13 芯片互連 - 熱超聲波鍵合《集成電路封裝》教學(xué)課件

熱超聲波鍵合技術(shù)集成電路封裝與測(cè)試目錄/Contents01020304熱超聲波鍵合概述幾種鍵合技術(shù)的對(duì)比引線鍵合的材料引線鍵合的工具熱超聲波鍵合（TSB）熱超聲波鍵合是熱壓鍵合與超聲波鍵合的混合技術(shù)。在工藝過程中，先在金屬線末端成球，再使用超聲波脈沖進(jìn)行金屬線與金屬接墊之間的接合。熱壓超聲波鍵合工藝包括熱壓焊與超聲焊兩種形式的組合?？山档图訜釡囟?、提高鍵合強(qiáng)度、有利于器件可靠性?；恚豪贸暀C(jī)械振動(dòng)帶動(dòng)絲與襯底上蒸鍍的膜進(jìn)行摩擦，使氧化膜破碎，純凈的金屬表面相互接觸，接頭區(qū)的溫升以及高頻振動(dòng)，使金屬晶格上原子處于受激活狀態(tài)，發(fā)生相互擴(kuò)散，實(shí)現(xiàn)金屬鍵合。工作原理：在超聲鍵合機(jī)的基板支持臺(tái)上引入熱壓鍵合法中采用的加熱器，進(jìn)行輔助加熱；鍵合工具采用送絲壓頭，并進(jìn)行超聲振動(dòng)；由送絲壓頭將Au絲的球形端頭超聲熱壓鍵合在基板的布線電極上。熱超聲波鍵合（TSB）第一鍵合點(diǎn)：熱超聲波鍵合必須先在金屬線末端成球。第二鍵合點(diǎn)使用超聲波脈沖進(jìn)行金屬線與基板金屬焊區(qū)的鍵合。此時(shí)，鍵合此過程中接合工具不被加熱，僅給接合的基板加熱(溫度維持在100-150℃)。其目的是抑制鍵合界面的金屬間化合物（類似于化學(xué)鍵，金屬原子的價(jià)電子形成鍵）的成長，和降低基板高分子材料因高溫產(chǎn)生形變。熱超聲波鍵合第一鍵合點(diǎn)第二鍵合點(diǎn)6名稱過程溫度壓力強(qiáng)度熱壓焊在一定溫度下，施加一定壓力，劈刀帶著引線與焊區(qū)接觸并達(dá)到原子間距，從而產(chǎn)生原子間作用力，達(dá)到鍵合的目的。高于200℃0.5~1.5N/點(diǎn)0.05~0.09N超聲焊劈刀在超聲波的作用下，在振動(dòng)的同時(shí)去除了焊區(qū)表面的氧化層，并與焊區(qū)達(dá)到原子間距，產(chǎn)生原子間作用，從而達(dá)到鍵合的目的。室溫小于0.5N/點(diǎn)0.07N熱聲焊劈刀在加熱與超聲波的共同作用下，去除焊區(qū)表面的氧化層，達(dá)到鍵合的目的。小于200℃0.5N/點(diǎn)0.09~0.1N引線鍵合技術(shù)的對(duì)比7理想鍵合材料的特點(diǎn)a.能與半導(dǎo)體材料形成低電阻歐姆接觸b.化學(xué)性能穩(wěn)定，不會(huì)形成有害的金屬間化合物c.與半導(dǎo)體材料接合力強(qiáng)d.可塑性好，容易實(shí)現(xiàn)鍵合e.彈性小，在鍵合過程中能保持一定的幾何形狀引線鍵合材料8引線鍵合材料鋁線：鋁-1%硅合金0.5-1%鎂的鋁線鋁鎂硅合金或鋁銅合金金線：含5-100ppm鈹含30-100ppm銅引線材料：金線、鋁線、銅線、銀線引線架：鐵鎳合金、復(fù)合金屬、銅合金PCB或封裝不能加熱的情況之下；間距小于60micron.用量超過90%間距大于60micron。不同鍵合方法采用的鍵合材料不同：熱壓鍵合和金絲球鍵合主要選用金（Au）絲，超聲鍵合則主要采用鋁（Al）絲和Si-Al絲（Al-Mg-Si、Al-Cu等。Al絲：其鍵合成本和溫度較低，通常添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的Si或1%的Mg以合金強(qiáng)化鍵合金絲是指純度約為99.99％，線徑為l8～50μm的高純金合金絲，為了增加機(jī)械強(qiáng)度，金絲中往往加入鈹(Be)或銅。鍵合后不需密閉封裝。表面清潔度是保證可靠連接和防止劈刀阻塞的重要因素。Au-Al系:是引線鍵合中最廣泛使用的系統(tǒng)。引線鍵合材料10引線鍵合的工具多用于超聲波鍵合多用于熱壓鍵合焊接工具負(fù)責(zé)固定引線、傳遞壓力和超聲能量、拉弧等。1、劈刀楔形鍵合所使用的焊接工具叫楔形劈刀,通常是鎢碳或是碳鈦合金,在劈刀尾部有一個(gè)呈一定角度