集成电路芯片封装讲座ppt课件

1、芯片互连技术芯片互连技术前课回想1.1.集成电路芯片封装工艺流程集成电路芯片封装工艺流程2.2.成型技术分类及其原理成型技术分类及其原理 引线键合技术引线键合技术WBWB主要内容 载带自动键合技术TAB 倒装芯片键合技术FCB引线键合技术概述引线键合技术概述 引线键合技术是将半导体裸芯片引线键合技术是将半导体裸芯片DieDie焊区焊区与微电子封装的与微电子封装的I/OI/O引线或基板上的金属布线焊区引线或基板上的金属布线焊区PadPad用金属细丝衔接起来的工艺技术。用金属细丝衔接起来的工艺技术。引线键合技术分类和运用范围引线键合技术分类和运用范围 常用引线键合方式有三种： 热压键合 超声键合

2、热超声波金丝球键合 低本钱、高可靠、高产量等特点使得WB成为芯片互连主要工艺方法，用于以下封装:陶瓷和塑料BGA、SCP和MCP陶瓷和塑料封装QFP芯片尺寸封装 (CSP) 提供能量破坏被焊外表的氧化层和污染物，使焊区金属产生塑性变形，使得引线与被焊面严密接触，到达原子间引力范围并导致界面间原子分散而构成焊合点。引线键合键合接点外形主要有楔形和球形，两键合接点外形可以一样或不同。WB技术作用机理技术作用机理超声键合：超声波发生器使劈刀发生程度弹性振动，同超声键合：超声波发生器使劈刀发生程度弹性振动，同时施加向下压力。劈刀在两种力作用下带动引线在焊区时施加向下压力。劈刀在两种力作用下带动引线在焊

3、区金属外表迅速摩擦，引线发生塑性变形，与键合区严密金属外表迅速摩擦，引线发生塑性变形，与键合区严密接触完成焊接。常用于接触完成焊接。常用于AlAl丝键合，键合点两端都是楔形丝键合，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热压键合：利用加压和加热，使金属丝与焊区接触面原子间到达原子引力范围，实现键合。一端是球形，一端子间到达原子引力范围，实现键合。一端是球形，一端是楔形是楔形 ，常用于，常用于AuAu丝键合。丝键合。金丝球键合：用于金丝球键合：用于AuAu和和CuCu丝的键合。采用超声波能量，丝的键合。采用超声波能量，键合时要提供外加热源。键合时要提供外加热源。WB

4、技术作用机理技术作用机理 球形键合球形键合 第一键合点第一键合点 第二键合点第二键合点 楔形键合 第一键合点 第二键合点 引线键合接点外形引线键合接点外形采用导线键合的芯片互连引线键合技术实例引线键合技术实例不同键合方法采用的键合资料也有所不同： 热压键合和金丝球键合主要选用金Au丝，超声键合那么主要采用铝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l850m的高纯金合金丝，为了添加机械强度，金丝中往往参与铍(Be)或铜。 WB线材及其可靠度线材及其可靠度键合对金属资料特性的要求：键合对金属资料特性的要求： 可塑性好，易坚持一定外形，化学稳定性可塑

5、性好，易坚持一定外形，化学稳定性好；尽量少构成金属间化合物，键合引线和焊好；尽量少构成金属间化合物，键合引线和焊盘金属间构成低电阻欧姆接触。盘金属间构成低电阻欧姆接触。WB线材及其可靠度线材及其可靠度柯肯达尔效应：两种分散速率不同的金属交互柯肯达尔效应：两种分散速率不同的金属交互分散构成缺陷：如分散构成缺陷：如Al-AuAl-Au键合后，键合后，AuAu向向AlAl中迅速中迅速分散，产生接触面空洞。经过控制键合时间和分散，产生接触面空洞。经过控制键合时间和温度可较少此景象。温度可较少此景象。金属间化合物构成金属间化合物构成常见于常见于Au-AlAu-Al键合系统键合系统引线弯曲疲劳引线弯曲疲劳

6、引线键合点跟部出现裂纹。引线键合点跟部出现裂纹。 键合脱离键合脱离指键合点颈部断裂呵斥电开路。指键合点颈部断裂呵斥电开路。 键合点和焊盘腐蚀键合点和焊盘腐蚀 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在活动并呵斥短路。在封装内自在活动并呵斥短路。WB可靠性问题可靠性问题载带自动键合载带自动键合TAB技术概述技术概述 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衔接，是芯片引脚框

7、架的一种互连工艺。TAB技术分类技术分类 TAB按其构造和外形可分为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。 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，然后经过热电极一次将一切的引线进展键合。 TAB工艺主要是先在芯片上构成凸点，将芯片上的凸点同载带上的焊点经过引线压焊机自动的键合在一同，然后对芯片进展密封维护。载带自动键合载带自动键合TAB技术技术TAB技术工艺流程技术工艺流程TAB技术工艺流程技术工艺流程TAB技术工艺流程技术工艺流程TAB关键技术关键技术 TAB工艺关键部分有：芯片凸点制造、TAB载

8、带制造和内、外引线焊接等。TAB关键技术关键技术-凸点制造凸点制造载带制造工艺实例载带制造工艺实例Cu箔单层带箔单层带 冲制规范定位传送孔冲制规范定位传送孔 Cu Cu箔清洗箔清洗 Cu Cu箔叠层箔叠层 Cu Cu箔涂光刻胶双面箔涂光刻胶双面刻蚀构成刻蚀构成CuCu线图样线图样导电图样导电图样CuCu镀锡退火镀锡退火内引线键合内引线键合 (ILB) 内引线键合是将裸芯片组装到内引线键合是将裸芯片组装到TABTAB载带上的技术，通常采载带上的技术，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。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，而载带当芯片凸

9、点是软金属，而载带CuCu箔引线也镀这类金属时，那箔引线也镀这类金属时，那么用么用“ “群压焊。群压焊。TAB关键技术关键技术-封胶维护封胶维护然后，挑选与测试然后，挑选与测试外引线键合外引线键合 OLB测试完成测试完成TAB技术的关键资料技术的关键资料1基带资料 基带资料要求高温性能好、热匹配性好、收缩率小、机械强度高等，聚酰亚胺PI是良好的基带资料，但本钱较高，此外，可采用聚酯类资料作为基带。2TAB金属资料 制造TAB引线图形的金属资料常用Cu箔，少数采用Al箔：导热性和导电性及机械强度、延展性。3凸点金属资料 芯片焊区金属通常为Al，在金属膜外部淀积制造粘附层和钝化层，防止凸点金属与A

10、l互分散。典型的凸点金属资料多为Au或Au合金。TAB技术的关键资料技术的关键资料TAB技术的关键资料技术的关键资料TAB的优点的优点1TAB构造轻、薄、短、小，封装高度1mm2TAB电极尺寸、电极与焊区间距较之WB小3TAB包容I/O引脚数更多，安装密度高4TAB引线电阻、电容、电感小，有更好的电性能5可对裸芯片进展挑选和测试6采用Cu箔引线，导电导热好，机械强度高7TAB键合点抗键合拉力比WB高8TAB采用规范化卷轴长带，对芯片实行多点一次焊接，自动化程度高倒装芯片键合技术倒装芯片键合技术 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：经过芯片上的凸点直接

11、将元器件朝下互连到基板、载体或者电路板上。而WB和TAB那么是将芯片面朝上进展互连的。由于芯片经过凸点直接衔接基板和载体上，倒装芯片又称为DCADirect Chip Attach 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。倒装芯片键合技术倒装芯片键合技术凸点下金属层(UBM) 芯片上的凸点，实践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)，普通称为凸点下金属层，主要起到粘附和分散阻挠的作用。 倒装芯片键合技术运用倒装芯片键合技术运用凸点类型和特点 按资料可分为焊料凸点、Au凸点和Cu凸点等按凸点构造

12、可分为：周边性和面阵型按凸点外形可分为蘑菇型、直状、球形等FCB技术技术-芯片凸点类型芯片凸点类型 构成凸点的工艺技术有很多种，主要包括蒸发/溅射凸点制造法、电镀凸点制造法、置球法和模板制造焊料凸点法等。FCB技术技术-凸点制造方法凸点制造方法 制造出来的凸点芯片可用于陶瓷基板和Si基板，也可以在PCB上直接将芯片进展FCB焊接。 将芯片焊接到基板上时需求在基板焊盘上制造金属焊区，以保证芯片上凸点和基板之间有良好的接触和衔接。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。FCB技术技术-凸点芯片的倒装焊接凸点芯片的倒装焊接倒

13、装焊接工艺倒装焊接工艺 热压或热声倒装焊接：调准对位热压或热声倒装焊接：调准对位- -落焊头压焊加热落焊头压焊加热FCB技术技术-凸点芯片的倒装焊接凸点芯片的倒装焊接再流倒装焊接再流倒装焊接C4C4技术技术对锡铅焊料凸点对锡铅焊料凸点进展再流焊接进展再流焊接FCB键合技术键合技术- 再流倒装焊接再流倒装焊接环氧树脂光固化倒装焊接法环氧树脂光固化倒装焊接法各向异性导电胶倒装焊接法各向异性导电胶倒装焊接法倒装芯片键合技术倒装芯片键合技术-其他焊接方法其他焊接方法 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同。倒装芯片下填充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。倒装芯片下填充方法倒装芯片下填充方法FCB技术特点技术特点优点：优点：1 1互连线短，互连电特性好互连线短，互连电特性好2 2占基板面