集成电路|集成电路封装互连——引线键合介绍丨半导体制造

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集成电路|集成电路封装互连——引线键合介绍丨半导体制造

在集成电路封装互连中 , 芯片和引线框架(基板)的连接为电源和信号的分配提供了电路连接 。 有3种方式实现内部连接 , 分别是引线键合、载带自动焊和倒装焊 。

1.引线键合概述
引线键合是封装过程中一道关键的工艺 , 键合的质量好坏直接关系到整个封装器件的性能和可靠性 , 半导体器件的失效约有1/4~1/3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 。 引线键合技术也直接影响到封装的总厚度 。

引线键合的过程是:芯片先固定于金属导线架上 , 再以引线键合工艺将细金属线依序与芯片及导线架完成接合 。 引线键合工艺中所用的导电丝主要有金丝、铜丝和铝丝 。 引线键合焊的原理是采用加热、加压和超声等方式破坏被焊表面的氧化层和污染 , 产生塑性变形 , 使得引线与被焊面亲密接触 , 达到原子间的引力范围并导致界面间原子扩散而形成焊合点 。 常用的引线键合方式有3种 , 分别是热压键合、超声键合和热声键合 。

(1)热压键合焊 。 热压键合焊是利用加压和加热的方法 , 使得金属丝与焊区接触面的原子间达到原子间的引力范围 , 从而达到键合的目的 , 常用于金丝的键合 。
(2)超声键合焊 。 超声键合焊是利用超声波(60~120kHz)发生器使劈刀发生水平弹性振动 , 同时施加向下的压力 , 使得劈刀在这两种力的作用下带动引线在焊区金属表面迅速摩擦 , 引线受能量作用发生塑性变形 , 与键合区紧密接触而完成焊接 , 常用于铝丝的键合 。
(3)热声键合焊 。 热声键合焊主要用于金丝和铜丝的键合 。 它也采用超声波能量 , 但是与超声键合焊不同的是键合时要提供外加热源 , 键合丝线不需要磨蚀掉表面氧化层 。 外加热量的目的是激活材料的能级 , 促进两种金属的有效连接以及金属间化合物的扩散和生长 。
2.引线键合工艺
引线键合工艺有球形键合与楔形键合两种工艺 。
(1)球形键合工艺 。 球形键合工艺是将键合引线垂直插入毛细管劈刀的工具中 , 引线在电火花作用下受热熔成液态 , 由于表面张力的作用而形成球状 , 在视觉系统和精密控制下 , 劈刀下降使球接触晶片的键合区 , 对球加压 , 使球和焊盘金属形成冶金结合完成焊接过程 , 然后劈刀提起 , 沿着预定的轨道移动 , 称做弧形走线 , 到达第二个键合点(焊盘)时 , 利用压力和超声能量形成月牙式焊点 , 劈刀垂直运动截断金属丝的尾部 , 这样完成两次焊接和一个弧线循环 。

球形键合的工艺过程
(2)楔形键合工艺 。 楔形键合工艺是将金属丝穿入楔形劈刀背面的一个小孔 , 丝与晶片键合区平面呈 30°~60°角 。 当楔形劈刀下降到焊盘键合区时 , 劈刀将金属丝压在焊区表面 , 采用超声或热声焊实现第一点的键合焊 , 随后劈刀抬起并沿着劈刀背面的孔对应的方向按预定的轨道移动 , 到达第二个键合点(焊盘)时 , 利用压力和超声能量形成第二个键合焊点 , 劈刀垂直运动截断金属丝的尾部 , 这样完成两次焊接和一个弧线循环 。

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