9微電子封裝技術(shù)第2講

微電子封裝技術(shù)第二講：

芯片怎么封裝什么是引線鍵合用金屬絲將芯片的I/O端（innerleadbondingpad:內(nèi)側(cè)引線端子）與對應(yīng)的封裝引腳或者基板上布線焊區(qū)（outerleadbondingpad:外側(cè)引線端子）互連，實(shí)現(xiàn)固相焊接過程，采用加熱、加壓和超聲能，破壞表面氧化層和污染，產(chǎn)生塑性變形，界面親密接觸產(chǎn)生電子共享和原子擴(kuò)散形成焊點(diǎn)，鍵合區(qū)的焊盤金屬一般為Al或者Au等，金屬細(xì)絲是直徑通常為20～50微米的Au、Al或者Si－Al絲。

低成本、高可靠、高產(chǎn)量等特點(diǎn)使得它成為芯片互連的主要工藝方法，用于下列封裝：

·陶瓷和塑料BGA、單芯片或者多芯片

·陶瓷和塑料(CerQuadsandPQFPs) ·芯片尺寸封裝(CSPs) ·板上芯片(COB)應(yīng)用范圍芯片互連例子采用引線鍵合的芯片互連兩種鍵合焊盤球形鍵合楔形鍵合

引線鍵合為IC晶片與封裝結(jié)構(gòu)之間的電路連線中最常使用的方法。主要的引線鍵合技術(shù)有超音波接合（UltrasonicBonding,U/SBonding）、熱壓接合(ThermocompressionBonding,T/CBonding)、與熱超音波接合(ThermosonicBonding,T/SBonding)等三種。三種鍵合（焊接、接合）方法

楔形鍵合其穿絲是通過楔形劈刀背面的一個小孔來實(shí)現(xiàn)的，金屬絲與晶片鍵合區(qū)平面呈30～60°的角度，當(dāng)楔形劈刀下降到焊盤鍵合區(qū)時(shí)，楔頭將金屬絲按在其表面，采用超聲或者熱聲焊而完成鍵合。球形鍵合過程1、毛細(xì)管(capillary)與焊盤(bondpad)對準(zhǔn)，把金線末端生成半徑為1.5～2倍金線半徑的球狀突起和毛細(xì)管口貼緊。2、毛細(xì)管降下，球狀突起與焊盤接觸，綜合壓力、加熱能量等使球狀突起變形成為焊點(diǎn)形狀。3、單點(diǎn)鍵合完成后，毛細(xì)管升起，金線從毛細(xì)管中抽出，隨毛細(xì)管移動到第二個焊盤上方。4、當(dāng)毛細(xì)管移到位后，用與焊第一點(diǎn)類似的技術(shù)，在襯底上形成楔形壓痕。5、毛細(xì)管上升，離開襯底。到某一預(yù)定高度，金線被夾緊，毛細(xì)管繼續(xù)上升。金線在最細(xì)處被拉斷。6、新的球狀突起在金線末端形成。一般使用電火花技術(shù)。鍵合過程結(jié)束。準(zhǔn)備下一鍵合過程。

鍵合接頭形貌球形鍵合第一鍵合點(diǎn)第二鍵合點(diǎn)楔形鍵合第一鍵合點(diǎn)第二鍵合點(diǎn)Assembly-WireBondingThebondpadsareconnectedtotheleadframefingersbygoldwireusingawirebonder.LeadframeDieWirebond邦定引線鍵合（WireBonding）鍵合材料金屬絲材料：Au、Al和Si-Al絲；金屬絲直徑：數(shù)十微米至數(shù)百微米；焊接方式：按焊接能量分：熱壓焊、超聲焊和熱聲焊三種。超聲波：60～120kHz熱壓焊的鍵合溫度：280～380oC，鍵合時(shí)間：1s超聲焊的鍵合時(shí)間：25ms，超聲波振動頻率：60～120kHz鍵合溫度：70～80oC熱聲焊150～200oC，鍵合時(shí)間：5~20ms按鍵合工具的形狀分：球形鍵合和楔形鍵合。材料選擇鍵合材料要有一定的擴(kuò)散常數(shù)，達(dá)到一定的焊接強(qiáng)度，但是不要在工作壽命內(nèi)生長太多：Gold-copper鍵合不要用于高溫應(yīng)用場合。Gold－Gold鍵合非?？煽?。Gold－Ag鍵合的長期高溫可靠性好。Silver-Al的應(yīng)用要小心。Aluminum－nickel鍵合在各種環(huán)境下都比較可靠。Aluminum—aluminum鍵合非?？煽俊ｃ~絲具有經(jīng)濟(jì)和在塑封過程中抗晃動的能力等優(yōu)點(diǎn)。鍵合表面的Ni、Cu和Cr的使用要小心。應(yīng)用－1

超細(xì)間距（60μm）QFP封裝的鍵合

低弧度鍵合25μm接地鍵合：球/楔疊層鍵合應(yīng)用－2應(yīng)用－3超細(xì)間距楔形鍵合40μm間距的第一和第二鍵合點(diǎn)40μm鍵合弧度.短線接地，長線接引腳.復(fù)合多次鍵合常常用于3D/疊裝的晶片鍵合引線鍵合指南第二鍵合接頭比較球形鍵合接頭DRAMCSP與WLCSP的封裝成本與芯片成本的大致比例

WL-CSP與傳統(tǒng)的封裝方式