電子連接線-微連接技術(shù)中的壓焊方法介紹

      在微連接技術(shù)中，壓焊方法主要用于微電子器件中固態(tài)電路內(nèi)部互連接線的連接，即芯片(表面電極，金屬化層材料主要為Al)與引線框架之間的連接。按照內(nèi)引線形式，可分為絲材鍵合、梁式引線技術(shù)、倒裝芯片法和載帶自動鍵合技術(shù)。  
1．絲材健合（wire-bonding） 這種方法把普通的焊接能源（熱壓、超聲或兩者結(jié)合）與健合的特殊工具及工藝（球-劈刀法、楔-楔法）相結(jié)合，形成了不同的健合方法，從而實現(xiàn)了直徑為10～200μm的金屬絲與芯片電極－金屬膜之間的連接。  
（1）絲材熱壓鍵合 這是最早用于內(nèi)引線鍵合的方法。熱壓鍵合是通過壓力與加熱，使接頭區(qū)產(chǎn)生典型的塑性變形。熱量與壓力通過毛細管形或楔形加熱工具直接或間接地以靜載或脈沖方式施加到鍵合區(qū)。該方法要求鍵合金屬表面和鍵合環(huán)境的潔凈度十分高。而且只有金絲才能保證鍵合可靠性，但對于Au-Al內(nèi)引線鍵合系統(tǒng)，在焊點處又極易形成導(dǎo)致焊點機械強度減弱的“紫斑”缺陷。 
（2）絲材超聲波鍵合 超聲波鍵合是在材料的鍵合面上同時施加超聲波和壓力，超聲波振動平行于鍵合面，壓力垂直于鍵合面。該方法一般采用Al或Al合金絲，既可避免Au絲熱壓焊的“紫班”缺陷和解決Al-Al系統(tǒng)的焊接困難，又降低了生產(chǎn)成本。缺點是尾絲不好處理，不利于提高器件的集成度，而且實現(xiàn)自動化的難度較大，生產(chǎn)效率也比較低。  
（3）絲球焊 絲材通過空心劈刀的毛細管穿出，然后經(jīng)過電弧放電使伸出部分熔化，并在表面張力作用下成球形，然后通過劈刀將球壓焊到芯片的電極上。該方法一般采用Au絲。近年來，國際上一直尋求采用Al絲或Cu絲替代Al絲球焊，到80年代，國外Cu絲球焊已在生產(chǎn)中應(yīng)用。國內(nèi)研制的Cu絲球焊裝置，采用受控脈沖放電式雙電源形球系統(tǒng)，并用微機控制形球高壓脈沖的數(shù)、頻率、頻寬比以及低壓維孤時間，從而實現(xiàn)了對形球能量的jq控制和調(diào)節(jié)，在氬氣保護條件下確保了Cu絲形球質(zhì)量。  
2．梁引線技術(shù)（beam-lead） 采用復(fù)式沉積方式在半導(dǎo)體硅片上制備出由多層金屬組成的梁，以這種梁來代替常規(guī)內(nèi)引線與外電路實現(xiàn)連接。這種方法主要在軍事、宇航等要求長壽命和高可靠性的系統(tǒng)中得到應(yīng)用。其優(yōu)點在于提高內(nèi)引線焊接效率和實現(xiàn)高可靠性連接，缺點是梁的制造工藝復(fù)雜，散熱性能較差，且出現(xiàn)焊點不良時不能修補。  
3. 倒裝芯片法（flip-chip）和載帶自動鍵合技術(shù)（TAB） 隨著大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的發(fā)展，微電子器件內(nèi)引線的數(shù)目也隨之增加。絲球焊作為一種點焊技術(shù)，不論是焊接質(zhì)量、還是焊接效率都不能適應(yīng)大規(guī)模生產(chǎn)的要求，群焊技術(shù)便應(yīng)運而生。  倒裝芯片法在60年代由IBM公司開發(fā)，主要用于厚膜電路。這種方法在硅片上電極處預(yù)制釬料凸點，同時將釬料膏印刷到基板一側(cè)的引線電極上，然后將硅片倒置，使硅片上的釬料凸點與之對位，經(jīng)加熱后使雙方的針料熔為一體，從而實現(xiàn)連接。這種方法適用于微電子器件小型化、高功能的要求，但釬料凸點制作復(fù)雜，焊后外觀檢查困難，并且需要焊前處理和嚴格控制釬焊規(guī)范，所以應(yīng)用有限。  載帶自動健合技術(shù)是在類似于135膠片的柔性載帶粘結(jié)金屬薄片，在金屬薄片上經(jīng)腐蝕作出引線框圖形，而后與芯片上的凸點進行連接。目前的TAB中，廣泛采用的是電鍍Au的Cu引線框和芯片上的Au凸點，進行熱壓焊接。其優(yōu)點是生產(chǎn)效率高，缺點是工藝也很復(fù)雜，成本較高，且芯片的通用性差。

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