键合技术介绍

1、微互连技术微互连技术各种微互连方式简介各种微互连方式简介 裸芯片微组装技术裸芯片微组装技术 倒装焊微互连技术倒装焊微互连技术 压接倒装互连技术压接倒装互连技术目录目录定义：将定义：将芯片直接与基板相连接的一种技术。芯片直接与基板相连接的一种技术。裸芯片微组装梁式引线法引线连接法倒装芯片法载带自动键合法1.0 1.0 裸芯片微组装技术裸芯片微组装技术1.1 1.1 载带自动键合法（载带自动键合法（TABTAB）定义：将芯片凸点电极与载带的引线连接，经过切断、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。冲压等工艺封装而成。载带：即带状载体，是指带状绝缘薄膜上载有由覆载带：

2、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，而且芯片也铜箔经蚀刻而形成的引线框架，而且芯片也 要载于其上。要载于其上。 载带一般由聚酰亚胺制作，两边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、定位均带孔，所以载带的送进、定位均可由流水线自动进行，效率高，可由流水线自动进行，效率高，适合于批量生产。适合于批量生产。加热键合压头加热键合压头键合凸点键合凸点芯片芯片送带板送带板芯片载带芯片载带送片台送片台电子蜡层电子蜡层内侧引线键合操作示意图内侧引线键合操作示意图 内侧引线键合好之后进行塑封，然后再封装在基板上内侧

3、引线键合好之后进行塑封，然后再封装在基板上IC聚酰亚胺载带聚酰亚胺载带引线引线切断、冲压成型切断、冲压成型安装安装焊盘焊盘焊料焊料基板基板热压键合热压键合加热键合压头加热键合压头外侧引线键合操作外侧引线键合操作1.2 1.2 引线连接法（引线连接法（WBWB）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。板相应引脚焊盘之间的键合连接。特点：适用于几乎所有的半导体集成电路元件，操作方便，封特点：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。装密度高，但引线长，测试性差。引线

4、连接技术超声键合法热压键合法热超声键合法引线引线芯片芯片布线板布线板布线端子布线端子1.2.1 1.2.1 引线连接法引线连接法- -热压键合（热压键合（TCBTCB）定义：定义： 利用微电弧使利用微电弧使2550um的的Au丝端头熔化成球状丝端头熔化成球状,通过送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,形成第形成第1键键合点。合点。 然后送丝压头提升，并向基板位置移动，在基板对应的然后送丝压头提升，并向基板位置移动，在基板对应的导体端子上形成第导体端子上形成第2键合点，完成引线连接过程。键合点，完成引线连接过程。压头下降，焊球被锁定在端

5、部中央压头下降，焊球被锁定在端部中央压头上升压头上升压头高速运动到第二键合点，压头高速运动到第二键合点，形成弧形形成弧形在压力、温度的作用下形成连接在压力、温度的作用下形成连接1432第一键合点的形状在压力、温度作用下形成第二点连接在压力、温度作用下形成第二点连接压头上升至一定位置，送出尾丝压头上升至一定位置，送出尾丝引燃电弧，形成焊球引燃电弧，形成焊球进入下一键合循环进入下一键合循环夹住引线，拉断尾丝夹住引线，拉断尾丝5678第二键合点契形焊点契形焊点丝球焊点形状丝球焊点形状球形焊点球形焊点热压球焊点的外观热压球焊点的外观1.2.2 1.2.2 超声键合法（超声键合法（USBUSB） 原理：

6、原理： 对对Al丝施加超声波，对材料塑性变形产生的影响，类似丝施加超声波，对材料塑性变形产生的影响，类似于加热。超声波能量被于加热。超声波能量被Al中的位错选择性吸收，从而位错在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丝在很低的外力下即可处于塑性变形状态。性变形状态。 这种状态下变形的这种状态下变形的Al丝，可以使基板上蒸镀的丝，可以使基板上蒸镀的Al膜表面上形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。成的氧化膜破坏，露出清洁的金属表面，偏于键合。 特点：特点：适合细丝、粗丝以及金属扁带适合细丝、粗丝以及金属扁带

7、不需外部加热，对器件无热影响不需外部加热，对器件无热影响可以实现在玻璃、陶瓷上的连接可以实现在玻璃、陶瓷上的连接适用于微小区域的连接适用于微小区域的连接3. 定位（第定位（第2次键合）次键合）1. 定位（第一次键合）定位（第一次键合）超声压头超声压头Al 丝丝基板电极基板电极芯片电极芯片电极2. 键合键合加压加压超声波振动超声波振动4. 键合切断键合切断拉引拉引超声键合法工艺过程超声键合法工艺过程超声键合实物图超声键合实物图1.2.3 1.2.3 热超声键合法（热超声键合法（TSBTSB） 基理：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，利用超声机械振动带动丝与衬底上蒸镀的膜进行

8、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。扩散，实现金属键合。 工作原理：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丝的球形端头超声热压键合在基板的布线电极上。的布

9、线电极上。1.2.4 1.2.4 三种引线连接方法对比三种引线连接方法对比特性特性热压键合法热压键合法超声键合法超声键合法热超声键合法热超声键合法可用的丝质可用的丝质及直径及直径Au丝15100umAu丝，Al丝10500umAu丝15100um键合丝的切键合丝的切断方法断方法高电压（电弧）拉断拉断(超声压头)拉断(送丝压头)高电压(电弧)高电压（电弧）拉断优点优点键合牢固，强度高；在略粗糙的表面上也能键合；键合工艺简单无需加热；对表面洁净度不十分敏感；与热压键合法相比，可以在较低温度、较低压力下实现键合缺点缺点对表面清洁度很敏感；应注意温度对元件的影响对表面粗糙度敏感；工艺控制复杂需要加热；

10、与热压法相比工艺控制要复杂些其他其他适用于单片式LSI最适合采用Al丝适用于多芯片LSI的内部布线连接1.3 1.3 梁式引线法梁式引线法 定义：定义： 采用复式沉积方式在半导体硅片上制备出由多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电路实现连接 。 特点：特点： 主要在军事、宇航等要求长寿命和高可靠性的主要在军事、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，和实现高可靠性连接，缺

11、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。散热性能较差，且出现焊点不良时不能修补。芯片芯片梁式引线梁式引线基板基板电极电极热压接热压接梁式引线法示意图梁式引线法示意图2.0 2.0 倒装芯片（倒装芯片（FCBFCB）互连）互连 特点：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；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，实现了芯片和封装焊球直接完成芯片和封装间的电连接，实现了芯片和封装间最短的电连接通路，具有卓越的电气性能；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，芯片电极焊

12、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因此，封装密度几乎可以达到90%以上。以上。 定义：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。接。凸点凸点芯片芯片电极电极PCB倒装芯片法示意图倒装芯片法示意图钎焊钎焊在芯片上形成金属化层，在金属化层上制在芯片上形成金属化层，在金属化层上制作钎料合金凸点；作钎

13、料合金凸点；芯片面向下与基板上的金属化层对准；芯片面向下与基板上的金属化层对准；加热使钎料合金熔化，形成连接；加热使钎料合金熔化，形成连接；在芯片与基板之间填充树脂在芯片与基板之间填充树脂2.1 2.1 封装结构封装结构2.2.1 FCB2.2.1 FCBC4C4法法( (Controlled Collapse Chip Connection) 可控塌陷芯片互连原理：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。焊料凸点完全融化，润湿基板金属层，并与之反应。2.2.1 FCB2.2.1 FCB表层回流互连法表层回流互连法 原理：原理： 在在PCB金属焊盘上涂敷低温金属焊

14、盘上涂敷低温Pb/Sb焊膏，倒装上凸点芯片焊膏，倒装上凸点芯片后，只是低温焊膏再回流，高温后，只是低温焊膏再回流，高温Pb/Sb凸点却不熔化。凸点却不熔化。 自对准效应自对准效应 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。正常位置，回流过程结束后形成对准

15、良好的焊点。2.2.2 FCB2.2.2 FCB机械接触法机械接触法 机械接触法原理：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）属焊盘达到可靠的机械接触互连（并非焊接）适用于高适用于高I/O数数的微小凸点的微小凸点FCB。Au导体导体基板基板IC光固化光固化环氧树脂环氧树脂加压加压3.0 3.0 压接倒装互联技术压接倒装互联技术压接倒装互联技术利用表面电镀Au的树脂微球

16、进行连接的方式各向异性导电膜（浆料）连接方式Au凸点连接方式导电性粘结剂连接方式3.1 3.1 导电性粘结剂连接方式导电性粘结剂连接方式在芯片电极上形成在芯片电极上形成Au凸点，在基板上的电极上涂覆导电性凸点，在基板上的电极上涂覆导电性粘结剂，经压接实现电器连接。粘结剂，经压接实现电器连接。3.2 3.2 各向异性导电膜（浆料）连接方式各向异性导电膜（浆料）连接方式在芯片电极上形成在芯片电极上形成Au凸点，把各向异性导电膜凸点，把各向异性导电膜ACF夹于夹于IC芯片芯片与基板电极之间，加压，使凸点金属平面通过导电粒子压在基板与基板电极之间，加压，使凸点金属平面通过导电粒子压在基板焊盘上，靠金属微球的机械性接触实现电气连接，而其他方向焊盘上，靠金属微球的机械性接触实现电气连接，而其他方向（、平面）上因无连续的粒子球而不会导电（、平面）上因无连续的粒子球而不会导电多用于温度多用于温度要求不高的要求不高的LCD的凸点芯片的连接。的凸点芯片的连接。3.3 3.3 表面电镀表面电镀AuAu的树脂微球连接方式的树脂微球连接方式在芯片和基板之间夹入表面镀在芯片和基