摘要

       TAB(載帶自(zi)動(dong)焊(han))代表(biao)一(yi)種新的集(ji)成電路封(feng)(feng)裝(zhuang)概念,它具有封(feng)(feng)裝(zhuang)體(ti)積小、價格低(di)、密度高(gao)等優(you)點。但是(shi)要實現這項技(ji)術必須首先解決一(yi)些工藝問題。本(ben)文(wen)將對(dui)如何實現TAB封(feng)(feng)裝(zhuang)作一(yi)簡單的工藝介紹(shao)。

1 引言

       TAB(TapeAutomated Bonding)是(shi)(shi)近(jin)年發展起來的(de)(de)一項(xiang)新的(de)(de)封(feng)裝(zhuang)技術,它(ta)的(de)(de)工藝主要是(shi)(shi)將(jiang)集成(cheng)電(dian)(dian)(dian)路(lu)芯片(pian)上(shang)(shang)的(de)(de)焊點(dian)(預先形(xing)成(cheng)凸點(dian))同(tong)載帶上(shang)(shang)的(de)(de)焊點(dian)通過引(yin)線壓焊機(ji)自動地鍵合在(zai)一起,然后對芯片(pian)進(jin)行密(mi)封(feng)保護。載帶既作為(wei)芯片(pian)的(de)(de)支承體(ti),又作為(wei)芯片(pian)同(tong)周(zhou)圍電(dian)(dian)(dian)路(lu)的(de)(de)連(lian)接(jie)引(yin)線。該技術目前正(zheng)逐(zhu)步應用于大規模(mo)、多引(yin)線的(de)(de)集成(cheng)電(dian)(dian)(dian)路(lu)的(de)(de)封(feng)裝(zhuang)上(shang)(shang)。TAB的(de)(de)應用使系(xi)統電(dian)(dian)(dian)路(lu)板上(shang)(shang)的(de)(de)線條和(he)間距(ju)進(jin)一步縮小,從而縮小了整機(ji)的(de)(de)體(ti)積。目前所應用的(de)(de)TAB的(de)(de)引(yin)線數最(zui)高已超(chao)過300線,而國外(wai)在(zai)試驗室(shi)應用中發現,TAB可容許的(de)(de)引(yin)線水平在(zai)1000線左右,因此,TAB將(jiang)是(shi)(shi)未來大規模(mo)集成(cheng)電(dian)(dian)(dian)路(lu)封(feng)裝(zhuang)和(he)系(xi)統集成(cheng)的(de)(de)最(zui)有竟爭力的(de)(de)方法之一。

       TAB技術(shu)主要包括:載帶制造(zao)技術(shu),凸(tu)點形成技術(shu),引線壓焊技術(shu)和密封技術(shu)。

2 TAB基本工藝

2.1 載(zai)帶制造技術

       TAB載(zai)帶有多種型式,按層數和構成來(lai)分(fen)有單層全金屬(shu)、雙(shuang)層(聚酞亞胺和銅)、三(san)層(聚酞亞胺、粘附層和銅)和雙(shuang)金屬(shu)層載(zai)帶。

       單層全金屬載(zai)帶(dai)雖然具有材料成(cheng)本低(di)、制造工藝(yi)簡單、耐(nai)熱性(xing)(xing)能好(hao)等特(te)點,但在內引(yin)線(xian)壓焊(han)完后不能測試芯片性(xing)(xing)能;雙(shuang)層和三(san)層載(zai)帶(dai)可(ke)以制作高(gao)密(mi)度圖(tu)形,內引(yin)線(xian)壓焊(han)完后能夠測試芯片性(xing)(xing)能,適合(he)批量生(sheng)(sheng)產;雙(shuang)金屬層載(zai)帶(dai)可(ke)改善信號特(te)性(xing)(xing),適用(yong)于高(gao)頻器件。載(zai)帶(dai)可(ke)生(sheng)(sheng)產成(cheng)一個長帶(dai),象電(dian)影膠片似的,可(ke)以繞卷在一起,便(bian)于自動化生(sheng)(sheng)產。

       載(zai)帶的(de)(de)制作一般采用光刻銅(tong)箔(bo)的(de)(de)方法。銅(tong)箔(bo)厚度的(de)(de)選(xuan)擇(ze)視圖形的(de)(de)精細(xi)程度和所需要的(de)(de)引線強度來定。載(zai)帶的(de)(de)制作需要相(xiang)當(dang)復雜和比較昂貴(gui)的(de)(de)設備,但(dan)是隨著(zhu)TAB應(ying)用的(de)(de)不(bu)斷增加和標準的(de)(de)不(bu)斷完善,有(you)許多公司專門為(wei)集成電路(lu)封(feng)裝廠家生產標準的(de)(de)載(zai)帶。

       載帶的(de)焊接(jie)區(qu)一(yi)般要求有良好的(de)鍍(du)金或鍍(du)錫層(ceng),其厚(hou)度在1μm左右。

       在芯(xin)片設(she)計時要(yao)注意(yi)芯(xin)片焊(han)點(dian)同載帶(dai)引線之間匹配,一般載帶(dai)引線寬度為50μm,相(xiang)鄰引線中心線的間距為100μm。

2.2 凸點形成技術

       凸(tu)(tu)點是(shi)在(zai)芯(xin)片(pian)壓焊區(qu)上增加一層較厚的(de)金屬作為壓焊面(mian)。凸(tu)(tu)點的(de)設(she)計原則一般是(shi),鈍(dun)化孔小(xiao)于芯(xin)片(pian)壓焊區(qu)金屬,而凸(tu)(tu)點的(de)尺寸應大于鈍(dun)化孔但小(xiao)于芯(xin)片(pian)壓焊區(qu)金屬的(de)面(mian)積(如圖1)。

       ;這一規則有(you)兩個優點(dian):第一,壓(ya)(ya)焊區(qu)的金(jin)屬(shu)全部被凸點(dian)金(jin)屬(shu)所覆(fu)蓋,因(yin)此不易被腐蝕;第二,在壓(ya)(ya)焊過程中可避免對壓(ya)(ya)焊區(qu)周圍產生損(sun)害。

       凸(tu)點(dian)(dian)比較(jiao)典型的結(jie)構包括:粘(zhan)附層(ceng)(ceng),阻(zu)擋層(ceng)(ceng)和壓焊金屬(shu)層(ceng)(ceng),一(yi)般采用欽/鎢/金結(jie)構(如圖1)。制作凸(tu)點(dian)(dian)的工藝流程如下:

       涂膠、光刻、顯影、去膠、濺射等同(tong)傳(chuan)統的集成電(dian)路制造工藝(yi)是相同(tong)的,集成電(dian)路制造廠家(jia)都具備這些工藝(yi)。制作凸點的關鍵技術是電(dian)鍍金。

       首先在前部(bu)加(jia)工完了的(de)已鈍化的(de)圓片上(shang)涂膠,光刻(ke)出(chu)壓焊區,顯影后(hou)清洗(xi)干凈(jing)并(bing)烘干,然后(hou)濺(jian)射欽(qin)和鎢,作(zuo)為(wei)粘附/阻擋層(ceng),同(tong)時(shi)作(zuo)為(wei)鍍(du)金(jin)階段(duan)的(de)一(yi)個電(dian)極。欽(qin)/鎢厚度一(yi)般為(wei)1~2μm,同(tong)第一(yi)次(ci)光刻(ke)一(yi)樣刻(ke)出(chu)壓焊區,顯影后(hou)清洗(xi)并(bing)烘干,然后(hou)進行電(dian)鍍(du)金(jin),根據(ju)鍍(du)槽的(de)大小每次(ci)可以同(tong)時(shi)電(dian)鍍(du)多(duo)個圓片。

       鍍(du)金工藝要在(zai)很(hen)好的控(kong)制(zhi)條件下(xia)(xia)完成(cheng),以形成(cheng)最小(xiao)的接觸電阻和獲得(de)一(yi)(yi)(yi)致高(gao)度(du)的凸(tu)(tu)(tu)點(dian)(dian)(dian),鍍(du)金凸(tu)(tu)(tu)點(dian)(dian)(dian)的高(gao)度(du)一(yi)(yi)(yi)般(ban)在(zai)20~30μm。群(qun)焊情(qing)況(kuang)下(xia)(xia)對凸(tu)(tu)(tu)點(dian)(dian)(dian)的一(yi)(yi)(yi)致性誤(wu)差要求(qiu)較高(gao),而單點(dian)(dian)(dian)焊相(xiang)對低些。一(yi)(yi)(yi)般(ban)情(qing)況(kuang)下(xia)(xia)要求(qiu),在(zai)同一(yi)(yi)(yi)芯(xin)片上(shang)的凸(tu)(tu)(tu)點(dian)(dian)(dian)高(gao)度(du)誤(wu)差在(zai)士1%左(zuo)右;在(zai)同一(yi)(yi)(yi)圓片上(shang)凸(tu)(tu)(tu)點(dian)(dian)(dian)高(gao)度(du)的誤(wu)差為士5%,在(zai)同一(yi)(yi)(yi)鍍(du)槽(cao)內圓片上(shang)凸(tu)(tu)(tu)點(dian)(dian)(dian)高(gao)度(du)的誤(wu)差為士10%。凸(tu)(tu)(tu)點(dian)(dian)(dian)的粘附強度(du)在(zai)剝離測試下(xia)(xia)應大于0.49N。

       凸(tu)(tu)點(dian)的形狀有兩種(zhong):一種(zhong)為蘑菇狀凸(tu)(tu)點(dian),另一種(zhong)為柱狀凸(tu)(tu)點(dian)。如果第二次光刻的膠(jiao)(jiao)層較薄,則凸(tu)(tu)點(dian)在沿高度方向生(sheng)長的同時(shi),也向四(si)周生(sheng)長,因(yin)此形成蘑菇狀凸(tu)(tu)點(dian),而在光刻膠(jiao)(jiao)較厚的情況下,由于光刻膠(jiao)(jiao)阻止凸(tu)(tu)點(dian)向四(si)周生(sheng)長而形成柱狀凸(tu)(tu)點(dian)。

       凸點形成后,為了降低硬度和提高可焊性有(you)時(shi)進(jin)行熱處理(li),但(dan)也可以不做。

2.3 引線壓焊(han)技(ji)術(shu)

       引(yin)(yin)線(xian)壓(ya)焊(han)(han)(han)分為內引(yin)(yin)線(xian)壓(ya)焊(han)(han)(han)和外引(yin)(yin)線(xian)壓(ya)焊(han)(han)(han),外引(yin)(yin)線(xian)壓(ya)焊(han)(han)(han)一(yi)般要在(zai)密封、測試后進(jin)行(xing)。內引(yin)(yin)線(xian)壓(ya)焊(han)(han)(han)是(shi)將(jiang)載帶的內焊(han)(han)(han)點(dian)(dian)同(tong)芯(xin)片上的凸點(dian)(dian)鍵合(he)在(zai)一(yi)起的工藝過(guo)程。可以將(jiang)一(yi)個芯(xin)片上的所有點(dian)(dian)一(yi)次鍵合(he)完—多點(dian)(dian)焊(han)(han)(han)或群焊(han)(han)(han),也可以每次鍵合(he)一(yi)點(dian)(dian)—單點(dian)(dian)焊(han)(han)(han)。

        對于內引(yin)線(xian)(xian)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)焊(han),由(you)(you)于載帶鍍層金(jin)(jin)(jin)屬(shu)材料(liao)的(de)(de)(de)(de)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)同而存在著金(jin)(jin)(jin)/金(jin)(jin)(jin),金(jin)(jin)(jin)/錫兩種(zhong)(zhong)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)同的(de)(de)(de)(de)金(jin)(jin)(jin)屬(shu)化結(jie)(jie)(jie)(jie)構(gou)。因(yin)(yin)此(ci)內引(yin)線(xian)(xian)的(de)(de)(de)(de)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)焊(han)可以采(cai)(cai)用再流(liu)焊(han)或熱(re)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)焊(han)兩種(zhong)(zhong)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)同的(de)(de)(de)(de)方法。使(shi)用那種(zhong)(zhong)方法取決(jue)于不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)同的(de)(de)(de)(de)金(jin)(jin)(jin)屬(shu)化系統結(jie)(jie)(jie)(jie)構(gou)。再流(liu)焊(han)要(yao)求組成(cheng)(cheng)系統的(de)(de)(de)(de)金(jin)(jin)(jin)屬(shu)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)一種(zhong)(zhong)能夠熔化,并與(yu)其(qi)配(pei)合的(de)(de)(de)(de)金(jin)(jin)(jin)屬(shu)形成(cheng)(cheng)合金(jin)(jin)(jin),金(jin)(jin)(jin)/錫結(jie)(jie)(jie)(jie)構(gou)符(fu)合這些(xie)(xie)要(yao)求,因(yin)(yin)此(ci)宜采(cai)(cai)用再流(liu)焊(han)。熱(re)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)焊(han)依靠的(de)(de)(de)(de)是塑性形變和(he)材料(liao)在不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)熔化的(de)(de)(de)(de)狀態下(xia)相互擴散而達到牢固結(jie)(jie)(jie)(jie)合,金(jin)(jin)(jin)/金(jin)(jin)(jin)結(jie)(jie)(jie)(jie)構(gou)適合于熱(re)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)焊(han)。由(you)(you)于我(wo)們目前(qian)多(duo)(duo)采(cai)(cai)用金(jin)(jin)(jin)/金(jin)(jin)(jin)結(jie)(jie)(jie)(jie)構(gou),因(yin)(yin)此(ci)采(cai)(cai)用熱(re)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)焊(han)的(de)(de)(de)(de)方法多(duo)(duo)些(xie)(xie)。鍍金(jin)(jin)(jin)載帶的(de)(de)(de)(de)金(jin)(jin)(jin)凸點(dian)的(de)(de)(de)(de)多(duo)(duo)點(dian)焊(han)的(de)(de)(de)(de)典型條件(jian)是:加熱(re)器(qi)溫度(du)(壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)焊(han)頭(tou)(tou))450~500℃,工作臺溫度(du)200℃左右,每根引(yin)線(xian)(xian)的(de)(de)(de)(de)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)為0.78~0.98N,壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)焊(han)時間(jian)0.3~0.8s。單(dan)點(dian)焊(han)需要(yao)另一個可變量(liang)—超聲波(bo)能量(liang),由(you)(you)于使(shi)用超聲,將更(geng)有助(zhu)于焊(han)點(dian)的(de)(de)(de)(de)形成(cheng)(cheng)。雖然多(duo)(duo)點(dian)焊(han)效(xiao)率高(gao),操(cao)作簡單(dan),但是每一類芯片(pian)尺寸都需要(yao)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)同的(de)(de)(de)(de)加熱(re)器(qi)(壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)焊(han)頭(tou)(tou)),轉產(chan)慢(man),投資(zi)(zi)大(da)。單(dan)點(dian)焊(han)雖然較慢(man),特別(bie)是在引(yin)線(xian)(xian)數較多(duo)(duo)的(de)(de)(de)(de)情況(kuang)下(xia),更(geng)是如此(ci)。但是,單(dan)點(dian)焊(han)比較容易建立,可以兼顧各種(zhong)(zhong)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)同壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)的(de)(de)(de)(de)焊(han)接,工具變化小,轉產(chan)快(kuai),投資(zi)(zi)小,傳(chuan)(chuan)統的(de)(de)(de)(de)超聲壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)焊(han)儀通(tong)過簡單(dan)的(de)(de)(de)(de)改造(zao),即(ji)可作為單(dan)點(dian)焊(han)內引(yin)線(xian)(xian)焊(han)接機(ji)用。就目前(qian)趨(qu)勢來看,為了加快(kuai)運轉周期,增加材料(liao)和(he)設(she)備的(de)(de)(de)(de)利(li)用率,單(dan)點(dian)引(yin)線(xian)(xian)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)焊(han)儀的(de)(de)(de)(de)使(shi)用將更(geng)普(pu)遍。另外,為了保證(zheng)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)焊(han)順(shun)利(li)進行,還(huan)需要(yao)有配(pei)套的(de)(de)(de)(de)芯片(pian)承載、傳(chuan)(chuan)送固定(ding)裝(zhuang)置(zhi)和(he)載帶傳(chuan)(chuan)送裝(zhuang)置(zhi)。

       外(wai)引(yin)線(xian)的(de)壓(ya)焊(han)同(tong)內(nei)引(yin)線(xian)壓(ya)焊(han)一樣也(ye)有再流、熱壓(ya)、超聲熱壓(ya)三種焊(han)接方(fang)法,也(ye)分為(wei)多點(dian)壓(ya)焊(han)和(he)單(dan)點(dian)壓(ya)焊(han)。

2.4 密封技術

       在內引線(xian)壓焊完成后(hou),要進(jin)(jin)行(xing)芯片密封(feng)(feng),芯片密封(feng)(feng)主要是起保(bao)護和(he)(he)抗(kang)潮作用(yong)。密封(feng)(feng)采用(yong)液體密封(feng)(feng)料(liao)涂于芯片的有源電路面上,然后(hou)進(jin)(jin)行(xing)固化(hua)。密封(feng)(feng)材料(liao)常用(yong)的有環(huan)氧(yang)樹脂、硅膠(jiao)、聚酞亞(ya)胺,選(xuan)用(yong)哪(na)種(zhong)材料(liao)要根(gen)據(ju)電路的使用(yong)條件和(he)(he)工藝要求而定,一般(ban)應考慮的因素有:抗(kang)溶解能力,固化(hua)程序,配制(zhi)方法(fa),機械(xie)性(xing)能,熱(re)膨脹系數,離子(zi)污染水平以(yi)及最終使用(yong)環(huan)境等。

       環(huan)氧樹脂是常用(yong)(yong)的(de)密封材料,這是由于它具有(you)較好的(de)可操作(zuo)性,熱膨(peng)脹系(xi)數同硅相比相差不太(tai)大,并且價格低廉,固(gu)化程序簡(jian)單,一般在常溫或(huo)不太(tai)高(gao)的(de)溫度下即可固(gu)化。能夠對芯片起到(dao)保護作(zuo)用(yong)(yong),運用(yong)(yong)自動點膠設備可實現自動化生產(chan)。

       聚酞亞(ya)胺(an)是比較理(li)想的密封材料(liao),其主要性(xing)能(neng)都優(you)于環(huan)氧(yang)樹脂膠,但是價格較高。

        密(mi)封完的電(dian)路要進(jin)行測試、老化、篩選,然后才能進(jin)行外引線壓(ya)焊。

3 結束語

        TAB技(ji)術的(de)(de)(de)成功應用,能(neng)夠有效縮(suo)小(xiao)整(zheng)(zheng)機的(de)(de)(de)體積。TAB技(ji)術代表著一種新的(de)(de)(de)半導(dao)體器件安裝概念,給系統設計(ji)人(ren)員和(he)芯片設計(ji)人(ren)員提供(gong)了(le)更(geng)大的(de)(de)(de)空間(jian)。它的(de)(de)(de)使(shi)(shi)用不僅能(neng)夠使(shi)(shi)整(zheng)(zheng)機體積縮(suo)小(xiao),還能(neng)使(shi)(shi)芯片的(de)(de)(de)面(mian)積縮(suo)小(xiao)。由于TAB技(ji)術能(neng)鍵合(he)比普(pu)通封裝更(geng)小(xiao)的(de)(de)(de)壓點。所以,對減小(xiao)芯片面(mian)積有很大的(de)(de)(de)好(hao)處(chu)。隨著TAB材料、設備、技(ji)術的(de)(de)(de)不斷(duan)發展,標準的(de)(de)(de)不斷(duan)完(wan)善,TAB作為一種受(shou)歡迎的(de)(de)(de)封裝方(fang)法(fa),應用將更(geng)多、更(geng)廣泛。