13 芯片互连 - 热超声波键合《集成电路封装》教学课件

热超声波键合技术集成电路封装与测试目录/Contents01020304热超声波键合概述几种键合技术的对比引线键合的材料引线键合的工具热超声波键合（TSB）热超声波键合是热压键合与超声波键合的混合技术。在工艺过程中，先在金属线末端成球，再使用超声波脉冲进行金属线与金属接垫之间的接合。热压超声波键合工艺包括热压焊与超声焊两种形式的组合。可降低加热温度、提高键合强度、有利于器件可靠性。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，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，发生相互扩散，实现金属键合。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Au丝的球形端头超声热压键合在基板的布线电极上。热超声波键合（TSB）第一键合点：热超声波键合必须先在金属线末端成球。第二键合点使用超声波脉冲进行金属线与基板金属焊区的键合。此时，键合此过程中接合工具不被加热，仅给接合的基板加热(温度维持在100-150℃)。其目的是抑制键合界面的金属间化合物（类似于化学键，金属原子的价电子形成键）的成长，和降低基板高分子材料因高温产生形变。热超声波键合第一键合点第二键合点6名称过程温度压力强度热压焊在一定温度下，施加一定压力，劈刀带着引线与焊区接触并达到原子间距，从而产生原子间作用力，达到键合的目的。高于200℃0.5~1.5N/点0.05~0.09N超声焊劈刀在超声波的作用下，在振动的同时去除了焊区表面的氧化层，并与焊区达到原子间距，产生原子间作用，从而达到键合的目的。室温小于0.5N/点0.07N热声焊劈刀在加热与超声波的共同作用下，去除焊区表面的氧化层，达到键合的目的。小于200℃0.5N/点0.09~0.1N引线键合技术的对比7理想键合材料的特点a.能与半导体材料形成低电阻欧姆接触b.化学性能稳定，不会形成有害的金属间化合物c.与半导体材料接合力强d.可塑性好，容易实现键合e.弹性小，在键合过程中能保持一定的几何形状引线键合材料8引线键合材料铝线：铝-1%硅合金0.5-1%镁的铝线铝镁硅合金或铝铜合金金线：含5-100ppm铍含30-100ppm铜引线材料：金线、铝线、铜线、银线引线架：铁镍合金、复合金属、铜合金PCB或封装不能加热的情况之下；间距小于60micron.用量超过90%间距大于60micron。不同键合方法采用的键合材料不同：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。Al丝：其键合成本和温度较低，通常添加质量分数为1%的Si或1%的Mg以合金强化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。键合后不需密闭封装。表面清洁度是保证可靠连接和防止劈刀阻塞的重要因素。Au-Al系:是引线键合中最广泛使用的系统。引线键合材料10引线键合的工具多用于超声波键合多用于热压键合焊接工具负责固定引线、传递压力和超声能量、拉弧等。1、劈刀楔形键合所使用的焊接工具叫楔形劈刀,通常是钨碳或是碳钛合金,在劈刀尾部有一个呈一定角度