芯片焊接技术优化方案

1.引线键合技术

引线键合（Wire Bonding，WB）技术是将芯片I/O焊盘和对应的封装体上的焊盘用细金属丝逐一连接起来，每次只连接一根。引线键合时，采用超声波焊将一根一般直径为25μm的金属丝的两端分别键合到IC键合区和对应的封装或基板键合区上。这种点到点工艺的突出优点是具有很强的灵活性。该技术通常采用热压、热超声波和超声波法进行。热压键合和热超声波键合都是先用高压电火花使金属丝端部形成球形，然后在IC芯片上球焊，再在管壳基板上楔焊，因此又称作球楔键合。其工作原理是：对金属丝和压焊点加热的同时加超声波，接触面产生塑性变形，破坏了界面的氧化膜，使其表面活性化，在接触面上通过两金属元素之间的相互扩散而完成连接。球焊条件一般为：毛细管键合力小于0.98N，温度150～200℃，毛细管和引线上施加的超声波频率在60～120kHz。球楔键合在IC封装中是应用最广泛的键合方法。

超声波键合是利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。其工作原理是：当劈刀加超声波功率时，劈刀产生机械运动，在负载的作用下，超声波能量被金属丝吸收，使金属丝发生流变，破坏工件表面氧化层，暴露出洁净的表面，在压力作用下很容易相互粘合而完成冷焊。楔压焊常用的材料是掺硅铝丝。在高密度封装中，焊盘的中心间距较小，当中心间距小于120μm时，球焊难以实现，此时需要采用超声波楔焊方法。目前，ϕ25μm金属丝、ϕ90μm焊盘中心间距的超声波楔焊机已成功地进入应用领域。

2.载带自动键合技术

载带自动键合（Tape Automated Bonding，TAB）是一种IC组装技术，它将IC安装和互连到柔性金属化聚合物载带上。载带内引线键合到IC上，外引线键合到常规封装或印制电路板上，整个过程均自动完成。为适应超窄引线间距、多引脚和轻薄外形封装的要求，TAB技术应用越来越普遍。虽然载带价格较贵，但引线间距最小可达到150μm，并且TAB技术比较成熟，自动化程度相对较高，是一种具有高生产效率的内引线键合技术。(www.xing528.com)

3.倒装芯片键合技术

倒装芯片键合（Flip Chip Bonding，FCB）技术是目前半导体封装的主流技术，是将芯片的有源区面对基板键合。在芯片和基板上分别制备了焊盘，然后对其进行面对面的键合。键合材料可以是金属引线或载带，也可以是合金钎料或有机导电聚合物制作的凸点。由于倒装芯片键合引线短，凸点直接与印制电路板或其他基板焊接，因此引线电感小、信号间窜扰小、信号传输延时短、电性能好，它是互连中延时最短、寄生效应最小的一种互连方法。

倒装芯片键合技术一般有两个较为关键的工艺，一是芯片的凸点制作，二是凸点焊点下金属层（UBM）的制作。凸点的制作方法有多种，较为常用的方法有：电镀法、模板印刷法、蒸发法、化学镀法和钉头法。其中化学镀法的成本最低，蒸发法的成本最高。但是，化学镀法制作的凸焊点存在一个很大的问题：镀层的均匀性较差，特别是对于Au凸焊点，化学镀镀层的均匀性有可能不能满足凸焊点高度容差的要求。而钉头法制作Au凸焊点时，凸焊点下不需要有一多层金属薄膜——焊点下金属，即UBM，因而可以大大降低成本。但是，由于钉头法是逐个制作凸点，并且凸点尺寸较大，它仅适用于较少输入/输出（I/O）端数的IC封装（目前只占市场的0.3%）。因此，电镀法是目前凸点大批量使用的普遍方法，其次是蒸发法和模板印刷法，除了部分钉头法和化学镀法制作的凸焊点外，凸焊点下都需要有UBM。UBM处于凸焊点与铝压焊块之间，主要起粘附和扩散阻挡的作用。它通常由粘附层、扩散阻挡层和浸润层等多层金属膜组成。UBM的制作是凸焊点制作的一个关键工艺，其质量的好坏将直接影响到凸焊点的质量、倒装焊接的成功率和封装后凸焊点的可靠性。UBM通常采用电子束蒸发或溅射工艺，使其布满整个圆片。需要制作厚金属膜时，则采用电镀或化学镀工艺。

与引线键合和载带自动键合相比，倒装芯片键合技术更适合于轻、薄、短、小型和多I/O端数IC的封装，因此其将会成为微电子封装技术发展的主流。