集成电路芯片封装技术芯片互连技术

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第二章
倒装芯片下填充方法
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FCB技术特点 技术特点
优点： 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： 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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TAB技术工艺流程 技术工艺流程
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TAB技术工艺流程 技术工艺流程
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TAB技术工艺流程 技术工艺流程
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TAB关键技术 关键技术 TAB工艺关键部分有：芯片凸点制作、TAB载带 芯片凸点制作、TAB载带 芯片凸点制作 制作和内、外引线焊接等。 制作和内、外引线焊接
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TAB关键技术 凸点制作 关键技术-凸点制作 关键技术
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载带制作工艺实例—Cu箔单层带 箔单层带 载带制作工艺实例
冲制标准定位传送孔 Cu箔清洗 Cu箔清洗 Cu箔叠层 Cu箔叠层 Cu箔涂光刻胶（双面） Cu箔涂光刻胶（双面） 箔涂光刻胶 刻蚀形成Cu线图样 刻蚀形成Cu线图样 Cu 导电图样Cu镀锡退火 导电图样Cu镀锡退火 Cu镀锡
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FCB技术 芯片凸点类型 技术-芯片凸点类型 技术
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 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 技术-凸点制作方法 技术
形成凸点的工艺 技术有很多种，主要 包括蒸发/溅射凸点 蒸发/ 蒸发 制作法、 制作法、电镀凸点制 作法、 作法、置球法和模板 制作焊料凸点法等。 制作焊料凸点法
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倒装芯片键合技术
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的作用。 重庆城市管理职业学院
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倒装芯片键合技术应用
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FCB技术 凸点芯片的倒装焊接 技术-凸点芯片的倒装焊接 技术
制作出来的凸点芯片可用于陶瓷基板和Si基板 陶瓷基板和Si基板，也 陶瓷基板和Si基板 可以在PCB PCB上直接将芯片进行FCB焊接。 PCB 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。
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TAB技术的关键材料 技术的关键材料
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TAB的优点 的优点
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技术的关键材料 技术的关键材料 2）TAB金属材料 制作TAB引线图形的金属材料常用Cu箔，少数 Cu箔 Cu 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 Al，在金属膜外部淀积制 Al 作粘附层和钝化层 粘附层和钝化层，防止凸点金属与Al互扩散。典 粘附层和钝化层 型的凸点金属材料多为Au或Au合金 Au或Au合金。 Au 合金
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引线键合技术概述 引线键合技术是将半导体裸芯片（Die） 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 与微电子封装的I/O引线或基板上的金属布线焊区 I/O Pad）用金属细丝连接起来的工艺技术。 （Pad）用金属细丝连接起来的工艺技术。
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倒装芯片键合技术
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 ） FCB省掉了互连引线 互连引线，互连线产生的互连电容、电阻和电 互连引线 感均比WB和TAB小很多，电性能优越。
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 1.集成电路芯片封装工艺流程
2.成型技术分类及其原理 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） 引线键合技术（WB）
载带自动键合技术（TAB） 载带自动键合技术（TAB）
倒装芯片键合技术（FCB） 倒装芯片键合技术（FCB）
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WB技术作用机理 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可靠性问题 可靠性问题
金属间化合物形成——常见于Au-Al键合系统 金属间化合物形成 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。 键合脱离—— 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。
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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 热超声波（金丝球） 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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TAB关键技术 封胶保护 关键技术-封胶保护 关键技术
然后，筛选与测试 然后，
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外引线键合 OLB
测试完成
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TAB技术的关键材料 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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倒装芯片键合技术-其他焊接方法 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
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
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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TAB技术分类 技术分类 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（ 载带自动键合（TAB）技术 ）
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。
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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， 内引线键合是将裸芯片组装到TAB载带上的技术，通常采 TAB载带上的技术 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。 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 当芯片凸点是软金属，而载带Cu箔引线也镀这类金属时， Cu箔引线也镀这类金属时 用“群压焊”。 群压焊”
WB技术作用机理 技术作用机理
超声键合： 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： 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： 金丝球键合 ： 用于Au和Cu丝的键合。采用超声波能量， 键合时要提供外加热源。
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FCB技术 凸点芯片的倒装焊接 技术-凸点芯片的倒装焊接 技术
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） 调准对位-落焊头压焊（加热） 调准对位
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FCB键合技术 再流倒装焊接 键合技术键合技术
再流倒装焊接 C4技术 技术） （C4技术） 对锡铅焊料凸点 进行再流焊接
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引线键合接点外形
球形键合
第一键合点
第二键合点Βιβλιοθήκη Baidu
楔形键合
第一键合点
第二键合点 重庆城市管理职业学院
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引线键合技术实例
采用导线键合的芯片互连
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WB线材及其可靠度 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） 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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载带自动键合（ 载带自动键合（TAB）技术概述 ）
载带自动焊(Tape Bonding，TAB)技术 技术是 载带自动焊(Tape Automated Bonding，TAB)技术 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。
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WB线材及其可靠度 线材及其可靠度 键合对金属材料特性的要求： 键合对金属材料特性的要求： 可塑性好，易保持一定形状， 可塑性好，易保持一定形状，化学稳定性 尽量少形成金属间化合物， 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。 盘金属间形成低电阻欧姆接触。 低电阻欧姆接触 柯肯达尔效应： 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。