键合技术2013-12-2
PC微流控芯片黏接筋与溶剂的协同辅助键合
PC微流控芯片黏接筋与溶剂的协同辅助键合范建华;邓永波;宣明;刘永顺;武俊峰;吴一辉【摘要】为了在微流控芯片上形成封闭的微通道等功能单元,克服热压键合中微流控结构的塌陷和热压所致芯片微翘曲对后续键合的影响,提出了一种适用于硬质聚合物微流控芯片的黏接筋与溶剂协同辅助的键合方法.以聚碳酸酯(PC)微流控芯片为研究对象,通过热压法在PC微流控芯片上的微通道两侧制作凸起的黏接筋,通过化学溶剂丙酮微溶PC圆片的表面,然后将PC圆片与带有黏接筋的PC微流控芯片贴合、加压、加热,从而实现微流控芯片的键合.分析了键合机理,并对键合工艺参数进行了优化.实验结果表明:键合质量受丙酮溶剂溶解PC圆片的时间和键合温度的影响,能够保证键合质量的最佳键合温度为80～90°,溶解时间为35～45 s,芯片的键合总耗时为3 min.与已有键合工艺相比,所提出的黏接筋与溶剂辅助键合工艺有效提高了键合效率.该键合方法不仅适用于具有不同宽度尺寸微通道的微流控芯片,还可扩展用于不同材料的硬质聚合物微流控芯片.【期刊名称】《光学精密工程》【年(卷),期】2015(023)003【总页数】6页(P708-713)【关键词】微流控芯片;键合工艺;黏接筋;聚碳酸酯;丙酮溶剂;热压【作者】范建华;邓永波;宣明;刘永顺;武俊峰;吴一辉【作者单位】中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033;中国科学院大学,北京100049;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033;中国科学院大学,北京100049;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033【正文语种】中文【中图分类】TQ320.66;TN4051 引言微流控芯片被称为芯片实验室（lab on a chip），可把生化检测所涉及的样品制备、定量进样、液体混合、生化反应、分离检测等基本功能集成在几平方厘米的芯片上［1－2］，是取代常规化学、生物实验室功能的一种便携、低成本、高精度、高通量技术平台。
多结太阳电池用键合技术
多结太阳电池用键合技术张无迪;王赫;刘丽蕊;孙强;肖志斌【摘要】介绍了使用键合技术制备高效多结太阳电池的方法,即在不同材料衬底依次外延生长晶格匹配子电池,再通过键合技术将二者集成至一起.着重介绍了多种实现子电池集成的键合技术,并分析了其技术特点.%Fabrication method of high-efficiency multi-junction solar cells applying wafer bonding technology was ttice-matched sub-cells were grown on different material substrate by epitaxy,then the tandem sub-cells were combined through wafer bonding technology.Several different wafers bonding technology for realization of sub-cells combination were emphatically introduced,the characteristics of these technology was analyzed as well.【期刊名称】《电源技术》【年(卷),期】2017(041)009【总页数】4页(P1315-1318)【关键词】键合;多结太阳电池;晶格匹配【作者】张无迪;王赫;刘丽蕊;孙强;肖志斌【作者单位】中国电子科技集团公司第十八研究所,天津300384;中国电子科技集团公司第十八研究所,天津300384;中国电子科技集团公司第十八研究所,天津300384;中国电子科技集团公司第十八研究所,天津300384;中国电子科技集团公司第十八研究所,天津300384【正文语种】中文【中图分类】TM914Abstract:Fabrication method of high-efficiency multi-junction solar cells applying wafer bonding technology was ttice-matched sub-cells were grown on different material substrate by epitaxy,then the tandem sub-cells were combined through wafer bondingtechnology.Several different wafers bonding technology for realization of sub-cells combination were emphatically introduced,the characteristics of these technology was analyzed as well.Key words:wafer bonding;multi-junction solar cells;lattice-matched晶片键合(Wafer bonding)技术是将不同材料的晶片结合在一起，用以生产半导体新型器件和微型原件的技术。
圆片键合方法研究进展
摘要:本文将圆片键合的各种方法分为三类：无中介层键合、有中介层键合、低温键合。
并对其优缺点及各种改进方法进行了分析，为圆片级键合的应用和设计提供了可靠思路。
关键词:阳极键合熔融键合共晶键合黏着键合玻璃浆料键合热压键合1概述键合是半导体制造过程中一种不可或缺的技术，绝大多数电子产品的材料、结构间机械及电气的连接都会用到键合技术。
它是把两片完整的圆片，包括裸片及已经制备好的器件，通过直接或间接的方法形成良好接触的一种半导体制造技术[1]。
圆片键合是一种把大尺寸圆片材料一次性集成在一起的新兴微电子制造技术，在IC、微机电系统和封装中的应用日益广泛。
圆片键合方法按照有没有中介层可以分为两类：有中介层键合方法及无中介层键合方法。
其中有中介层键合方法包括黏着键合、共晶键合、玻璃浆料键合及热压键合四种。
无中介层键合方法包括静电键合/阳极键合和圆片熔融键合/直接键合；若按照温度高低可分为高温键合及低温键合两类。
2有中介层键合2.1共晶键合共晶键合是让两种金属熔合为合金并固化，且使其重新凝固后的混合物能形成晶体结构。
常用于共晶键合的金属材料有AuSn、AuSi、CuSn、AuGe及AlGe等。
共晶键合过程中，基片上的金属层在特定温度下相互熔合。
合金温度决定了合金的沉积量或金属层厚度。
金属材料熔化会使金属层在结合面处加速混合及消耗，并且金属可以形成流体状态从而能使其界面上的区域平坦化。
最终能在界面处形成一个稳定的熔融金相。
该方法的优点是对键合表面的平整度、形貌和洁净度的要求不高，即使在表面起伏较大甚至存在颗粒的情况下，也可以形成良好键合。
陈继超等人利用银锡共晶键合技术实现了MEMS压力传感器的气密封装。
他们对Ag-Sn共晶键合工艺中3个参数：加热温度、加热时间和静载荷大小做了对比实验与分析。
实验结果表明，温度为230℃、加热时间为15min、静载荷为0.0039MPa~0.0078MPa时都能达到较好效果[2]。
2.2黏着键合黏着键合是使用黏合剂将圆片键合的一种技术。
引线键合
热压焊：金属线过预热至约300至400℃的氧化铝(Al2O3)或 碳 化 钨 （ WC） 等 耐 火 材 料 所 制 成 的 毛 细 管 状 键 合 头 （Bonding Tool/Capillary,也称为瓷嘴或焊针），再以电火 花或氢焰将金属线烧断并利用熔融金属的表面张力效应使 线之末端成球状（其直径约金属线直径之2倍），键合头 再将金属球下压至已预热至约150至250℃的第一金属焊盘 上进行球形结合（Ball Bond）。在结合时，球点将因受压 力而略为变形，此一压力变形之目的在于增加结合面积、 减低结合面粗糙度对结合的影响、穿破表面氧化层及其他 可能阻碍结合之因素，以形成紧密之结合。
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底面角
4 degree 专门设计用于解决8度或者0度的问题， 建议使用小的键合头
8 degree 一般用途，很好的第二键合点丝线截断能力 15 degree 仅仅用于热压焊，使用较少
30
5
键合头直径 （T）
主要影响第二键合点的强度， 在允许的范围内应该尽可能大， 小键合头适合于较密（细间距） 键合， 小键合头适合于手工操作。
35
36
6
2013/1/14
铝丝
• 纯铝太软而难拉成丝，一般加入 1% Si 或者1% Mg以提 高强度。 • 室温下1% 的Si 超过了在铝中的溶解度，导致Si的偏析， 偏析的尺寸和数量取决于冷却数度，冷却太慢导致更多 的Si颗粒结集。Si颗粒尺寸影响丝线的塑性，第二相是疲 劳开裂的萌生潜在位置。 • 掺1%镁的铝丝强度和掺1% 硅的强度相当。 • 抗疲劳强度更好，因为镁在铝中的均衡溶解度为2%,于 是没有第二相析出。
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2013/1/14
键合头镀层
光滑涂层 • 较长的使用寿命 ， • 要进行抛光 ， • 使得第二键合点光亮， • 减少金属的残留和聚集
2_2_联咪唑并_5_6_f_邻菲罗啉及其铜配合物的合成_孙允凯
3结论
通过将邻菲罗啉氧化制备了 1，10-邻菲罗啉5，6-二酮，又将该二酮与 2-咪唑醛和醋酸铵在冰 乙酸的环境下反应，制得 2，2'-联咪唑并［5，6-f］ 邻菲罗啉，讨论了影响该反应的一些因素，并将反 应进行了优化，找到比较合适的合成条件． 将该产 物与硝酸铜在氨水中反应，制得铜配合物，用 IＲ 对产物进行了表征． 根据对 IＲ 图谱的分析，推测 了两种可能的 BGP 与铜离子形成配合物的结构． 为以后进一步研究该配合物的光学性能和对 DNA 的切割活性，提供了物质基础．
第 27 卷第 4 期 2013 年 12 月
南华大学学报（ 自然科学版） Journal of University of South China（ Science and Technology）
文章编号： 1673 － 0062（ 2013） 04 － 0082 － 04
Vol. 27 No. 4 Dec. 2013
1，10-邻菲罗啉-5，6-二酮合成路线见图 1．
图 1 1，10-邻菲罗啉-5，6-二酮的合成路线 Fig． 1 The synthesis method of 1，10-phenan
throline-5，6-dione
在装有 100 mL 恒压滴液漏斗、尾气吸收装置 和冷 凝管的100 mL三口瓶中加入磁子、4． 0 g 邻
图 5 DIONE、BGP 和 Copper complex 的 IＲ 图谱 Fig． 5 Infrared spectrogram of DIONE，BGP and Copper complex
第 27 卷第 4 期
孙允凯等： 2，2'-联咪唑并［5，6-f］邻菲罗啉及其铜配合物的合成
卤键：阴离子识别的新宠-从有机相到水相的飞跃
卤键：阴离子识别的新宠-从有机相到水相的飞跃庞雪【摘要】卤键是指共价键合的卤原子的亲电区域与分子亲核区域的吸引相互作用。
近年来卤键的发展用飞速来形容一点也不为过，但是卤键在溶液中尤其是水相中的应用却凤毛麟角，卤键究竟能否像氢键一样应用于水溶液中呢？这也成为卤键发展过程中的一个至关重要的问题。
设计高选择性与亲合性的受体分子在水溶液中进行阴离子识别是一个挑战性的问题。
该文基于最近Paul Beer课题组在Nature Chemistry发表的文章，对卤键在水溶液中的阴离子识别过程进行了详细评述。
%The halogen bond refers to a net attractive interaction between an electrophilic region associated with a halogen atom in a molecular entity and a nucleophilic region in another or the same molecular entity. In recent years, the halogen bond has undergone a dramatic development. However, the application of XB in solution especially in water is so limited. Then whether XB, like hydrogen bond, can use in the water or not? It concerns the further development of XB. More important, the design of receptors with strong and selective recognition of anions in water remains a significant challenge. Based on the paper in Nature Chemistry by Beer's group, the application of XB in molecular recognition in solution especially in water is reviewed.【期刊名称】《化学传感器》【年(卷),期】2015(035)004【总页数】6页(P29-34)【关键词】卤键;氢键;阴离子识别;拟轮烷结构;水相【作者】庞雪【作者单位】北京市八一学校，北京100080【正文语种】中文生物体系中分子识别过程的重要特点之一就是在水溶液环境完成。
金丝键合工艺培训
2. 二焊异常&问题：
二焊焊不上&二焊翘起 二焊焊偏 锁球&植球不良 有尾丝&尾丝过长
3. 线弧异常&问题：
金丝坍塌 金丝短路（碰线） 金丝倒伏
4. 其它：
断线 颈部受损 金线受损
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依照焊线图将已经黏附在导线架（Leadfream） 上的晶粒（Die）焊垫（Bond Pad）焊上金线以 便导线架外脚与内脚能够连接，使晶粒所设计的 功能能够正常的输出。
金丝（gold wire)
一焊 （Pad)
二焊 （Lead)
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Chamfer径的影响
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Chamfer Angle的影响
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线弧的形成
pad
lead
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线弧的形成
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线弧的形成
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键合金丝规格参数表
文件名称：希雨科技键合金丝技术规格书书 文件类型：技术文件 页码：第 4 页 共7页
生效日期：2013/12/10
根据GB/T 15077-1994和SJ/T 10626-1995规定的试验方法进行检验。
5.5 表面质量的检验 用电子光学显微镜进行100%检验。 5.6 回弹高度的检验 打开聚光灯，将线轴装到放线仪的水平固定架上。用镊子揭开线轴始端的粘贴胶带，旋 转线轴往下放丝，放出大约 1500mm～2000mm的金丝后，在接近放线仪水平固定架的轴线 50mm～100mm处，用镊子轻轻夹住金丝，缓慢转动线轴继续往下放丝，直至放丝后的垂直长 度为 1000mm±5mm，用剪子从镊子处剪断金丝，通过钢卷尺测出金丝自由端垂直回弹的高度。 5.7 轴向扭曲的检验 打开聚光灯，将线轴装到放线仪的水平固定架上，用镊子揭开线轴始端的粘贴胶带，然 后用镊子夹住始端，轻轻地拉动金丝，同时旋转线轴往下放丝，直至放丝后的长度为1000mm ±5mm。然后轻轻地将始端提到线轴的轴线部位，形成一个垂直的U形，保持这个状态10s～ 20s，在此期间，如果U形两边相互扭转缠绕，则表明有轴向扭曲，如果U形环自由垂吊，则 表明没有轴向扭曲。试验过程中，镊子应不能松开和转动。 5.8 放丝性能的检验 将线轴装到自动放线仪固定架上。用镊子剥开线轴始端的粘贴胶带，轻轻拉出50mm～ 100mm的金丝后，松开镊子，在此期间，记录停点的个数。由于线轴法兰边及法兰边上的胶 带迹影响而造成的停点，不应作为判断依据。 5.9 单轴金丝的长度偏差检验 5.9.1 将绕有规定长度 L 金丝的线轴放在精度为 1/100mg的高精度电子天平上称重，得其 重量值 G1； 5.9.2 放掉金丝，将线轴称重，得其重量值 G2； 5.9.3 G1- G2 即为金丝的净重 G，如此重复 7 次，得其平均重量值 m； 5.9.4 根据 V=m/ρ及利用 5.4条求得的金丝直径，求得实际金丝长度值 L1，L1-L即为单轴 金丝的长度偏差值。 6 检验规则
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• 特点：
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 和实现高可靠性连接，缺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。
芯片 梁式引线
电极
基板
热压接
梁式引线法示意图
2.0 倒装芯片（FCB）互连
• 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 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 接。
微互连技术
——各种微互连方式简介
目录
• 裸芯片微组装技术
• 倒装焊微互连技术 • 压接倒装互连技术
1.0 裸芯片微组装技术
定义：将芯片直接与基板相连接的一种技术。
载带自动键合法 引线连接法 裸芯片微组装 梁式引线法 倒装芯片法
1.1 载带自动键合法（TAB）
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。 载带：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 要载于其上。 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 带孔，所以载带的送进、定位均 可由流水线自动进行，效率高， 适合于批量生产。
1.2.2 超声键合法（USB）
• 原理： 对Al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Al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Al丝在很低的外力下即可处于塑 性变形状态。 这种状态下变形的Al丝，可以使基板上蒸镀的Al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。
加热键合压头
键合凸点
送带板
芯片载带
电子蜡层
芯片
送片台
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
引线
IC
聚酰亚胺载带
切断、冲压成型
安装
焊料 基板 焊盘
热压键合
加热键合压头
外侧引线键合操作
1.2 引线连接法（WB）
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。 热压键合法 引线连接技术
凸点 电极
芯片面向下与基板上的金属化层对准；
PCB
钎焊
加热使钎料合金熔化，形成连接；
倒装芯片法示意图
在芯片与基板之间填充树脂
2.2.1 FCB－C4法(Controlled Collapse Chip Connection)
• 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。
1.2.3 热超声键合法（TSB）
• 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。
布线端子
引线
芯片 布线板
超声键合法 热超声键合法
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。
1.2.1 引线连接法-热压键合（TCB）
定义： 利用微电弧使φ25~φ50um的Au丝端头熔化成球状,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,形成第1键 合点。 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2键合点，完成引线连接过程。
2.2.1 FCB－表层回流互连法
• 原理：
在PCB金属焊盘上涂敷低温Pb/Sb焊膏，倒装上凸点芯片 后，只是低温焊膏再回流，高温Pb/Sb凸点却不熔化。
• 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 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 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。
3.3 表面电镀Au的树脂微球连接方式
在芯片和基板之间夹入表面镀Au的树脂微球，同时在间隙中填 充树脂，然后加大芯片和基板间的压力，使树脂微球呈稍稍压扁 的状态，并在这种状态下使树脂固化，从而获得电气及机械连接。
3.4 Au凸点连接方式
在芯片电极上形成Au凸点，利用绝缘树脂的压缩应力，实现 Au凸点与基板一侧电路图形的电气连接。
2.2.2 FCB－机械接触法
• 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 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 属焊盘达到可靠的机械接触互连（并非焊接）——适用于高I/O数 的微小凸点FCB。
加压
IC Au 光固化 环氧树脂 基板
导体
3.0 压接倒装互联技术
• 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； 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； 芯片电极焊接点除边缘分布外，还可以设计成阵列分布， 因此，封装密度几乎可以达到90%以上。
2.1 封装结构
芯片
在芯片上形成金属化层，在金属化层上制 作钎料合金凸点；
键合牢固，强度高； 无需加热；对 在略粗糙的表面上 表面洁净度不 也能键合；键合工 十分敏感； 艺简单 对表面清洁度很敏 感；应注意温度对 元件的影响 适用于单片式LSI 对表面粗糙度 敏感；工艺控 制复杂 最适合采用Al 丝
缺点
其他
1.3 梁式引线法
• 定义：
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 电路实现连接 。
1.2.4 三种引线连接方法对比
特性 热压键合法
Au丝 φ15～φ100um
超声键合法
Au丝，Al丝 Φ10～φ500um
热超声键合法
Au丝 Φ15～φ100um
可用的丝质 及直径
键合丝的切 断方法 优点
高电压（电弧） 拉断
拉断(超声压头) 高电压（电弧） 拉断(送丝压头) 拉断 高电压(电弧) 与热压键合法相比， 可以在较低温度、 较低压力下实现键 合 需要加热；与热压 法相比工艺控制要 复杂些 适用于多芯片LSI 的内部布线连接
1
2
压头下降，焊球被锁定在端部中央
在压力、温度的作用下形成连接
3
4
压头上升
压头高速运动到第二键合点， 形成弧形
第一键合点的形状
5
6
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
7
8
夹住引线，拉断尾丝
引燃电弧，形成焊球 进入下一键合循环
第二键合点
球形焊点
契形焊点
丝球焊点形状
热压球焊点的外观
• 特点： 适合细丝、粗丝以及金属扁带 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 适用于微小区域的连接
超声压头 Al 丝
加压 超声波振动
基板电极 芯片电极
1. 定位（第. 定位（第2次键合）
4. 键合－切断
超声键合法工艺过程
超声键合实物图
导电性粘结剂连接方式 各向异性导电膜（浆料）连接方式 压接倒装互联技术
利用表面电镀Au的树脂微球进行连接的方式
Au凸点连接方式
3.1 导电性粘结剂连接方式
在芯片电极上形成Au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。
3.2 各向异性导电膜（浆料）连接方式
在芯片电极上形成Au凸点，把各向异性导电膜ACF夹于IC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 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 （ｘ、ｙ平面）上因无连续的粒子球而不会导电——多用于温度 要求不高的LCD的凸点芯片的连接。