微电子封装是芯片成为功能产品的最后一步。它不仅为芯片提供电气连接、散热通道,还承担物理支撑与保护作用。封装质量直接影响器件性能,其中,互连技术尤为关键。研究表明,25%~30%的半导体失效源于芯片互连问题。
一、热压键合
1.原理
2.关键影响因素
Au-Ag、Au-Cu等可形成固溶体的金属组合,扩散性好,焊接性能优良; Au-Si、Al-Si等可形成低熔点共晶,也具备良好的可焊性; 而如Au-Al、Cu-Al等通过扩散形成金属间化合物的组合,虽可焊接但需严格控制工艺。
键合时间:时间延长有助于提高变形率和连接强度; 键合力:需精确控制,过大可能损伤芯片,过小则连接不牢; 变形率:在一定范围内,拉断载荷与球的变形率成正比; 洁净度:任何污染都会显著降低焊接强度。
劣势:需高温(通常150°C以上),对洁净度极敏感,小焊盘适应性差,成品率偏低。
二、超声键合
劣势:对表面粗糙度敏感;铝屑易粘焊头,难清理;材料厚度受限,可焊金属范围窄;设备功率需求高。
三、热压超声键合
穿线:引线穿过劈刀,伸出长度决定后续球尺寸;
形成球:通过EFO(电子火焰熄灭)放电将引线端部熔成球状;
对位:球移动到焊盘上方; 第一焊点:劈刀将球压到焊盘上,施加压力、温度和超声波形成连接; 拱丝成型:劈刀上升并移动到第二焊点位置,形成特定拱形; 第二焊点:在基板或引线框上形成楔形焊接; 断线:夹子闭合,劈刀上升扯断引线,准备下一次键合。
劣势:对污染物敏感,易出现缩坑;参数多(温度、压力、超声、时间),调试复杂; 焊盘尺寸略大于超声键合,成品率略低。
结语
尽管引线键合技术已成熟应用数十年,它仍在不断发展和优化。随着芯片尺寸缩小和集成度提高,对键合精度、速度和可靠性的要求越来越高。


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