柔性电子制造技术基础_第4讲_part1_2010

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1、柔性电子制造技术基础陶波数字制造装备与技术国家重点实验室主校区东一楼225Email:taobo@mail.hust.edu.cnTel:13437140569、87559416-2251第四讲、柔性电子器件批量化制备技术（上篇）本讲课程内容键合技术精密视觉技术卷到卷传输控制技术高速高精运动控制技术概述电子封装始于IC晶片制成之后，包括IC晶片的粘结固定、电路连线、密封保护、与电路板之接合、模组组装到产品完成之间的所有过程。电子封装常见的连接方法有引线键合(wirebonding，WB)、载带自动焊（tapeautomatedbonding,TAB）与倒装芯片(fl

2、ipchip,FC)等三种，倒装芯片也称为反转式晶片接合或可控制塌陷晶片互连(controlledcollapsechipconnection,C4)。什么是引线键合用金属丝将芯片的I/O端（innerleadbondingpad:内侧引线端子）与对应的封装引脚或者基板上布线焊区（outerleadbondingpad:外侧引线端子）互连，实现固相焊接过程，采用加热、加压和超声能，破坏表面氧化层和污染，产生塑性变形，界面亲密接触产生电子共享和原子扩散形成焊点，键合区的焊盘金属一般为Al或者Au等，金属细丝是直径通常为20～50微米的Au、Al或者Si－Al丝。历史和

3、特点1957年Bell实验室采用的器件封装技术，目前特点如下：•已有适合批量生产的自动化机器；•键合参数可精密控制，导线机械性能重复性高；•速度可达100ms互连（两个焊接和一个导线循环过程）；•焊点直径：100μm↘50μm，↘30μm；•节距：100μm↘55μm，↘35μm；•劈刀(Wedge,楔头)的改进解决了大多数的可靠性问题；•根据特定的要求，出现了各种工具和材料可供选择；•已经形成非常成熟的体系。应用范围低成本、高可靠、高产量等特点使得它成为芯片互连的主要工艺方法，用于下列封装：•陶瓷和塑料BGA、单芯片或者多芯片•陶瓷和塑料(CerQuadsandP

4、QFPs)•芯片尺寸封装(CSPs)•板上芯片(COB)芯片互连例子采用引线键合的芯片互连芯片互连例子两种键合焊盘球形键合楔形键合三种键合（焊接、接合）方法引线键合为IC晶片与封装结构之间的电路连线中最常使用的方法。主要的引线键合技术有超音波接合（UltrasonicBonding,U/SBonding）、热压接合(ThermocompressionBonding,T/CBonding)、与热超音波接合(ThermosonicBonding,T/SBonding)等三种。机理及特点超声焊接：超音波接合以接合楔头(Wedge)引导金属线使其压紧于金属焊盘上，再由楔头输

5、入频率20至60KHZ，振幅20至200μm，平行于接垫平面之超音波脉冲，使楔头发生水平弹性振动，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，在25ms内与键合区紧密接触而完成焊接。常用于Al丝的键合。键合点两端都是楔形。铝合金线为超音波最常见的线材；金线亦可用于超音波接合，它的应用可以在微波元件的封装中见到。楔形键合其穿丝是通过楔形劈刀背面的一个小孔来实现的，金属丝与晶片键合区平面呈30～60°的角度，当楔形劈刀下降到焊盘键合区时，楔头将金属丝按在其表面，采用超声或者热声焊而完成键合。超音波接合只能产生楔

6、形接点(WedgeBond)。它所能形成的形成的连线弧度(称为Profile)与接点形状均小于其他引线键合方法所能完成者。因此适用于焊盘较小、密度较高的IC晶片的电路连线；但超音波接合的连线必须沿著金属迴绕的方向排列，不能以第一接点为中心改变方向，因此在连线过程中必须不断地调整IC晶片与封装基板的位置以配合导线的迴绕，不仅其因此限制了键合的速度，亦较不利于大面积晶片的电路连线。热压焊：金属线过预热至约300至400℃的氧化铝(AlO)或23碳化钨（WC）等耐火材料所制成的毛细管状键合头（BondingTool/Capillary,也称为瓷嘴或焊针），再以电火花或氢焰

7、将金属线烧断并利用熔融金属的表面张力效应使线之末端成球状（其直径约金属线直径之2倍），键合头再将金属球下压至已预热至约150至250℃的第一金属焊盘上进行球形结合（BallBond）。在结合时，球点将因受压力而略为变形，此一压力变形之目的在于增加结合面积、减低结合面粗糙度对结合的影响、穿破表面氧化层及其他可能阻碍结合之因素，以形成紧密之结合。球形键合过程1、毛细管(capillary)与焊盘(bondpad)对准，把金线末端生成半径为1.5～2倍金线半径的球状突起和毛细管口贴紧。2、毛细管降下，球状突起与焊盘接触，综合压力、加热能量等使球状突起变形成为焊点形状。