1、3.1 3.1 概述概述 3.3.1 WB3.3.1 WB的分类与特点的分类与特点 3.3.2 3.3.2 引线键合的主要材料引线键合的主要材料 3.3.3 Au-Al3.3.3 Au-Al焊接的问题及其对策焊接的问题及其对策3.4 3.4 载带自动焊（载带自动焊（TABTAB）技术）技术 3.4.1 TAB3.4.1 TAB技术的发展状况技术的发展状况 3.4.2 TAB3.4.2 TAB技术的优点技术的优点3.4.3 TAB3.4.3 TAB的分类的分类 3.4.4 TAB3.4.4 TAB技术的关键材料和关键技术技术的关键材料和关键技术3.4.5 TAB3.4.5 TAB芯片凸点的设计制
2、作要点芯片凸点的设计制作要点3.4.6 TAB3.4.6 TAB载带的设计要点载带的设计要点 3.4.7 TAB3.4.7 TAB载带的制作技术载带的制作技术3.4.8 TAB3.4.8 TAB的焊接技术的焊接技术 3.4.9 TAB3.4.9 TAB的可靠性的可靠性3.4.10 3.4.10 凸点载带自动焊（凸点载带自动焊（BTABBTAB）简介）简介3.4.11 TAB3.4.11 TAB的应用的应用 3.5.1 3.5.1 芯片凸点下多层金属化和凸点类别芯片凸点下多层金属化和凸点类别 3.5.2 3.5.2 芯片凸点的制作工艺芯片凸点的制作工艺 3.5.3 FCB3.5.3 FCB互连基
3、板的金属焊区制作互连基板的金属焊区制作 3.5.4 3.5.4 凸点芯片的倒装焊接工艺凸点芯片的倒装焊接工艺3.5.5 3.5.5 倒装焊接后的芯片下填充倒装焊接后的芯片下填充3.5.6 C43.5.6 C4技术与技术与DCADCA技术的重要性技术的重要性3.6 3.6 埋置芯片互连埋置芯片互连后布线技术后布线技术3.7 3.7 芯片互连方法的比较芯片互连方法的比较3.1 3.1 概述概述 在微电子封装中，半导体器件的失效约有在微电子封装中，半导体器件的失效约有1/41/31/41/3是由芯片互连引起的，是由芯片互连引起的，故芯片互连对器件长期使用的可靠性影响很大。在传统的故芯片互连对器件长期
4、使用的可靠性影响很大。在传统的WBWB中，互连引起的失中，互连引起的失效主要表现为引线过长，与裸芯片易搭接短路，烧毁芯片；压焊过重，引线过效主要表现为引线过长，与裸芯片易搭接短路，烧毁芯片；压焊过重，引线过分变形，损伤引线，容易造成压焊处断裂；压焊过轻，或芯片焊区表面太脏，分变形，损伤引线，容易造成压焊处断裂；压焊过轻，或芯片焊区表面太脏，导致虚焊，压焊点易于脱落；压焊点压偏，或因此键合强度大为减小，或造成导致虚焊，压焊点易于脱落；压焊点压偏，或因此键合强度大为减小，或造成压焊点间距过小而易于短路；此外，压点处留丝过长，引线过紧、过松等，均压焊点间距过小而易于短路；此外，压点处留丝过长，引线过
5、紧、过松等，均易引起器件过早失效。易引起器件过早失效。在在TABTAB和和FCBFCB中也存在中也存在WBWB中的部分失效问题，同时也有它们自身的特殊问题，中的部分失效问题，同时也有它们自身的特殊问题，如由于芯片凸点的高度一致性差，群焊时凸点形变不一致，从面造成各焊点的如由于芯片凸点的高度一致性差，群焊时凸点形变不一致，从面造成各焊点的键合强度有高有低；由于凸点过低，使集中于焊点周围的热应力过大，而易造键合强度有高有低；由于凸点过低，使集中于焊点周围的热应力过大，而易造成钝化层开裂；成钝化层开裂；WBWB、TABTAB和和FCBFCB不单主要作为芯片不单主要作为芯片基板间的电气互连形式，而且基
6、板间的电气互连形式，而且还作为一种微电子封装形式，常称为零级还作为一种微电子封装形式，常称为零级“封装封装”。从微电子封装今后。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，若将这种无封装常的裸芯片，若将这种无封装（未进行一级封装）（未进行一级封装）的裸芯片用的裸芯片用WBWB、TABTAB、FCBFCB的芯片互连方式直接安装到的芯片互连方式直接安装到PWBPWB基板上，即称为板上芯片和板上基板上，即称为板上芯片和板上TABTAB或板上或板上FCBFCB，这些统称为直接芯片安装（，这些统称
7、为直接芯片安装（DCADCA）技术，它将在今后的微电）技术，它将在今后的微电子封装中发挥更重要的作用。子封装中发挥更重要的作用。零级封装强调的是芯片与各级封装之间电路的连通工艺（如芯片焊零级封装强调的是芯片与各级封装之间电路的连通工艺（如芯片焊区与引脚、基板焊区或区与引脚、基板焊区或PWBPWB焊区的连接，但不包含引脚与焊区的连接，但不包含引脚与PWBPWB的连接，后的连接，后者属于二级封装），可以在不同的封装形式中存在，如者属于二级封装），可以在不同的封装形式中存在，如DIPDIP、PGAPGA、QFPQFP、BGABGA和和DCADCA等等。零级封装与一级、二级和三级封装的共同作用使得芯片
8、等等。零级封装与一级、二级和三级封装的共同作用使得芯片实现其可靠的功能。实现其可靠的功能。由于人们已经对由于人们已经对WBWB有普遍的深入了解，本章只作简要的介绍；而对有普遍的深入了解，本章只作简要的介绍；而对国际上正在开发、应用、发展的国际上正在开发、应用、发展的TABTAB和和FCBFCB将详细论述。将详细论述。芯片焊区与封装引脚的键合一般使用芯片焊区与封装引脚的键合一般使用WBWB技术；芯片焊区与基板技术；芯片焊区与基板焊区或焊区或PWBPWB焊区之间的键合可以应用焊区之间的键合可以应用WBWB、TABTAB和和FCBFCB的方式。芯片焊的方式。芯片焊区与引脚、基板焊区的连接属于一级封装
9、的芯片互连，而与区与引脚、基板焊区的连接属于一级封装的芯片互连，而与PWBPWB焊焊区的连接属于二级封装的芯片互连。区的连接属于二级封装的芯片互连。3.2 3.2 芯片粘接芯片粘接 芯片的焊接是指半导体芯片与载体形成牢固的、传导性或绝缘性芯片的焊接是指半导体芯片与载体形成牢固的、传导性或绝缘性连接的方法。焊接层除了为器件提供机械连接和电连接外，还须为器连接的方法。焊接层除了为器件提供机械连接和电连接外，还须为器件提供良好的散热通道。件提供良好的散热通道。将将ICIC芯片固定安装在基板上时，需要芯片和基板之间形成良好的芯片固定安装在基板上时，需要芯片和基板之间形成良好的。芯片与基板间良好的欧姆接
10、触是保证功率器件正常工作的前提。芯片与基板间良好的欧姆接触是保证功率器件正常工作的前提。欧姆接触不良会使器件热阻加大，散热不均匀，影响电流在器件中的欧姆接触不良会使器件热阻加大，散热不均匀，影响电流在器件中的分布，破坏器件的热稳定性，甚至使器件烧毁。分布，破坏器件的热稳定性，甚至使器件烧毁。欧姆接触是指金属与半导体的接触，而其接触面的电阻值远小于半导欧姆接触是指金属与半导体的接触，而其接触面的电阻值远小于半导体本身的电阻，使得组件操作时，大部分的电压降在活动区而不在接触体本身的电阻，使得组件操作时，大部分的电压降在活动区而不在接触面。欧姆接触指的是它不产生明显的附加阻抗，而且不会使半导体内部面
11、。欧姆接触指的是它不产生明显的附加阻抗，而且不会使半导体内部的平衡载流子浓度发生显著的改变。的平衡载流子浓度发生显著的改变。1.Au-Si 1.Au-Si合金共熔法合金共熔法 芯片背面沉积芯片背面沉积AuAu层，基板或层，基板或PWBPWB上要有金属化层（一般为上要有金属化层（一般为AuAu或或PdPd钯钯-AgAg）。由于芯片背面有）。由于芯片背面有SiSi，而，而AuAu和和SiSi在在370370有共熔点，这样，在芯片有共熔点，这样，在芯片烧结烧结（即焊接）（即焊接）时，根据烧结温度就能知道一定厚度的时，根据烧结温度就能知道一定厚度的AuAu大约能够使大约能够使SiSi溶解多深。溶解多深
12、。Au-Si Au-Si合金共熔法可在多个合金共熔法可在多个ICIC芯片装好后在芯片装好后在H H2 2保护下烧结，也可用保护下烧结，也可用超声熔焊法逐个芯片超声熔焊。超声熔焊法逐个芯片超声熔焊。2.Pb-Sn 2.Pb-Sn合金片焊接法合金片焊接法 芯片背面为芯片背面为AuAu层或层或NiNi层，基板为层，基板为AuAu、Pd-AgPd-Ag或或CuCu；保护气氛中烧结。；保护气氛中烧结。3.3.导电胶粘接法导电胶粘接法 导电胶是含银且具有良好导热、导电性能的环氧树脂。这种方法不导电胶是含银且具有良好导热、导电性能的环氧树脂。这种方法不需要芯片背面和基板具有金属化层，芯片粘接后，在烘箱中进行
13、导电胶需要芯片背面和基板具有金属化层，芯片粘接后，在烘箱中进行导电胶的固化。的固化。4.4.有机树脂基粘接法有机树脂基粘接法 以上方法适合于晶体管或小尺寸的以上方法适合于晶体管或小尺寸的ICIC。大尺寸的。大尺寸的ICIC，只要求芯片与，只要求芯片与基板粘接牢固。可以使用高分子材料的有机粘接剂。基板粘接牢固。可以使用高分子材料的有机粘接剂。3.3 3.3 引线键合（引线键合（WBWB）技术）技术 WBWB是将半导体芯片焊区是将半导体芯片焊区（芯片（芯片I/OI/O端）端）与微电子封装的与微电子封装的I/OI/O引线引线（封装（封装引脚）引脚）或基板（或或基板（或PWBPWB）上的金属布线焊区用
14、金属细丝连接起来的工艺）上的金属布线焊区用金属细丝连接起来的工艺技术。焊区金属一般为技术。焊区金属一般为AlAl或或AuAu，金属丝多是数十微米至数百微米直径，金属丝多是数十微米至数百微米直径的的AuAu丝、丝、AlAl丝或丝或Si-AlSi-Al丝。其焊接方式主要有热压焊、超声键合焊丝。其焊接方式主要有热压焊、超声键合焊（超（超声压焊）声压焊）和金丝球焊和金丝球焊（超声热压焊）（超声热压焊）三种。三种。WB(引线键合技术引线键合技术)示意图示意图WB键合芯片键合芯片3.3.1 WB3.3.1 WB的分类与特点的分类与特点 1.1.热压焊热压焊 热压焊是利用加热和加压力，使金属丝（热压焊是利用
15、加热和加压力，使金属丝（AuAu丝）与金属焊区（丝）与金属焊区（AlAl或或AuAu）压焊在一起。其原理是通过加热和加压力，使焊区金属发生塑性形）压焊在一起。其原理是通过加热和加压力，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“键合键合”的目的。的目的。热压键合的机理热压键合的机理 键合所施加的压力使键合所施加的压力使金球发生很大的塑性变形，金球发生很大的塑性变形，其表面上的滑移线使
16、洁净其表面上的滑移线使洁净面呈阶梯状，并在薄膜上面呈阶梯状，并在薄膜上也切出相应的凸凹槽，表也切出相应的凸凹槽，表面的氧化膜被破坏，洁净面的氧化膜被破坏，洁净面之间相互接触，发生扩面之间相互接触，发生扩散，产生了连接。散，产生了连接。热压焊的焊点一般为球形、楔形、针形和锥形等。焊接压力一般是热压焊的焊点一般为球形、楔形、针形和锥形等。焊接压力一般是0.5-0.5-1.5N/1.5N/点。压焊时，芯片与焊头均要加热，焊头加热到点。压焊时，芯片与焊头均要加热，焊头加热到150150左右，芯片通常左右，芯片通常加热到加热到200200以上，容易使焊丝和焊区形成氧化层。同时，由于芯片加热温以上，容易使
17、焊丝和焊区形成氧化层。同时，由于芯片加热温度高，压焊时间一长，容易损害芯片，也容易在高温（度高，压焊时间一长，容易损害芯片，也容易在高温（200200）下形成异质）下形成异质金属（金属（Au-AlAu-Al）间化合物）间化合物“紫斑紫斑”和和“白斑白斑”，使压焊点接触电阻增大，使压焊点接触电阻增大，影响器件的可靠性和使用寿命。影响器件的可靠性和使用寿命。热压焊时，金属丝因变形过大而受损，焊点键合拉力小（热压焊时，金属丝因变形过大而受损，焊点键合拉力小（0.05N/0.05N/点），点），因此热压焊使用越来越少。因此热压焊使用越来越少。用高压电火花使金属丝端部熔成球形，用高压电火花使金属丝端部熔
18、成球形，在在IC 芯片上加热加压，使接触芯片上加热加压，使接触面产生塑性变形并破坏了界面的氧化膜，使其活性化，通过接触面两金属之面产生塑性变形并破坏了界面的氧化膜，使其活性化，通过接触面两金属之间的扩散结合而完成球焊（第一焊点）；然后，焊头通过复杂的三维移动到间的扩散结合而完成球焊（第一焊点）；然后，焊头通过复杂的三维移动到达集成电路底座外引线的内引出端，再加热加压完成楔焊（第二焊点），从达集成电路底座外引线的内引出端，再加热加压完成楔焊（第二焊点），从而完成一根线的连接。而完成一根线的连接。第一焊点要使金属丝端部熔成球形，而第二焊点不必在金属丝端部熔成第一焊点要使金属丝端部熔成球形，而第二焊
19、点不必在金属丝端部熔成球形，是利用劈刀的特定形状施加压力以拉断金属丝。重复前面的过程，进球形，是利用劈刀的特定形状施加压力以拉断金属丝。重复前面的过程，进行第二根、第三根行第二根、第三根金属丝的焊接。金属丝的焊接。不同材料的形球工艺不同材料的形球工艺 金丝形球的规范金丝形球的规范为为15mA15mA，30s30s；而在；而在此参数下，即使有氩此参数下，即使有氩气保护，生成的铝球气保护，生成的铝球外观皱折，内部充满外观皱折，内部充满空洞。铝球的最佳规空洞。铝球的最佳规范为电流范为电流5A5A，时间，时间0.38ms0.38ms，Ar+HAr+H2 2保护。保护。热压焊第一焊点的外观热压焊第一焊点
20、的外观劈刀内径劈刀内径芯片焊区芯片焊区第一键合点第一键合点第二键合点第二键合点 2.2.超声焊超声焊 超声焊（超声键合），是利用超声波发生器产生的能量，通过磁致超声焊（超声键合），是利用超声波发生器产生的能量，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。劈刀杆传给劈刀，使劈刀相应振动；同时，在劈刀上施加一定的压力。劈刀在两种力的作用下，带动在两种力的作用下，带动AlAl丝在被焊焊区的金属化层（如丝在被焊焊区的金属化层（如AlAl膜）表面迅膜）表面迅速
21、摩擦，使速摩擦，使AlAl丝和丝和AlAl膜表面产生塑性形变。这种形变破坏了膜表面产生塑性形变。这种形变破坏了AlAl层界面的层界面的氧化层，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。牢固的焊接。原理：在常温下利用超声机械振动带动丝与膜进行磨擦，使氧化膜破碎，原理：在常温下利用超声机械振动带动丝与膜进行磨擦，使氧化膜破碎，纯净的金属表面相互接触，通过磨擦产生的热量使金属之间发生纯净的金属表面相互接触，通过磨擦产生的热量使金属之间发生扩散，实现连接。扩散，实现连接。特点：特点：1 1）可以适合细丝、粗丝以及金属
22、扁带）可以适合细丝、粗丝以及金属扁带 2 2）不必外部加热。对器件无热影响）不必外部加热。对器件无热影响 3 3）可以实现在玻璃陶瓷上的连接）可以实现在玻璃陶瓷上的连接 4 4）适用于微小区域的连接）适用于微小区域的连接键合过程中丝的变形特性键合过程中丝的变形特性 在超声压接中，丝的变在超声压接中，丝的变形表现为两个阶段形表现为两个阶段.第一阶段第一阶段主要发生丝与膜的磨擦过程；主要发生丝与膜的磨擦过程；第二阶段，丝与膜已经发生了第二阶段，丝与膜已经发生了部分连接，主要发生的是劈刀部分连接，主要发生的是劈刀与丝之间的滑动过程。与丝之间的滑动过程。超声键合与热压焊相比，能充分去除焊接界面的金属氧
23、化层，可提超声键合与热压焊相比，能充分去除焊接界面的金属氧化层，可提高焊接质量，焊接强度高于热压焊（高焊接质量，焊接强度高于热压焊（40mAl40mAl丝的焊接强度可达丝的焊接强度可达0.1N/0.1N/点点以上）。超声焊不需加热，可在常温下进行，因此对芯片性能无损害，以上）。超声焊不需加热，可在常温下进行，因此对芯片性能无损害，并且可以根据不同的需要随时调节超声键合能量和条件，以适应不同尺并且可以根据不同的需要随时调节超声键合能量和条件，以适应不同尺寸的寸的AlAl丝或丝或AlAl带。带。Al-Al Al-Al超声键合不产生任何化合物，可以保证器件长期工作的可靠性。超声键合不产生任何化合物，
24、可以保证器件长期工作的可靠性。超声键合采用超声波的能量，使金属丝与铝电极在常温下直接键合。超声键合采用超声波的能量，使金属丝与铝电极在常温下直接键合。由于键合工具头呈楔形，故又称楔压焊。由于键合工具头呈楔形，故又称楔压焊。注：超声焊没有电火花加热过程，因此注：超声焊没有电火花加热过程，因此金属丝端部无法形成球形，即主要是楔形键合。金属丝端部无法形成球形，即主要是楔形键合。第一键合点第一键合点第二键合点第二键合点 3.3.金丝球焊金丝球焊(超声热压焊超声热压焊)金丝球焊具有操作方便、焊点牢固（直径金丝球焊具有操作方便、焊点牢固（直径25m25m的的AuAu丝焊接强度为丝焊接强度为0.07-0.0
25、9N/0.07-0.09N/点），压点面积大且无方向性，可实现微机控制下的高速点），压点面积大且无方向性，可实现微机控制下的高速自动化焊接。金丝球焊机还可以带有超声功能，从而又具有超声焊的优自动化焊接。金丝球焊机还可以带有超声功能，从而又具有超声焊的优点，因此也叫做点，因此也叫做热压超声焊或热声焊热压超声焊或热声焊。球焊时，衬底需加热（金丝不需加热），压焊时加超声，因此加热球焊时，衬底需加热（金丝不需加热），压焊时加超声，因此加热温度远低于热压焊（温度远低于热压焊（100100左右），所加压力一般为左右），所加压力一般为0.5N/0.5N/点，与热压焊点，与热压焊相同。由于是相同。由于是Au-
26、AlAu-Al接触热声焊，尽管加热温度低，仍有接触热声焊，尽管加热温度低，仍有Au-AlAu-Al中间化合中间化合物生成。球焊只适于使用温度较低、功率较小的物生成。球焊只适于使用温度较低、功率较小的ICIC和中小功率晶体管的和中小功率晶体管的焊接。焊接。芯片芯片第一键合点第一键合点第二键合点第二键合点引线框架引线框架金丝球焊金丝球焊超声热压焊的优势超声热压焊的优势 结合了超声丝焊和热压焊两者的优点，比较超声热压焊和热结合了超声丝焊和热压焊两者的优点，比较超声热压焊和热压焊的拉伸结果，在达到规定的强度超声热压焊的时间和温度都压焊的拉伸结果，在达到规定的强度超声热压焊的时间和温度都比热压焊小得多，
27、超声压接时，一般需要比热压焊小得多，超声压接时，一般需要3 3微米以上的振幅和约微米以上的振幅和约1 1秒的时间，而超声热压焊只需要十分之一的振幅和二十分之一的秒的时间，而超声热压焊只需要十分之一的振幅和二十分之一的时间。时间。热压焊和热压超声焊（金丝球焊）的原理基本相同，区别在于热压键合热压焊和热压超声焊（金丝球焊）的原理基本相同，区别在于热压键合采用加热加压；而热超声键合采用加热加压加超声。采用加热加压；而热超声键合采用加热加压加超声。3种引线键合方式各有特种引线键合方式各有特点，也有各自适用的产品。但由于热超声键合可点，也有各自适用的产品。但由于热超声键合可降低热压温度，降低热压温度，提
28、高键合强提高键合强度，有利于器件可靠性度，有利于器件可靠性等优点，热超声键合已取代了热压键合和超声键合，等优点，热超声键合已取代了热压键合和超声键合，成为引线键合的主流键合方式。成为引线键合的主流键合方式。热压焊和金丝球焊的区别热压焊和金丝球焊的区别3.3.2 3.3.2 引线键合的主要材料引线键合的主要材料 热压焊和金丝球焊主要选用热压焊和金丝球焊主要选用AuAu丝，超声焊主要用丝，超声焊主要用AlAl丝和丝和Si-AlSi-Al丝，丝，或或Cu-Si-AlCu-Si-Al丝等，且均需要经过退火处理。丝等，且均需要经过退火处理。Au-AuAu-Au和和Al-AlAl-Al同种金属间不同种金属
29、间不会形成有害的金属间化合物。会形成有害的金属间化合物。3.3.3 Au-Al3.3.3 Au-Al焊接的问题及其对策焊接的问题及其对策 焊区和焊区和ICIC布线的材料主要是布线的材料主要是AlAl，而焊接材料除了，而焊接材料除了AlAl丝超声焊外，更丝超声焊外，更多的是多的是AuAu丝球焊和热压焊。丝球焊和热压焊。AlAl丝超声焊不会产生金属间化合物丝超声焊不会产生金属间化合物（均是（均是AlAl），而而AuAu丝球焊和热压焊则会因为丝球焊和热压焊则会因为Au-AlAu-Al接触而产生金属间化合物接触而产生金属间化合物AuAlAuAl2 2（300300，紫斑），紫斑），引起焊接的失效。除紫
30、斑外，还有可能生成，引起焊接的失效。除紫斑外，还有可能生成AuAu2 2AlAl（白斑）（白斑）等化合物。等化合物。为了减小为了减小Au-AlAu-Al金属间化合物的产生，应避免高温下长时间金属间化合物的产生，应避免高温下长时间压焊，器件的使用温度也应尽可能低一些。压焊，器件的使用温度也应尽可能低一些。3.4 3.4 载带自动焊（载带自动焊（TABTAB）技术）技术 TAB TAB技术早在技术早在19651965年就由美国通用电气（年就由美国通用电气（GEGE）公司研究发明出来，）公司研究发明出来，当时称为当时称为“微型封装微型封装”。19711971年，法国年，法国Bull SABull S
31、A公司将它称为公司将它称为“载带载带自动焊自动焊”。这是一种有别于且优于。这是一种有别于且优于WBWB、用于薄型、用于薄型LSILSI芯片封装的新型芯片封装的新型芯片互连技术。芯片互连技术。TAB TAB是连接芯片焊区和基板焊区（或是连接芯片焊区和基板焊区（或PWBPWB焊区）的桥梁，包括芯焊区）的桥梁，包括芯片焊区凸点形成、载带引线制作、载带引线与芯片凸点焊接（内引片焊区凸点形成、载带引线制作、载带引线与芯片凸点焊接（内引线焊接）、载带外引线焊区与基板（或线焊接）、载带外引线焊区与基板（或PWBPWB）焊区的外引线焊接几部）焊区的外引线焊接几部分。分。3.4.1 TAB3.4.1 TAB技术
32、的发展状况技术的发展状况用用来来焊焊接接芯芯片片PI框架（起支撑和框架（起支撑和保持引线图形共面保持引线图形共面的作用）的作用）Cu箔箔Cu引线引线(内引线内引线)载带上的金属化部分载带上的金属化部分(包括内引线、外焊区、公共联接处、测试点和边缘框架包括内引线、外焊区、公共联接处、测试点和边缘框架)是由一张长条状是由一张长条状的的Cu箔经光刻后得到的。所有金属化部分在内引线与芯片焊接完成并冲断公共联接处之前在电路上箔经光刻后得到的。所有金属化部分在内引线与芯片焊接完成并冲断公共联接处之前在电路上是连通的。测试点是为了检测光刻之后的金属化部分是否形成电通路。公共联接处是为了使多个内是连通的。测试
33、点是为了检测光刻之后的金属化部分是否形成电通路。公共联接处是为了使多个内引线图形形成通路以实现多个内引线一次性电镀（只对内引线部分进行电镀金）。芯片与内引线焊引线图形形成通路以实现多个内引线一次性电镀（只对内引线部分进行电镀金）。芯片与内引线焊接后，切断公共联接处，使每一个焊接好的芯片接后，切断公共联接处，使每一个焊接好的芯片+内引线在电性能上独立，然后利用外焊区进行内内引线在电性能上独立，然后利用外焊区进行内引线焊接通路的电性能检测。检测成功后，外焊区以内的部分被冲断脱离载带，利用外焊区与基板引线焊接通路的电性能检测。检测成功后，外焊区以内的部分被冲断脱离载带，利用外焊区与基板或或PWB焊区
34、焊接在一起。焊区焊接在一起。公共联接单元公共联接单元外引线焊区外引线焊区(引线外焊区引线外焊区)外引线焊接时，此部分外引线焊接时，此部分断开，引线外焊区与基断开，引线外焊区与基板板(或或PWB)焊区焊接焊区焊接测试点测试点未焊接芯片的载带未焊接芯片的载带 若载带外焊区与基板焊区进行外引线焊接，则属于一级封装的若载带外焊区与基板焊区进行外引线焊接，则属于一级封装的TABTAB互连，互连，焊好之后的基板通过引脚焊好之后的基板通过引脚(或焊球或焊球)等与等与PWBPWB焊区连通；若载带引线外焊区直焊区连通；若载带引线外焊区直接与接与PWBPWB焊区进行焊接，则属于二级封装的焊区进行焊接，则属于二级封
35、装的TABTAB互连。互连。TAB TAB技术不单能满足高技术不单能满足高I/OI/O数的各类数的各类ICIC芯片互连的需求，而且已作为聚芯片互连的需求，而且已作为聚酰亚胺（酰亚胺（PIPI）粘接剂粘接剂CuCu箔三层软引线载带的柔性引线，成为广泛应用箔三层软引线载带的柔性引线，成为广泛应用于电子整机内部和系统互连的最佳方式。于电子整机内部和系统互连的最佳方式。TAB TAB技术应用最广泛和成熟的是日本、美国和西欧。技术应用最广泛和成熟的是日本、美国和西欧。芯片芯片铜箔铜箔内引线内引线链轮齿孔链轮齿孔多点一次焊接多点一次焊接焊点焊点:较厚较厚Cu箔单层带箔单层带(示意图示意图)外焊区外焊区Cu
36、箔外焊区之外的载带部分（包括箔外焊区之外的载带部分（包括链轮齿孔）仅起着临时承载和传送载链轮齿孔）仅起着临时承载和传送载带的作用，在进行外引线焊接时去除带的作用，在进行外引线焊接时去除并回收利用，而外焊区及其里面的引并回收利用，而外焊区及其里面的引线图形（内引线）和芯片将焊接在基线图形（内引线）和芯片将焊接在基板或印刷电路板上，实现其电信性能。板或印刷电路板上，实现其电信性能。铜箔铜箔内引线内引线I传送胶带传送胶带链轮齿孔链轮齿孔多点一次焊接多点一次焊接焊点焊点:较薄较薄Cu-PI(聚酰亚胺聚酰亚胺)双层带双层带(示意图示意图)外焊区外焊区内引线焊接时，芯片置于承片台内引线焊接时，芯片置于承片
37、台上，而非上，而非PI传送胶带或基板上。传送胶带或基板上。芯片芯片铜箔铜箔I传送胶带传送胶带芯片芯片基板基板芯片焊区芯片焊区基板焊区基板焊区凸点凸点引线引线芯片可以面朝上也可以面朝下焊接芯片可以面朝上也可以面朝下焊接在基板或在基板或PWB上，此图为面朝上。上，此图为面朝上。内引线焊接内引线焊接载带引线外焊区与载带引线外焊区与基板焊区的焊接基板焊区的焊接 内引线焊接和外引线焊接之后芯片才与基板建立了电路的连通，内引线焊接和外引线焊接之后芯片才与基板建立了电路的连通，属于一级封装中的芯片互连。内外引线焊接之后，一级封装体通过属于一级封装中的芯片互连。内外引线焊接之后，一级封装体通过与基板焊区连通的
38、引脚与与基板焊区连通的引脚与PWB的金属化通孔相连。的金属化通孔相连。若图中的基板换为若图中的基板换为PWB，即引线外焊区直接与，即引线外焊区直接与PWB焊接，则是二焊接，则是二级封装内的引线连接，属于芯片直接安装技术。级封装内的引线连接，属于芯片直接安装技术。芯片已完成了与内引线的焊接芯片已完成了与内引线的焊接3.4.2 TAB3.4.2 TAB技术的优点技术的优点 （1 1）结构轻、薄、短、小，封装高度不足）结构轻、薄、短、小，封装高度不足1mm1mm。（2 2）电极尺寸、电极与焊区节距均比）电极尺寸、电极与焊区节距均比WBWB大为减小。大为减小。（3 3）相应可容纳更高的）相应可容纳更高
39、的I/OI/O引脚数，提高了引脚数，提高了TABTAB的安装密度。的安装密度。（4 4）TABTAB的引线电阻、电容和电感均比的引线电阻、电容和电感均比WBWB小得多，这使小得多，这使TABTAB互连的互连的LSILSI、VLSIVLSI能够具有更优良的高速、高频电性能。能够具有更优良的高速、高频电性能。（5 5）可对各类）可对各类ICIC芯片进行筛选和芯片进行筛选和，确保器件是优质芯片，可大大，确保器件是优质芯片，可大大提高电子组装成品率，从而降低电子产品的成本。提高电子组装成品率，从而降低电子产品的成本。Cu箔单层带无法测试，因为载带所有区域均导电。箔单层带无法测试，因为载带所有区域均导电
40、。（6 6）采用）采用CuCu箔引线，导热和导电性能好，机械强度高。箔引线，导热和导电性能好，机械强度高。（7 7）TABTAB的键合拉力比的键合拉力比WBWB高高3-103-10倍（倍（0.3-0.5N/0.3-0.5N/点），从而可提高点），从而可提高芯片互连的可靠性。芯片互连的可靠性。（8 8）TABTAB使用标准化的卷轴长带，对芯片实行自动化多点一次焊接；使用标准化的卷轴长带，对芯片实行自动化多点一次焊接；同时，安装及外引线焊接可以实现自动化，可进行工业化规模生产，同时，安装及外引线焊接可以实现自动化，可进行工业化规模生产，从而提高电子产品的生效率，降低产品成本。从而提高电子产品的生效
41、率，降低产品成本。3.4.3 TAB3.4.3 TAB的分类的分类 TAB按其结构和形状可分为按其结构和形状可分为Cu箔单层带、箔单层带、Cu-PI(聚酰亚胺聚酰亚胺)双层带、双层带、Cu-粘接剂粘接剂-PI三层带和三层带和Cu-PI-Cu双金属带等四种。双金属带等四种。注：以作用进行分类，注：以作用进行分类，载带包含三部分，即承载用的载带包含三部分，即承载用的PI（对于（对于Cu单层载带，承载用的材料也为单层载带，承载用的材料也为Cu）、与芯片进行电路连接的）、与芯片进行电路连接的Cu箔引线图形以及焊接用的凸点（仅限于箔引线图形以及焊接用的凸点（仅限于凸点电镀在载带内引线即凸点载带自动焊的情
42、况，有时凸点电镀于芯片凸点电镀在载带内引线即凸点载带自动焊的情况，有时凸点电镀于芯片焊区上）。焊区上）。（凸点）（凸点）类别类别特点特点TAB单层带成本低，制作工艺简单，耐热性能好，不能筛选和测试芯片TAB双层带可弯曲，成本较低，设计自由灵活，可制作高精度图形，能筛选和测试芯片TAB三层带Cu箔与PI粘结性好，可制作高精度图形，可卷绕，适于批量生产，能筛选和测试芯片，制作工艺较复杂，成本较高TAB双金属带用于高频器件，可改善信号特性TAB的分类及特点的分类及特点 TABTAB大量使用的载带宽度为大量使用的载带宽度为35mm35mm和和70mm70mm，除此之外，还有，除此之外，还有48mm48
43、mm、16mm16mm、8mm8mm和和158mm158mm等多种规格。载带宽度越小，等多种规格。载带宽度越小，I/OI/O数越少，即数越少，即ICIC规模规模越小。越小。载带标准从略载带标准从略3.4.4 TAB3.4.4 TAB技术的关键材料和关键技术技术的关键材料和关键技术 TABTAB技术的关键材料包括基带材料（载带材料）、技术的关键材料包括基带材料（载带材料）、CuCu箔引线材料和芯片凸点箔引线材料和芯片凸点金属材料几部分。金属材料几部分。关键材料关键材料 1.1.基带材料基带材料 基带材料要求基带材料要求高温性能好与高温性能好与Cu箔的粘接性好，耐温高热匹配性好，收箔的粘接性好，耐
44、温高热匹配性好，收缩率小且尺寸稳定，抗化学腐蚀性强，机械强度高，吸水率低等。从综合性能缩率小且尺寸稳定，抗化学腐蚀性强，机械强度高，吸水率低等。从综合性能来看，聚酰亚胺来看，聚酰亚胺(PI)基本都能满足这些要求，所以是公认的使用广泛的基带材料。基本都能满足这些要求，所以是公认的使用广泛的基带材料。除除PI之外，基带材料还有之外，基带材料还有聚乙烯对苯二甲酸酯（聚乙烯对苯二甲酸酯（PET）和和苯并环丁烯（苯并环丁烯（BCB）2.TAB 2.TAB的金属材料的金属材料 制作制作TABTAB引线图形的金属材料一般采用引线图形的金属材料一般采用CuCu箔（少数使用箔（少数使用AlAl箔），因箔），因为
45、为CuCu的导电、导热性能好，强度高，延展性和表面平滑性好，与各种基的导电、导热性能好，强度高，延展性和表面平滑性好，与各种基带粘接牢固，易于用光刻法制作精细复杂的引线图形，且易于电镀带粘接牢固，易于用光刻法制作精细复杂的引线图形，且易于电镀AuAu等等焊接金属。焊接金属。3.芯片凸点的金属材料芯片凸点的金属材料 在芯片的焊区上先制作在芯片的焊区上先制作Au凸点，然后与凸点，然后与Cu箔引线进行焊接，芯片焊区金属通箔引线进行焊接，芯片焊区金属通常为常为Al膜，为防止膜，为防止Au凸点与凸点与Al相互扩散，形成有害的金属间化合物，在凸点内侧要相互扩散，形成有害的金属间化合物，在凸点内侧要沉积一层
46、阻挡层金属（沉积一层阻挡层金属（W、Mo、Pt、Pd钯、钯、Cu-Ni、Ni、Cu、Cr等），为等），为 使使Al膜膜和阻挡层粘附牢固，要在二者之间沉积一层粘附层金属（和阻挡层粘附牢固，要在二者之间沉积一层粘附层金属（Ti、TiN、Cr或或Ni）（粘粘附层和扩散阻挡层均导电，不影响电路导通）；附层和扩散阻挡层均导电，不影响电路导通）；也可以将凸点制作在也可以将凸点制作在TAB的的Cu箔引箔引线上，芯片只做多层金属化或者芯片上仍是线上，芯片只做多层金属化或者芯片上仍是Al焊区。这种焊区。这种TAB结构又称为凸点载结构又称为凸点载带自动焊带自动焊(BTAB)。粘附层粘附层Ti阻挡层阻挡层WAl层层
47、凸点凸点Au TABTAB的关键技术主要包括三个部分：芯片凸点的制作技术；的关键技术主要包括三个部分：芯片凸点的制作技术；TABTAB载带的制作载带的制作技术；载带引线与芯片凸点的内引线焊接技术和载带外引线的焊接技术。技术；载带引线与芯片凸点的内引线焊接技术和载带外引线的焊接技术。关键技术关键技术3.4.5 TAB3.4.5 TAB芯片凸点的设计制作要点芯片凸点的设计制作要点 TABTAB的引线图形（的引线图形（CuCu箔图形）与芯片上凸点的连接焊区是周边形的，箔图形）与芯片上凸点的连接焊区是周边形的，焊区和凸点的周边布局尽量均匀和对称。焊区和凸点的周边布局尽量均匀和对称。TAB TAB的凸点
48、形状一般为蘑菇状和柱状。蘑菇状凸点是用光刻胶作掩的凸点形状一般为蘑菇状和柱状。蘑菇状凸点是用光刻胶作掩膜制作，由于光刻胶较薄，需要电镀增高凸点，而电镀增高时，凸点会膜制作，由于光刻胶较薄，需要电镀增高凸点，而电镀增高时，凸点会横向发展，凸点高度越高，横向发展越大。横向发展时电流密度不均匀，横向发展，凸点高度越高，横向发展越大。横向发展时电流密度不均匀，使得凸点顶面呈凹形，尺寸也难以控制；而柱状凸点使用厚膜抗蚀剂作使得凸点顶面呈凹形，尺寸也难以控制；而柱状凸点使用厚膜抗蚀剂作掩膜，掩膜厚度与要求的凸点高度相同，不需要电镀增高，因此电流密掩膜，掩膜厚度与要求的凸点高度相同，不需要电镀增高，因此电流
49、密度均匀，凸点顶面是平的。度均匀，凸点顶面是平的。对于相同的凸点高度和凸点顶面面积，柱状凸点要比蘑菇状凸点的对于相同的凸点高度和凸点顶面面积，柱状凸点要比蘑菇状凸点的底面金属接触面积大，强度更高，即当底面金属接触面积与凸点高度相底面金属接触面积大，强度更高，即当底面金属接触面积与凸点高度相同时，蘑菇状凸点要比柱状凸点占据空间大得多。因此，蘑菇状凸点更同时，蘑菇状凸点要比柱状凸点占据空间大得多。因此，蘑菇状凸点更易于发生短路。易于发生短路。无论是哪种凸点，都要考虑凸点压焊变形后向四周扩展的距离，留无论是哪种凸点，都要考虑凸点压焊变形后向四周扩展的距离，留有余地。压焊时，若压力过大，则压力传到底层
50、金属和阻挡层时，可能有余地。压焊时，若压力过大，则压力传到底层金属和阻挡层时，可能使底层金属和阻挡层产生裂纹，或使较软的使底层金属和阻挡层产生裂纹，或使较软的AuAu凸点变形过大；若压力不凸点变形过大；若压力不足，可能因凸点的变形过小而弥补不了凸点高度的不一致性，使有些焊足，可能因凸点的变形过小而弥补不了凸点高度的不一致性，使有些焊点的拉力达不到使用要求，从而影响可靠性。所以要对点的拉力达不到使用要求，从而影响可靠性。所以要对AuAu、NiNi、CuCu等金等金属适当组合，得到软硬合适的材料，并节约成本。属适当组合，得到软硬合适的材料，并节约成本。芯片凸点的形状及制作工艺流程芯片凸点的形状及制
