
7）TAB键合点抗键合拉力比WB高
8）TAB采用标准化卷轴长带，对芯片实行多点一次焊接，
自动化程度高
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TAB技术分类
第二章
TAB按其结构和形状可分为Cu箔单层带、CuPI双层带、Cu-粘接剂-PI三层带和Cu-PI-Cu双金 属带等四种。
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载带自动键合（TAB）技术
第二章
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。
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。
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第二章
载带自动键合（TAB）技术概述
载带自动焊(Tape Automated Bonding，TAB)技术 是一种将芯片组装在金属化柔性高分子聚合物载带上的集 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。
键合时要提供外加热源。
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引线键合接点外形
第二章
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 重庆城市管理职业学院
引线键合技术实例
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第二章
采用导线键合的芯片互连
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第二章
WB线材及其可靠度 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）
WB技术作用机理
提供能量破坏被焊表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。
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WB技术作用机理
第二章
超声键合：超声波发生器使劈刀发生水平弹性振动，同时