芯片互连技术讲义
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)。
路漫漫其悠远
WB技术作用机理
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：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， 键合时要提供外加热源。
路漫漫其悠远
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 ）
TAB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
路漫漫其悠远
引线键合接点外形
球形键合
第一键合点
第二键合点
楔形键合
路漫漫其悠远
第一键合点
第二键合点
引线键合技术实例
路漫漫其悠远
采用导线键合的芯片互连
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）
路漫漫其悠远
WB可靠性问题
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
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。
路漫漫其悠远
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。
芯片互连技术讲义
路漫漫其悠远
2020/3/30
前课回顾
➢1.集成电路芯片封装工艺流程
➢2.成型技术分类及其原理
路漫漫其悠远
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）
路漫漫其悠远
引线键合技术概述 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。
路漫漫其悠远
TAB关键技术-凸点制作
路漫漫其悠远
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
路漫漫其悠远
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，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”。
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。
路漫漫其悠远
WB线材及其可靠度
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。
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。
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
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。
路漫漫其悠远
TAB技术的关键材料
路漫漫其悠远
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。
路漫漫其悠远
TAB技术工艺流程
路漫漫其悠远
TAB技术工艺流程
路漫漫其悠远
TAB技术工艺流程
路漫漫其悠远
TAB关键技术 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。
路漫漫其悠远
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
路漫漫其悠远
·芯片尺寸封装 (CSP)
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。
路漫漫其悠远
TAB技术分类 TAB按其结构和形状可分为Cu箔单层带、Cu-
PI双层带、Cu-粘接剂-PI三层带和Cu-PI-Cu双金 属带等四种。
路漫漫其悠远
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。
路漫漫其悠远
TAΒιβλιοθήκη Baidu关键技术-封胶保护
路漫漫其悠远
然后，筛选与测试
外引线键合 OLB
路漫漫其悠远
测试完成
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。
路漫漫其悠远
TAB技术的关键材料
WB技术作用机理
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：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， 键合时要提供外加热源。
路漫漫其悠远
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 ）
TAB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
路漫漫其悠远
引线键合接点外形
球形键合
第一键合点
第二键合点
楔形键合
路漫漫其悠远
第一键合点
第二键合点
引线键合技术实例
路漫漫其悠远
采用导线键合的芯片互连
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）
路漫漫其悠远
WB可靠性问题
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
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。
路漫漫其悠远
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。
芯片互连技术讲义
路漫漫其悠远
2020/3/30
前课回顾
➢1.集成电路芯片封装工艺流程
➢2.成型技术分类及其原理
路漫漫其悠远
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）
路漫漫其悠远
引线键合技术概述 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。
路漫漫其悠远
TAB关键技术-凸点制作
路漫漫其悠远
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
路漫漫其悠远
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，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”。
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。
路漫漫其悠远
WB线材及其可靠度
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。
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。
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
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。
路漫漫其悠远
TAB技术的关键材料
路漫漫其悠远
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。
路漫漫其悠远
TAB技术工艺流程
路漫漫其悠远
TAB技术工艺流程
路漫漫其悠远
TAB技术工艺流程
路漫漫其悠远
TAB关键技术 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。
路漫漫其悠远
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
路漫漫其悠远
·芯片尺寸封装 (CSP)
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。
路漫漫其悠远
TAB技术分类 TAB按其结构和形状可分为Cu箔单层带、Cu-
PI双层带、Cu-粘接剂-PI三层带和Cu-PI-Cu双金 属带等四种。
路漫漫其悠远
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。
路漫漫其悠远
TAΒιβλιοθήκη Baidu关键技术-封胶保护
路漫漫其悠远
然后，筛选与测试
外引线键合 OLB
路漫漫其悠远
测试完成
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。
路漫漫其悠远
TAB技术的关键材料