摘要

       TAB(載帶自動焊)代表一種新的集成電路封裝概念,它具有封裝體積小、價格低、密度高等優(yōu)點。但是要實現(xiàn)這項技術(shù)必須首先解決一些工藝問題。本文將對如何實現(xiàn)TAB封裝作一簡單的工藝介紹。

1 引言

       TAB(TapeAutomated Bonding)是近年發(fā)展起來的一項新的封裝技術(shù),它的工藝主要是將集成電路芯片上的焊點(預(yù)先形成凸點)同載帶上的焊點通過引線壓焊機(jī)自動地鍵合在一起,然后對芯片進(jìn)行密封保護(hù)。載帶既作為芯片的支承體,又作為芯片同周圍電路的連接引線。該技術(shù)目前正逐步應(yīng)用于大規(guī)模、多引線的集成電路的封裝上。TAB的應(yīng)用使系統(tǒng)電路板上的線條和間距進(jìn)一步縮小,從而縮小了整機(jī)的體積。目前所應(yīng)用的TAB的引線數(shù)最高已超過300線,而國外在試驗室應(yīng)用中發(fā)現(xiàn),TAB可容許的引線水平在1000線左右,因此,TAB將是未來大規(guī)模集成電路封裝和系統(tǒng)集成的最有竟?fàn)幜Φ姆椒ㄖ弧?/p>

       TAB技術(shù)主要包括:載帶制造技術(shù),凸點形成技術(shù),引線壓焊技術(shù)和密封技術(shù)。

2 TAB基本工藝

2.1 載帶制造技術(shù)

       TAB載帶有多種型式,按層數(shù)和構(gòu)成來分有單層全金屬、雙層(聚酞亞胺和銅)、三層(聚酞亞胺、粘附層和銅)和雙金屬層載帶。

       單層全金屬載帶雖然具有材料成本低、制造工藝簡單、耐熱性能好等特點,但在內(nèi)引線壓焊完后不能測試芯片性能;雙層和三層載帶可以制作高密度圖形,內(nèi)引線壓焊完后能夠測試芯片性能,適合批量生產(chǎn);雙金屬層載帶可改善信號特性,適用于高頻器件。載帶可生產(chǎn)成一個長帶,象電影膠片似的,可以繞卷在一起,便于自動化生產(chǎn)。

       載帶的制作一般采用光刻銅箔的方法。銅箔厚度的選擇視圖形的精細(xì)程度和所需要的引線強(qiáng)度來定。載帶的制作需要相當(dāng)復(fù)雜和比較昂貴的設(shè)備,但是隨著TAB應(yīng)用的不斷增加和標(biāo)準(zhǔn)的不斷完善,有許多公司專門為集成電路封裝廠家生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)的載帶。

       載帶的焊接區(qū)一般要求有良好的鍍金或鍍錫層,其厚度在1μm左右。

       在芯片設(shè)計時要注意芯片焊點同載帶引線之間匹配,一般載帶引線寬度為50μm,相鄰引線中心線的間距為100μm。

2.2 凸點形成技術(shù)

       凸點是在芯片壓焊區(qū)上增加一層較厚的金屬作為壓焊面。凸點的設(shè)計原則一般是,鈍化孔小于芯片壓焊區(qū)金屬,而凸點的尺寸應(yīng)大于鈍化孔但小于芯片壓焊區(qū)金屬的面積(如圖1)。

       這一規(guī)則有兩個優(yōu)點:第一,壓焊區(qū)的金屬全部被凸點金屬所覆蓋,因此不易被腐蝕;第二,在壓焊過程中可避免對壓焊區(qū)周圍產(chǎn)生損害。

       凸點比較典型的結(jié)構(gòu)包括:粘附層,阻擋層和壓焊金屬層,一般采用欽/鎢/金結(jié)構(gòu)(如圖1)。制作凸點的工藝流程如下:

       涂膠、光刻、顯影、去膠、濺射等同傳統(tǒng)的集成電路制造工藝是相同的,集成電路制造廠家都具備這些工藝。制作凸點的關(guān)鍵技術(shù)是電鍍金。

       首先在前部加工完了的已鈍化的圓片上涂膠,光刻出壓焊區(qū),顯影后清洗干凈并烘干,然后濺射欽和鎢,作為粘附/阻擋層,同時作為鍍金階段的一個電極。欽/鎢厚度一般為1~2μm,同第一次光刻一樣刻出壓焊區(qū),顯影后清洗并烘干,然后進(jìn)行電鍍金,根據(jù)鍍槽的大小每次可以同時電鍍多個圓片。

       鍍金工藝要在很好的控制條件下完成,以形成最小的接觸電阻和獲得一致高度的凸點,鍍金凸點的高度一般在20~30μm。群焊情況下對凸點的一致性誤差要求較高,而單點焊相對低些。一般情況下要求,在同一芯片上的凸點高度誤差在士1%左右;在同一圓片上凸點高度的誤差為士5%,在同一鍍槽內(nèi)圓片上凸點高度的誤差為士10%。凸點的粘附強(qiáng)度在剝離測試下應(yīng)大于0.49N。

       凸點的形狀有兩種:一種為蘑菇狀凸點,另一種為柱狀凸點。如果第二次光刻的膠層較薄,則凸點在沿高度方向生長的同時,也向四周生長,因此形成蘑菇狀凸點,而在光刻膠較厚的情況下,由于光刻膠阻止凸點向四周生長而形成柱狀凸點。

       凸點形成后,為了降低硬度和提高可焊性有時進(jìn)行熱處理,但也可以不做。

2.3 引線壓焊技術(shù)

       引線壓焊分為內(nèi)引線壓焊和外引線壓焊,外引線壓焊一般要在密封、測試后進(jìn)行。內(nèi)引線壓焊是將載帶的內(nèi)焊點同芯片上的凸點鍵合在一起的工藝過程?？梢詫⒁粋€芯片上的所有點一次鍵合完—多點焊或群焊,也可以每次鍵合一點—單點焊。

        對于內(nèi)引線壓焊,由于載帶鍍層金屬材料的不同而存在著金/金,金/錫兩種不同的金屬化結(jié)構(gòu)。因此內(nèi)引線的壓焊可以采用再流焊或熱壓焊兩種不同的方法。使用那種方法取決于不同的金屬化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。再流焊要求組成系統(tǒng)的金屬中的一種能夠熔化,并與其配合的金屬形成合金,金/錫結(jié)構(gòu)符合這些要求,因此宜采用再流焊。熱壓焊依靠的是塑性形變和材料在不熔化的狀態(tài)下相互擴(kuò)散而達(dá)到牢固結(jié)合,金/金結(jié)構(gòu)適合于熱壓焊。由于我們目前多采用金/金結(jié)構(gòu),因此采用熱壓焊的方法多些。鍍金載帶的金凸點的多點焊的典型條件是:加熱器溫度(壓焊頭)450~500℃,工作臺溫度200℃左右,每根引線的壓力為0.78~0.98N,壓焊時間0.3~0.8s。單點焊需要另一個可變量—超聲波能量,由于使用超聲,將更有助于焊點的形成。雖然多點焊效率高,操作簡單,但是每一類芯片尺寸都需要不同的加熱器(壓焊頭),轉(zhuǎn)產(chǎn)慢,投資大。單點焊雖然較慢,特別是在引線數(shù)較多的情況下,更是如此。但是,單點焊比較容易建立,可以兼顧各種不同壓力的焊接,工具變化小,轉(zhuǎn)產(chǎn)快,投資小,傳統(tǒng)的超聲壓焊儀通過簡單的改造,即可作為單點焊內(nèi)引線焊接機(jī)用。就目前趨勢來看,為了加快運(yùn)轉(zhuǎn)周期,增加材料和設(shè)備的利用率,單點引線壓焊儀的使用將更普遍。另外,為了保證壓焊順利進(jìn)行,還需要有配套的芯片承載、傳送固定裝置和載帶傳送裝置。

       外引線的壓焊同內(nèi)引線壓焊一樣也有再流、熱壓、超聲熱壓三種焊接方法,也分為多點壓焊和單點壓焊。

2.4 密封技術(shù)

       在內(nèi)引線壓焊完成后,要進(jìn)行芯片密封,芯片密封主要是起保護(hù)和抗潮作用。密封采用液體密封料涂于芯片的有源電路面上,然后進(jìn)行固化。密封材料常用的有環(huán)氧樹脂、硅膠、聚酞亞胺,選用哪種材料要根據(jù)電路的使用條件和工藝要求而定,一般應(yīng)考慮的因素有:抗溶解能力,固化程序,配制方法,機(jī)械性能,熱膨脹系數(shù),離子污染水平以及最終使用環(huán)境等。

       環(huán)氧樹脂是常用的密封材料,這是由于它具有較好的可操作性,熱膨脹系數(shù)同硅相比相差不太大,并且價格低廉,固化程序簡單,一般在常溫或不太高的溫度下即可固化。能夠?qū)π酒鸬奖Ｗo(hù)作用,運(yùn)用自動點膠設(shè)備可實現(xiàn)自動化生產(chǎn)。

       聚酞亞胺是比較理想的密封材料,其主要性能都優(yōu)于環(huán)氧樹脂膠,但是價格較高。

        密封完的電路要進(jìn)行測試、老化、篩選,然后才能進(jìn)行外引線壓焊。

3 結(jié)束語

        TAB技術(shù)的成功應(yīng)用,能夠有效縮小整機(jī)的體積。TAB技術(shù)代表著一種新的半導(dǎo)體器件安裝概念,給系統(tǒng)設(shè)計人員和芯片設(shè)計人員提供了更大的空間。它的使用不僅能夠使整機(jī)體積縮小,還能使芯片的面積縮小。由于TAB技術(shù)能鍵合比普通封裝更小的壓點。所以,對減小芯片面積有很大的好處。隨著TAB材料、設(shè)備、技術(shù)的不斷發(fā)展,標(biāo)準(zhǔn)的不斷完善,TAB作為一種受歡迎的封裝方法,應(yīng)用將更多、更廣泛。