芯片互连（连线技术）
芯片互连是将芯片焊区与电子封装外壳的 I/O引线或基板上的金属焊区相连接。 芯片焊区 芯片互连 I/O引线
半导体失效约有1/4-1/3是由芯片互连所引起， 因此芯片互连对器件可靠性意义重大！
芯片互连常见的方法 引线键合（WB wire bonding） 倒装芯片键合(FCB flip chip bonding，C4) 载带自动键合（TAB tape automate bonding）
拉断(超声压头) 高电压（电弧） 拉断(送丝压头) 拉断 高电压(电弧) 无需加热；对 表面洁净度不 十分敏感； 对表面粗糙度 敏感；工艺控 制复杂 与热压键合法相比 ，可以在较低温度 、较低压力下实现 键合 需要加热；与热压 法相比工艺控制要 复杂些
缺点
其他
适用于单片式LSI
最适合采用Al 丝
适用于多芯片LSI 的内部布线连接
载带自动键合技术
利用搭载有蜘蛛式引脚的的卷带软片以内引脚结合技术 完成与IC芯片的连线，再以外引脚接合技术完成与电子封 装基板的接合。内引线焊接是引线与芯片焊接，外引线焊 接是将引线焊接到外壳或基板焊区。 载带：即带状载体，是指带状绝缘薄膜上载有由覆铜箔 经蚀刻而形成的引线框架，载带一般由聚酰亚胺制作，两 边设有与电影胶片规格相统一的送带孔。带宽有35mm、 48mm、70mm三种规格。
• 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。 先将金属线穿过毛细管状的键合工具（称为瓷嘴 或焊针），该工具由碳化钨或氧化铝等耐高温材 料制成； 然后再电子点火或氢焰将金属线烧断并利用熔融 金属的表面张力作用使线的末端灼烧成球（直径 约为金属线直径的2-3倍）； 键合工具再将金属球压至已经预热到150-250℃ 的第一金属焊垫上进行球形键合。
（2）双层结构载带（Cu-PI双层） 以铜箔帖附于聚亚醯胺、聚酰亚胺或聚酯高分子 膜上组成。 可用两种方法制作。 将高分子材料涂于铜箔上，然后进行蚀刻，窗口 和齿孔用KOH或NaOH腐蚀出来，再用FeCl3腐蚀液将铜 带上所需图形腐蚀出来。 以微影成像与电镀的方法在高分子膜上直接镀成 电路引脚图形。 优点：高温稳定性好，可作电性测试，电性能优良； 缺点：价位高，亦弯曲，容易变形。
引线键合的线材与限制 铝合金线 因纯铝线材太软很少使用。铝合金线标准线材是铝1%硅。另一种是含0.5-1%镁的铝导线。其优点是抗疲劳性 优良，生成金属间化合物的影响小。 金线 纯金线的纯度一般用99.99％。为增加机械强度，往 往在金中添加5-10ppm 铍或铜。金线抗氧化性好，常由于 热压键合与热超声波键合中。 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）
内引线焊接
封胶保护
完成内引脚键合后，芯片与内引脚面或整个IC芯片必须 再涂上一层高分子胶材料保护引脚、凸块与芯片，以避免外 界的压力、震动、水汽等因素造成破坏。 封胶的材料一般为环氧树脂和硅橡胶。用盖印或点胶的 方法涂布，可覆盖整个芯片或仅涂布完成内引脚键合的芯片 表面。
外引线焊接技术
TAB的关键技术 芯片凸点制作技术
1
2
压头下降，焊球被锁定在端部中央
在压力、温度的作用下形成连接
3
4
压头上升
压头高速运动到第二键合点， 形成弧形
第一键合点
第二键合点
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
• 热超声波键合
是热压键合与超声波键合的混合技术。在工艺过程中 ，先在金属线末端成球，再使用超声波脉冲进行金属线与 金属接垫之间的接合。 在超声键合机的基板支持台上引入热压键合法中采用 的加热器，进行辅助加热；键合工具采用送丝压头，并进 行超声振动；由送丝压头将Au丝的球形端头超声热压键合 在基板的布线电极上。 此过程中接合工具不被加热，仅给接合的基板加热( 温度维持在100-150℃)。其目的是抑制键合界面的金属间 化合物的成长，和降低基板高分子材料因高温产生形变。 用于Au和Cu丝的键合。
贴装方式
• 共晶粘贴法 • 焊接粘贴法
• 导电胶粘贴法
• 玻璃胶粘贴法
• 共晶粘贴法
共晶反应
指在一定的温度下，一定成分的液体同时结晶出两种 一定成分的固相反应。所生成的两种固相机械地混合在一 起，形成有固定化学成分的基本组织，被统称为共晶体。 利用金-硅合金在3wt%硅，363℃时产生的共晶反应特 性进行芯片的粘结固着。
• 硅棒制备
• 硅棒切片
• 芯片加工

硅片减薄、切割
硅片背面减技术主要有：
磨削、研磨、化学抛光 干式抛光、电化学腐蚀、湿法腐蚀 等离子增强化学腐蚀、常压等离子腐蚀等 方法：先划片后减薄和减薄划片两种方法
芯片贴装
芯片贴装，也称芯片粘结，是将芯片固定于封 装基板或引脚架芯片的承载座上的工艺过程。
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。 在芯片的接垫上预制焊料凸点，然后将芯片倒臵， 使芯片上的焊料凸点与基板对位，以回流热处理配合焊 锡熔融时的表面张力效应使焊锡成球并完成接合。
TAB技术的关键材料
基带材料：要求耐高温，与金属箔粘贴性好，热匹 配性好，抗化学腐蚀性强，机械强度高，吸水率低。 例如：聚酰亚胺（PI）、聚乙烯对本二甲酸脂（PET）和 苯并环丁烯（BCB） TAB金属材料：要求导电性能好，强度高，延展性、 表面平滑性良好，与各种基带粘贴牢固，不易剥离，易 于用光刻法制作出精细复杂的图形，易电镀Au、Ni、 Pb/Sn焊接材料，例如：Al、Cu。 芯片凸点金属材料：一般包括金属Au、Cu、Au/Sn、 Pd/Sn。
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不同的应用范围。 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；倒装芯片键合适用的 引脚数为6-16000。可见C4适合于高密度组装。
引线键合技术WB(连线接合） 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。
打线键合技术
超声波键合（U/S bonding 、USB ）
热压键合（T/C bonding、 TCB ） 热超声波键合（金丝球）（T/S bonding、 TSB ） 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，用于下列封装: · 陶瓷和塑料BGA、SCP和MCP · 陶瓷和塑料封装QFP · 芯片尺寸封装 (CSP)
超音波的功能： 磨除接垫表面的氧化层与污染； 利用音波弱化效应，促进接合界面动态回复与再结晶 现象从而形成接合。
超声压头
Al 丝
加压 超声波振动
芯片电极
基板电极
1. 定位（第一次键合）
2. 键合
拉引
3. 定位（第2次键合）
4. 键合－切断
超声键合法工艺过程
超声键合
第一键合点
第二键合点
特点： 适合细丝、粗丝及金属扁 带 不需外部加热，对器件无 热影响 可以实现在玻璃、陶瓷上 的连接 适用于微小区域的连接
软质焊料
• 导电胶粘贴法（高分子胶粘结法）
导电胶是银粉与高分子聚合物（环氧树脂）的混合物。 银粉起导电作用，而环氧树脂起粘接作用。 由于高分子材料与铜引脚的热膨胀系数相近，导电胶 法是塑胶封装常用的芯片粘贴法
导电胶粘贴法的缺点是热稳定性不好，高温下会 引起粘接可靠度下降，因此不适合于高可靠度封装。
• 玻璃胶粘贴法
玻璃胶是把起导电作用的金属粉（Ag、Ag-Pd、Au、 Cu等）与低温玻璃粉和有机溶剂混合，制成膏状。 主要用于陶瓷封装，需要严格控制烧结温度 • 用盖印、丝网印刷、点胶等方法将胶涂布 于基板的芯片座中 • 再将芯片置放在玻璃胶之上 • 加热基板除去胶中得有机成分 • 加温到玻璃熔融温度以上即可完成接合 优点：所得芯片封装无空隙、热稳定性优良、低结 合应力以及湿气含量低； 缺点：有机成分与溶剂必须除去，否则危害可靠性。
TAB技术较之常用的引线工艺的优点： 对高速电路来说，常规的引线使用圆形导线，而且引线 较长，往往引线中高频电流的趋肤效应使电感增加，造 成信号传递延迟和畸变，这是十分不利的。TAB技术采用 矩形截面的引线，因而电感小，这是它的优点。 传统引线工艺要求键合面积4mil2，而TAB工艺的内引线 键合面积仅为2mil2这样就可以增加I/O密度，适应超级 计算机与微处理器的更新换代。 TAB技术中使用铜线而不使用铝线，从而改善器件的热耗 散性能。 在芯片最终封装前可进行预测试和通电老化。这样可剔 除坏芯片，不使它流入下一道工序，从而节省了成本， 提高了可靠性。 TAB工艺中引线的键合平面低，使器件薄化。
• 焊接粘贴法
焊接粘贴法是另一种利用合金反应进行芯片粘贴的方法 。优点是热传导性好。
一般工艺方法
将芯片背面淀积一定厚度的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，防 止焊锡氧化及孔洞的形成。 硬质焊料 合金焊料
（3）三层结构载带（Cu-粘贴剂-PI） 比双层带厚，更稳定，较为常用。 制作方法：先以冲模的方法制成高分子 卷带，涂上粘着剂粘接铜箔，再以蚀刻 方法制成电路引脚图形。 优点：胶带和铜之间有很高的结合强度， 且绝缘性能好，吸湿性低，允许电性测 试，适合大规模生产。 缺点：制成复杂，成本高，不适合高温 接合
一般工艺方法
-陶瓷基板芯片座上镀金膜 -将芯片放臵在芯片座上 -热氮气氛中（防氧化）加热并使粘贴表面产生摩擦（ 去除粘贴表面氧化层） -约425℃时出现金-硅反应液面，液面移动时，硅逐渐 扩散至金中而形成紧密结合。
预型片法
为获得最佳粘结效果，IC芯片背面常先镀有一 层薄层的金并在基板的芯片承载座上植入预型片 ，预型片一般约25mm厚，面积约为芯片三分之一 的金2wt%硅合金薄片 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。 此方法适用于较大面积的芯片粘贴。