电子制造中的微连接技术

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二层,第三层,第四层,第五层,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二层,第三层,第四层,第五层,*,*,2024/11/18,1,微连接在电子工业中的应用,连接是电子设备制造中的关键工艺技术，印制电路板上许多集成电路器件、阻容器件以及接插件等按照原理电路要求通过软钎焊,(Soldering),等方法连接构成完整的电路；在集成电路器件制造中，芯片上大量的元件之间通过薄膜互连工艺连接成电路，通过丝球键合,(Wire/Ball Bonding),、倒扣焊,(Flip Chip),等方式将信号端与引线框架或芯片载体上的引出线端相互连接，实现封装。连接同时起到电气互连和机械固定连接的作用，绝大多数采用钎焊、固相焊、精密熔化焊等冶金连接方法，也有导电胶粘接、记忆合金机械连接等方法。,2024/11/18,2,2024/11/18,3,2024/11/18,4,ASE F/E Flow,UV Tape,Wafer Mount,BG Tape,Wafer Taping,Wafer de-taping,BG Tape,Wafer Grinding,grind wheel,Frame,2024/11/18,5,Wafer Sawing,Die Attach,UVIrradiator,Epoxy Cure,Wire Bond,2024/11/18,6,封装是在器件周围形成一个确定形状的物体，提供电源、信号分配及调速、散热、保护等功能,2024/11/18,7,（,1,）零级封装,（,2,）一级封装,一级封装就是,IC,的封装。它是电子封装中最活跃、变化最快的领域。一级封装的种类繁多、结构多样。,2024/11/18,8,2024/11/18,9,（,3,）二级和三级封装,2024/11/18,10,2.3,电子制造中的微连接技术,2022/12/20,11,2.3.1,内引线,连,连接,微电子,器,器件中,固,固态电,路,路内部,互,互连线,的,的连接,，,，即芯,片,片表面,电,电极,(,金属化,层,层材料,，,，主要,为,为,Al),与引线,框,框架,(leadframe),之间的,连,连接。,按,按照内,引,引线形,式,式，可,分,分为丝,材,材键合,、,、梁式,引,引线技,术,术、倒,装,装芯片,法,法和载,带,带自动,键,键合技,术,术。,2.3.1.1,丝材键,合,合,(wirebonding),把普通,的,的焊接,能,能源（,热,热压、,超,超声或,两,两者结,合,合）与,健,健合的,特,特殊工,具,具及工,艺,艺（球,-,劈刀法,、,、楔,-,楔法）,相,相结合,，,，形成,了,了不同,的,的健合,方,方法，,从,从而实,现,现了直,径,径为,10,200,m,的金属,丝,丝与芯,片,片电极,金属,膜,膜之间,的,的连接,。,。该技,术,术通常,采,采用热,压,压、超,声,声和热,超,超声方,法,法进行,。,。,2022/12/20,12,（,1,）热压键合,通,通,过,过压力与加,热,热，使接头,区,区产生典型,的,的塑性变形,。,。热量与压,力,力通过毛细,管,管形或楔形,加,加热工具直,接,接或间接地,以,以静载或脉,冲,冲方式施加,到,到键合区。,只,只有金丝才,能,能保证键合,可,可靠性，但,对,对于,Au-Al,内引线键合,系,系统，在焊,点,点处又极易,形,形成导致焊,点,点机械强度,减,减弱的“紫,斑,斑”,(purple plague),缺陷。,2022/12/20,13,（,2,）,超声波键,合,合,利,利用,超,超声波的,能,能量，使,金,金属丝与,铝,铝电极在,常,常温下直,接,接键合。,由,由于键合,工,工具头呈,楔,楔形，故,又,又称楔压,焊,焊。超声,波,波振动平,行,行于键合,面,面，压力,垂,垂直于键,合,合面。超,声,声波能量,被,被金属丝,吸,吸收，使,金,金属丝发,生,生流变，,并,并破坏工,件,件表面氧,化,化层，暴,露,露出洁净,的,的表面，,在,在压力作,用,用下很容,易,易相互粘,合,合而完成,冷,冷焊。该,方,方法一般,采,采用,Al,或,Al,合金丝，,既,既可避免,Au,丝热压焊,的,的“紫班,”,”缺陷，,又,又降低了,生,生产成本,。,。缺点是,尾,尾丝不好,处,处理，不,利,利于提高,器,器件的集,成,成度，而,且,且实现自,动,动化的难,度,度较大，,生,生产效率,也,也比较低,。,。,2022/12/20,14,(3),丝材热超,声,声波键合,(wire thermocompressionbonding),利用热压,与,与超声波,两,两者的优,点,点，超声,波,波与热共,同,同作用，,一,一方面可,振,振动去膜,，,，另一方,面,面利用了,热,热扩散作,用,用，因此,，,，温度可,以,以低于热,压,压法。特,别,别适用于,难,难于连接,的,的厚膜混,合,合基板的,金,金属化层,。,。,2022/12/20,15,（,4,）丝球焊,丝材通过,空,空心劈刀,的,的毛细管,穿,穿出，然,后,后经过电,弧,弧放电使,伸,伸出部分,熔,熔化，并,在,在表面张,力,力作用下,成,成球形，,然,然后通过,劈,劈刀将球,压,压焊到芯,片,片的电极,上,上。该方,法,法一般采,用,用,Au,丝。近年,来,来，国际,上,上一直寻,求,求采用,Al,丝或,Cu,丝替代,Al,丝球焊，,到,到,80,年代，国,外,外,Cu,丝球焊已,在,在生产中,应,应用。国,内,内研制的,Cu,丝球焊装,置,置，采用,受,受控脉冲,放,放电式双,电,电源形球,系,系统，并,用,用微机控,制,制形球高,压,压脉冲的,数,数、频率,、,、频宽比,以,以及低压,维,维孤时间,，,，从而实,现,现了对形,球,球能量的,精,精确控制,和,和调节，,在,在氩气保,护,护条件下,确,确保了,Cu,丝形球质,量,量。,2022/12/20,16,打,线,线,结,结,合,合,(WireBonding),芯,片,片,焊,焊,盘,盘,框,架,架,焊,焊,盘,盘,银,胶,胶,/,胶,带,带,金,线,线,芯,片,片,TieBar,芯,片,片,俯,视,视,图,图,正,视,视,图,图,引,脚,脚,2022/12/20,17,2.3.1.2,梁引线,技,技术（,beam-leadbonding,）,采用复,式,式沉积,方,方式在,半,半导体,硅,硅片上,制,制备出,由,由多层,金,金属组,成,成的梁,，,，以这,种,种梁来,代,代替常,规,规内引,线,线与外,电,电路实,现,现连接,。,。这种,方,方法主,要,要在军,事,事、宇,航,航等要,求,求长寿,命,命和高,可,可靠性,的,的系统,中,中得到,应,应用。,其,其优点,在,在于提,高,高内引,线,线焊接,效,效率和,实,实现高,可,可靠性,连,连接，,缺,缺点是,梁,梁的制,造,造工艺,复,复杂，,散,散热性,能,能较差,，,，且出,现,现焊点,不,不良时,不,不能修,补,补。,2022/12/20,18,2.3.1.4,倒装,芯,芯片,法,法（,flip-chip,）随着,大,大规,模,模和,超,超大,规,规模,集,集成,电,电路,的,的发,展,展，,微,微电,子,子器,件,件内,引,引线,的,的数,目,目也,随,随之,增,增加,。,。丝,球,球焊,作,作为,一,一种,连,连接,技,技术,，,，不,论,论是,焊,焊接,质,质量,、,、还,是,是焊,接,接效,率,率都,不,不能,适,适应,大,大规,模,模生,产,产的,要,要求,，,，群,焊,焊技,术,术便,应,应运,而,而生,。,。倒,装,装芯,片,片法,在,在,60,年代,由,由,IBM,公司,开,开发,，,，主,要,要用,于,于厚,膜,膜电,路,路。,2022/12/20,19,Flip-ChipTechnology,GenericStructuresofFlip-ChipPackages,首先,在,在硅,片,片上,电,电极,处,处预,制,制钎,料,料凸,点,点，,同,同时,将,将钎,料,料膏,印,印刷,到,到基,板,板一,侧,侧的,引,引线,电,电极,上,上，,然,然后,将,将硅,片,片倒,置,置，,使,使硅,片,片上,的,的钎,料,料凸,点,点与,之,之对,位,位，,经,经加,热,热后,使,使双,方,方的,钎,钎料,熔,熔为,一,一体,，,，从,而,而实,现,现连,接,接并,同,同时,固,固定,基,基板,。,。这,种,种方,法,法适,用,用于,微,微电,子,子器,件,件小,型,型化,、,、高,功,功能,的,的要,求,求。,2022/12/20,20,金属凸台可,分,分为重熔的,和,和不可重熔,的,的两类。前,者,者用于再流,软,软钎焊，后,者,者用于热压,焊,焊。,FC,特点：,(1),较小封装外,形,形尺寸；,(2),提高电性能,(3),高,I/O,密度；,(4),改善疲劳性,能,能，提高可,靠,靠性；,(5),可对裸芯片,进,进行测试，,可,可至少拆装,10,次。,(6),但钎料凸点,制,制作复杂，,焊,焊后外观检,查,查困难。,2022/12/20,21,2.3.1.5,载带自动键,合,合技术（,TAB,）载带自动健,合,合技术于,1964,年由美国通,用,用电气公司,推,推出，是在,类,类似于胶片,的,的柔性载带,上,上粘结金属,薄,薄片，在金,属,属薄片上经,腐,腐蚀作出引,线,线框图形，,而,而后与芯片,上,上的凸点进,行,行连接。目,前,前的,TAB,中，广泛采,用,用的是电镀,Au,的,Cu,引线框和芯,片,片上的,Au,凸点，进行,热,热压焊接。,其,其优点是生,产,产效率高，,缺,缺点是工艺,也,也很复杂，,成,成本较高，,且,且芯片的通,用,用性差。,2022/12/20,22,TAB,的载带是由,一,一系列的复,制,制的内引线,图,图案所组成,。,。或者说,在长而窄的,薄,薄铜带上将,内,内引线图案,一,一一腐蚀出,来,来。其周围,有,有铜的框架,或,或由贴附其,上,上的聚酰亚,胺,胺薄,膜所支持。,这,这样铜带上,腐,腐蚀出的细,而,而扁平的指,式,式引线排便,可,可替代一般,引,引线技术的,导,导电丝,将器件芯片,上,上的,I/O,搭接片电连,接,接到外部世,界,界。载带的,边,边缘还被腐,蚀,蚀出与电影,胶,胶卷类似的,齿,齿孔,于是随带卷,的,的转动,引线的键合,便,便一步一步,自,自动进行。,TAB,2022/12/20,23,单层载带：,由,由蚀刻金属,制,制成。引线,长,长度受到限,制,制。,双层载带：,在,在聚合物上,镀,镀金属图案,。,。,三层载带：,Cu,箔与预先打,好,好孔的聚合,物,物薄膜用胶,粘,粘在一起，,然,然后刻蚀出,引,引线图案。,传,传送孔用模,具,具打出。,TAB,特点：,(1),引线间距更,小,小；,(2),能保证器件,的,的质量和可,靠,靠性；,(3),自动化程度,高,高；,(4),键合强度是,丝,丝材键合的,3-10,倍；,(5),良好的高频,特,特性和散热,特,特性；,(6),工艺复杂，,成,成本高，芯,片,片通用性差,。,。,2022/12/20,24,2.3.2,印刷,电,电路,板,板组,装,装中,的,的微,连,连接,技,技术,印刷,电,电路,板,板组,装,装是,指,指微,电,电子,器,器件,信,信号,引,引出,端,端（,外,外引,线,线）,与,与印,刷,刷电,路,路板,（,（,PCB,）上,相,相应,焊,焊盘,之,之间,的,的连,接,接。,自,自,1962,年日,本,本推,出,出陶,瓷,瓷基,板,板球,栅,栅阵,列,列（,CBGA,），,1966,年美,国,国,RCA,公司,推,推出,片,片式,电,电阻,、,、电,容,容，,1971,年,Phlips,公司,正,正式,提,提出,表,表面,组,组装,概,概念,，,，到,1991,年,Motorola,公司