集成电路芯片封装第2章-芯片互连技术
2第二章 互连技术WB
*微组装工艺*2引线键合技术WB 3载带自动焊接技术TAB 第二章芯片互连技术1概述4倒装焊技术FCB 5各种芯片互连方法的比较*微组装工艺*2.1概述芯片互连技术是将芯片直接与基板相连接的一种技术。
主要包括引线键合、载带自动焊接、倒装芯片技术。
半导体封装内部芯片和外部管脚以及芯片之间的连接起着确立芯片和外部的电气连接、确保芯片和外界之间的输入/ 输出畅通的重要作用,是整个后道封装过程中的关键。
半导体器件的失效约有1/4~1/3是由芯片互连引起的，芯片互连技术对器件长期使用的可靠性影响很大。
*微组装工艺*WB,TAB,FCB不单主要作为芯片—基板间的电气互连形式，而且还作为一种微电子封装形式，常称为“零级”封装。
从微电子封装今后的发展来看，将从有封装向少封装、无封装方向发展。
而无封装就是通常的裸芯片，若将这种无封装的裸芯片用WB,TAB,FCB的芯片互连方式直接安装到基板上，即称为板上芯片（COB）和板上TAB或板上FCB，这些统称为直接芯片安装（DCA）技术，它将在今后的微电子封装中发挥更重要的作用。
2.2 引线键合技术2.2.12.2.22.2.52.2.6*微组装工艺*一、引线键合技术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。
工作原理：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。
焊区金属一般为AL 或Au 金属丝。
多数是1微米至数百微米直径的Au 丝、AL 丝和Si-AL 丝。
2.2.1 引线键合技术*微组装工艺*布线端子*微组装工艺*引线键合技术的特点：引线键合以工艺实现简单、成本低廉、适用多种封装形式而在连接方式中占主导地位。
引线键合技术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。
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，但引线长、压焊过重、测试性差等问题容易引起互连失效。
集成电路封装与测试复习题（含答案）
集成电路封装与测试复习题(含答案)第1章集成电路封装概论2学时第2章芯片互联技术3学时第3章插装元器件的封装技术1学时第4章表面组装元器件的封装技术2学时第5章BGA和CSP的封装技术4学时第6章POP堆叠组装技术2学时第7章集成电路封装中的材料4学时第8章测试概况及课设简介2学时一、芯片互联技术1、引线键合技术的分类及结构特点？答：1、热压焊：热压焊是利用加热和加压力，使焊区金属发生塑性形变，同时破坏压焊界面上的氧化层，使压焊的金属丝与焊区金属接触面的原子间达到原子的引力范围，从而使原子间产生吸引力，达到“键合”的目的。
2、超声焊：超声焊又称超声键合，它是利用超声波(60-120kHz)发生器产生的能量，通过磁致伸缩换能器，在超高频磁场感应下，迅速伸缩而产生弹性振动经变幅杆传给劈刀，使劈刀相应振动；同时，在劈刀上施加一定的压力。
于是，劈刀就在这两种力的共同作用下，带动Al丝在被焊区的金属化层(如Al膜）表面迅速摩擦，使Al丝和Al膜表面产生塑性形变。
这种形变也破坏了Al层界面的氧化层，使两个纯净的金属面紧密接触，达到原子间的“键合”，从而形成牢固的焊接。
3、金丝球焊：球焊在引线键合中是最具有代表性的焊接技术。
这是由于它操作方便、灵活，而且焊点牢固，压点面积大，又无方向性。
现代的金丝球焊机往往还带有超声功能，从而又具有超声焊的优点，有的也叫做热(压)(超)声焊。
可实现微机控制下的高速自动化焊接。
因此，这种球焊广泛地运用于各类IC和中、小功率晶体管的焊接。
2、载带自动焊的分类及结构特点？答：TAB按其结构和形状可分为Cu箔单层带：Cu的厚度为35-70um，Cu-PI双层带Cu-粘接剂-PI三层带Cu-PI-Cu双金属3、载带自动焊的关键技术有哪些？答：TAB的关键技术主要包括三个部分：一是芯片凸点的制作技术；二是TAB载带的制作技术；三是载带引线与芯片凸点的内引线焊接和载带外引线的焊接术。
制作芯片凸点除作为TAB内引线焊接外，还可以单独进行倒装焊（ＦＣＢ）4.倒装焊芯片凸点的分类、结构特点及制作方法？答：蒸镀焊料凸点：蒸镀焊料凸点有两种方法，一种是C4 技术，整体形成焊料凸点；电镀焊料凸点：电镀焊料是一个成熟的工艺。
集成电路封装技术-封装工艺流程介绍
第二章 封装工艺流程
2.4.2 载带自动键合技术
TAB的关键技术
芯片凸点制作技术
TAB载带制作技术
载带引线与芯片凸点的内引线焊接和载带外引线 焊接技术
第二章 封装工艺流程
2.4.2 载带自动键合技术
TAB的关键技术--芯片凸点制作技术
一般工艺方法 将芯片反面淀积一定厚度的Au或Ni，同时在焊盘上淀积
Au-Pd-Ag和Cu的金属层。然后利用合金焊料将芯片焊接在 焊盘上。焊接工艺应在热氮气或能防止氧化的气氛中进行。
硬质焊料
合金焊料
软质焊料
第二章 封装工艺流程
2.3.3 导电胶粘贴法 导电胶是银粉与高分子聚合物〔环氧树脂〕的混合物。银
第二章 封装工艺流程
2.3.1共晶粘贴法 预型片法，此方法适用于较大面积的芯片粘贴。优点是
可以降低芯片粘贴时孔隙平整度不佳而造成的粘贴不完全 的影响。
第二章 封装工艺流程
2.3.2 焊接粘贴法
变形方式的不同，继而产生的各种应力。当材料在外力作用下不能产生位移时，它的几何形状和尺寸将发
在一点的集度焊称为接应粘力〔贴St法res是s〕利。物用体合由于金外反因而响变进形时行，芯在物片体粘内各贴局的部之方间法产生。相优互作点用是的内力， 应变方向平热行，传而导切应性力好的方。向与应变垂直。按照载荷〔Load〕作用的形式不同，应力又可以分为拉伸压
这三种连接技术对于不同的封装形式和集成电路芯片集成度的限制各有 打线键合适用引脚数为3-257；载带自动键合的适用引脚数为12-600；
第二章 封装工艺流程
2.4.1 打线键合技术
打线键合技术
超声波键合（Ultrasonic Bonding ,U/S bonding）
第二章-电子封装的基本工艺-PDF全
点面积大，无方向性，可自动化焊接。
三种引线键合的焊接拉力比较
热压焊：<0.05N/点 超声焊：>0.1N/点（Al丝, 40µm） 热超声焊：0.07-0.09N/点（Au丝, 25µm）
引线键合可能产生的失效
脱焊(lift-off)：原因是焊盘上存在有机沾污或是 表面氧化层太厚 疲劳断裂(fatigue break)：原因是生成金属间化 合物，使接触电阻增大。金属间化合物形成的同 时，在焊接点产生空洞，在热冲击、温度循环过 程中，空洞越来越大，导致焊点断裂。 （金属间化合物的生成是二种金属键合的关键， 金属间化合物的剪切强度比纯金和纯铝高。）
TAB的应用
主要应用在低成本，大规模生产的电子产品。
TAB的引线在九十年代： 200—300根，内引线间距50—80um，外引线
间距<0.3mm 2000年：达到800—1000根引线
2.2.3 倒装焊
倒装焊（FCB）是芯片面朝下，芯片焊区直接与基板 焊区直接互连的一种方法。
优点： • 互连线短，互连电容、电阻、电感小，适合高频高速器件； • 占基板的面积小，安装密度高； • 芯片焊区可面分布，适合高I/O器件； • 芯片安装和互连可以同时进行，工艺简单、快速，适合
1.热压焊：
利用加热和加压力使金属丝与Al或Au金属焊区压焊在一 起。 原理:使焊区金属塑性形变，破坏压焊界面氧化层，使金属 丝和焊区金属接触面产生原子间吸引力，达到键合的目的。 此外，界面上、下金属在加热加压下相互镶嵌。 焊接压力：0.5-1.5N/点 焊头温度：150℃ 芯片温度：>200℃ 缺点：高温：氧化，生成金属间化合物；
第二章 电子封装的基本工艺
集成电路封装和可靠性Chapter2-1-芯片互连技术【半导体封装测试】
UESTC-Ning Ning1Chapter 2Chip Level Interconnection宁宁芯片互连技术集成电路封装测试与可靠性UESTC-Ning Ning2Wafer InWafer Grinding (WG 研磨)Wafer Saw (WS 切割)Die Attach (DA 黏晶)Epoxy Curing (EC 银胶烘烤)Wire Bond (WB 引线键合)Die Coating (DC 晶粒封胶/涂覆)Molding (MD 塑封)Post Mold Cure (PMC 模塑后烘烤)Dejunk/Trim (DT 去胶去纬)Solder Plating (SP 锡铅电镀)Top Mark (TM 正面印码)Forming/Singular (FS 去框/成型)Lead Scan (LS 检测)Packing (PK 包装)典型的IC 封装工艺流程集成电路封装测试与可靠性UESTC-Ning Ning3⏹电子级硅所含的硅的纯度很高，可达99.9999 99999 %⏹中德电子材料公司制作的晶棒(长度达一公尺，重量超过一百公斤)UESTC-Ning Ning4Wafer Back Grinding⏹PurposeThe wafer backgrind process reduces the thickness of the wafer produced by silicon fabrication (FAB) plant. The wash station integrated into the same machine is used to wash away debris left over from the grinding process.⏹Process Methods:1) Coarse grinding by mechanical.(粗磨)2) Fine polishing by mechanical or plasma etching. (细磨抛光)UESTC-Ning Ning5旋转及振荡轴在旋转平盘上之晶圆下压力工作台仅在指示有晶圆期间才旋转Method:The wafer is first mounted on a backgrind tape and is then loaded to the backgrind machine coarse wheel . As the coarse grinding is completed, the wafer is transferred to a fine wheel for polishing .。
集成电路芯片封装第2章-芯片互连技术
➢ 一、引线键合技术（WB） 1、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。
2、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 超声波键合 热超声波（金丝球）键合
➢ 特点：低成本、高可靠、高产量等，WB成为芯片互 连主要工艺方法，用于下列封装:
➢ 三、倒装芯片键合技术（FCB） 1、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 ）
7、WB可靠性问题
1）金属间化合物形成——常见于Au-Al键合系统，紫斑 和白斑
2）引线弯曲疲劳——引线键合点跟部出现裂纹。 3）键合脱离——指键合点颈部断裂造成电开路。 4）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。
➢ 二、载带自动键合技术（TAB） 1、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。
2、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。
第二章芯片的互连技术PPT课件
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2.3载带自动焊(TAB)技术
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• 2.3.1发展概况
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2.3.2.TAB技术优点
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2.3.3.TA.TAB关键材料与关键技术
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2.3.5芯片凸点的制作
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2.3.6 TAB图形结构与载带制作技术
第二章芯片互连技术
• 2.1概述
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芯片互连技术分类
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2.2引线键合(WB) 技术
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WB的分类与特点
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You Know, The More Powerful You Will Be
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谢谢大家
荣幸这一路，与你同行
It'S An Honor To Walk With You All The Way
演讲人：XXXXXX
时 间：XX年* XX月XX日
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集成电路封装与测试复习题(含答案)
第1章集成电路封装概论2学时第2章芯片互联技术3学时第3章插装元器件的封装技术1学时第4章表面组装元器件的封装技术2学时第5章BGA和CSP的封装技术4学时第6章POP堆叠组装技术2学时第7章集成电路封装中的材料4学时第8章测试概况及课设简介2学时一、芯片互联技术1、引线键合技术的分类及结构特点？答：1、热压焊：热压焊是利用加热和加压力，使焊区金属发生塑性形变，同时破坏压焊界面上的氧化层，使压焊的金属丝与焊区金属接触面的原子间达到原子的引力范围，从而使原子间产生吸引力，达到“键合”的目的。
2、超声焊：超声焊又称超声键合，它是利用超声波(60-120kHz)发生器产生的能量，通过磁致伸缩换能器，在超高频磁场感应下，迅速伸缩而产生弹性振动经变幅杆传给劈刀，使劈刀相应振动；同时，在劈刀上施加一定的压力。
于是，劈刀就在这两种力的共同作用下，带动Al丝在被焊区的金属化层(如Al膜）表面迅速摩擦，使Al丝和Al膜表面产生塑性形变。
这种形变也破坏了Al层界面的氧化层，使两个纯净的金属面紧密接触，达到原子间的“键合”，从而形成牢固的焊接。
3、金丝球焊：球焊在引线键合中是最具有代表性的焊接技术。
这是由于它操作方便、灵活，而且焊点牢固，压点面积大，又无方向性。
现代的金丝球焊机往往还带有超声功能，从而又具有超声焊的优点，有的也叫做热(压)(超)声焊。
可实现微机控制下的高速自动化焊接。
因此，这种球焊广泛地运用于各类IC和中、小功率晶体管的焊接。
2、载带自动焊的分类及结构特点？答：TAB按其结构和形状可分为Cu箔单层带：Cu的厚度为35-70um，Cu-PI双层带Cu-粘接剂-PI三层带Cu-PI-Cu双金属3、载带自动焊的关键技术有哪些？答：TAB的关键技术主要包括三个部分：一是芯片凸点的制作技术；二是TAB载带的制作技术；三是载带引线与芯片凸点的内引线焊接和载带外引线的焊接术。
制作芯片凸点除作为TAB内引线焊接外，还可以单独进行倒装焊（ＦＣＢ）4.倒装焊芯片凸点的分类、结构特点及制作方法？答：蒸镀焊料凸点：蒸镀焊料凸点有两种方法，一种是C4 技术，整体形成焊料凸点；电镀焊料凸点：电镀焊料是一个成熟的工艺。
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➢ 一、引线键合技术（WB） 1、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。
2、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 超声波键合 热超声波（金丝球）键合
➢ 特点：低成本、高可靠、高产量等，WB成为芯片互 连主要工艺方法，用于下列封装:
7、WB可靠性问题
1）金属间化合物形成——常见于Au-Al键合系统，紫斑 和白斑
2）引线弯曲疲劳——引线键合点跟部出现裂纹。 3）键合脱离——指键合点颈部断裂造成电开路。 4）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。
➢ 二、载带自动键合技术（TAB） 1、载带自动键合（TAB）技术概述
6、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。
·陶瓷和塑料BGA、SCP和MCP ·陶瓷和塑料封装QFP ·芯片尺寸封装 (CSP)
3、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。
4、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
第一键合点
第二键合点
5、引线键合技术实例
采用导线键合的芯片互连
6、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） ➢ 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。
3、TAB技术工艺流程
3、TAB技术工艺流程
4、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。
TAB关键技术-凸点制作
5、载带制作工艺实例—Cu箔单层带
1）冲制标准定位传送孔
2） Cu箔清洗 3） Cu箔叠层
50~70 µm
4）Cu箔涂光刻胶（双面）
➢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。 ➢ 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。
3、TAB技术工艺流程
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。
2、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。
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。
8、TAB技术的关键材料
9、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（3-10倍） 8）TAB采用标准化卷轴长带，对芯片蚀形成Cu线图样
6）导电图样Cu镀锡退火
6、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”。
➢TAB关键技术-封胶保护
环氧树脂： 盖印或点胶
➢ 三、倒装芯片键合技术（FCB） 1、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 ）
3、WB技术作用机理
（1）超声波键合：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 。 （2）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。 （3）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。
第2章 封装工艺流程 ——芯片互连技术
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
➢转移成型技术（Transfer Molding）、喷射成型技术 （Inject Molding）、预成型技术（Pre-Molding）
3.常见芯片互连方法有哪些？
主要内容
➢ 一、引线键合技术（WB） ➢ 二、载带自动键合技术（TAB） ➢ 三、倒装芯片键合技术（FCB）
然后，筛选与测试
7、外引线键合 OLB
测试完成
8、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。
8、TAB技术的关键材料
2）TAB金属材料 制作TAB引线图形的金属材料常用Cu箔，少数