3第二章-2互连技术TAB

*微组装工艺*2.3.1TAB技术及应用2.3.3TAB工艺流程2.3.5TAB载带制作工艺2.3.7TAB工具和设备2.3.4TAB芯片凸点制作工艺2.3载带自动焊接技术（TAB）2.3.2TAB关键材料2.3.6TAB焊接工艺*微组装工艺*一、TAB技术载带自动焊(TapeAutomatedBonding，TAB)技术是一种将芯片组装在金属化柔性高分子聚合物载带上的集成电路封装技术；将芯片焊区与电子封装体外壳的I/O或基板上的布线焊区用有引线图形金属箔丝连接，是芯片引脚框架的一种互连工艺。2.3.1TAB技术及应用*微组装工艺*在类似于135胶片的柔性载带粘结金属薄片，像电影胶片一样卷在一带卷上，载带宽度8-70mm。在其特定的位置上开出一个窗口。窗口为蚀刻出一定的印刷线路图形的金属箔片（0.035mm厚）。引线排从窗口伸出，并与载带相连，载带边上有供传输带用的齿轮孔。当载带卷转动时，载带依靠齿孔往前运动，使带上的窗口精确对准带下的芯片。再利用热压模将导线排精确键合到芯片上。*微组装工艺**微组装工艺*二、TAB技术发展TAB技术有别于且优于WB技术，用于薄型LSI芯片封装的新型芯片互连技术。但直到20世纪80年代中期．TAB技术一直发展缓慢，其主要原因在于：TAB技术初始投资大；开始时TAB工艺设备不易买到，而传统的引线工艺已得到充分的发展，且其生产设备也容易买到；有关TAB技术资料和信息少。*微组装工艺*随着多功能、高性能LSI和VLSI的飞速发展，I／O数迅速增加，电子整机的高密度组装及小型化、薄型化的要求日益提高，到1987年，TAB技术又重新受到电子封装界的高度重视。美、日、西欧各国竞相开发应用TAB技术、使其很快在消费类电子产品中获得广泛的应用，主要用于液晶显示、智能IC卡、计算机、电子手表、计算器、录像机和照相机中。日本使用TAB技术在数量和工艺技术、设备诸方面都是领先的，直至今日仍是使用TAB的第一大户，美、欧次之，亚洲的韩国也有一定的用量．俄罗斯也有使用。*微组装工艺*三、TAB技术的优点：TAB的结构轻、薄、短、小，高度1mmTAB的电极尺寸、电极与焊区的间距比WB大为减少相应可容纳的I/O引脚数更高TAB的引线R、C、L均比WB的小的多采用TAB互连可对IC芯片进行电老化、筛选和测试TAB采用Cu箔引线，导热、导电好、机械强度高TAB焊点键合拉力比WB高3-10倍可实现标准化（载带的尺寸）和自动化*微组装工艺*四、TAB的分类和标准TAB按其结构和形状可分为Cu箔单层带、Cu-PI双层带、Cu-粘接剂-PI三层带和Cu-PI-Cu双金属带等四种。以三层带和双层带使用居多。*微组装工艺*TAB的分类的特点：*微组装工艺*20世纪80年代末，TAB载带曾由美国联合电器器件工程协会（JEDEC）制订出标准。目前，大量使用的有35mm宽和70mm宽的载带，其它还有48mm、16mm、8mm、158mm等多种规格。16mm和8mm宽的载带用于I/O数少的中、小规模IC，使用158mm宽的载带是为了在同样长的载带中制作更多的TAB图形，以提高生产效率。如100mm长、158mm宽的载带，每卷可制作70，000只TAB图形。*微组装工艺*典型的TAB载带尺寸标准TAB的Cu箔电极图形和尺寸不便于标准化，要根据芯片周围焊区的尺寸和节距、I/O的多少和布局以及Cu箔指状引线的焊接强度等来设计Cu箔图形的形状和尺寸。*微组装工艺*五、TAB的应用TAB在各个电子领域中都有广泛的应用，但主要还是应用于那些低成本、大规模生产的电子产品，如笔记本电脑、汽车电子、LCD、医疗电子、智能卡等方面。日本有世界上最大、最多的TAB工业，主要厂家：夏普、NEC、东芝等。其次是美国，其主要厂家有：AMI、IBM、Intel、TI等。TAB的应用领域*微组装工艺*一、基带材料2.3.2TAB的关键材料基带即带状载体，是指带状绝缘薄膜上载有由覆铜箔经蚀刻而形成的引线框架，而且芯片也要载于其上。要求：高温性能好；与Cu箔的粘接性好，热匹配性好；收缩率小且尺寸稳定；抗化学腐蚀性强；机械强度高；吸水率低。*微组装工艺*选用材料：聚酰亚胺（PI)薄膜；聚酯类材料(PET)薄膜；苯丙环丁稀(BCB)薄膜。其中，PI薄膜是早期最广泛使用的材料，但价格稍高。*微组装工艺*二、TAB金属材料指制作TAB引线图形的金属材料。要求：导电性能好；强度高；延展性；表面平滑性良好；与各种基带粘贴牢固，不易剥离；易于用光刻法制作出精细复杂的图形；易电镀Au、Ni、Pb/Sn焊接材料。材料：Cu箔；Al箔。一般都采用Cu箔，厚度有18、35、70微米。较少用Al箔。宽度以35mm最常用。另有70mm和158mm等规格。*微组装工艺*三、芯片凸点金属材料TAB技术要求在芯片的焊区上先制作凸点，然后才能与Cu箔引线进行焊接，芯片凸点的金属材料为：Au、Cu/Au、Au/Sn、Pb/Sn。芯片焊区金属通常为Al膜，为使AI膜和芯片钝化层粘附牢固，要先淀积一层粘附层金属；接着，还要淀积一层阻档层金属，以防止最外层的凸点金属与Al互扩散，形成不希望有的金属间化合物；最上层才是具有一定高度要求的凸点金属。*微组装工艺*粘附层Ti阻挡层WAl层凸点Au也可以将芯片焊区的凸点制作在TAB的Cu箔引线上，芯片只做多层金属化，或者芯片上仍是AI焊区。这种TAB结构又称为凸点载带自动焊(BTAB)。*微组装工艺**微组装工艺*一、工艺流程TAB技术首先在高聚物上做好元件引脚的引线框架，然后将芯片按其键合区对应放在上面，然后通过热电极一次将所有的引线进行键合。TAB使用标淮化的卷轴长带(长100m)，对芯片实行自动化多点一次焊接；同时，安装及外引线焊镀可以实现自动化，可进行工业化规模生产，从而提高电子产品的生产效率，降低产品成本。2.3.3TAB工艺流程*微组装工艺*芯片铜箔引线链轮齿孔焊点TAB多点—次焊接*微组装工艺*典型的TAB工艺流程：*微组装工艺*TAB技术工艺流程*微组装工艺*TAB技术工艺流程*微组装工艺*二、TAB工艺的关键技术TAB工艺主要是先在芯片上形成凸点，将芯片上的凸点同载带上的焊点通过引线压焊机自动的键合在一起，然后对芯片进行密封保护。最后将载带外引线与外壳或基板焊区进行焊接。TAB工艺关键部分有：芯片凸点制作、TAB载带制作和内、外引线焊接等。*微组装工艺*2.3.4TAB芯片凸点制作工艺TAB技术中芯片上凸点的排列为周边布局，并且具有均匀性和对称性。凸点形状分为蘑菇状和柱状（方形或圆形）。凸点的设计原则一般是：钝化孔小于芯片压焊区金属，而凸点的尺寸应大于钝化孔但小于芯片压焊区金属的面积。这一规则有两个优点：第一，压焊区的金属全部被凸点金属所覆盖，因此不易被腐蚀；第二，在压焊过程中可避免对压焊区周围产生损害。一、两种不同的凸点制作工艺*微组装工艺*IC芯片制作完成后其表面均镀有钝化保护层，厚度高于电路的键合点，因此必须在IC芯片的键合点上或TAB载带的内引线前端先长成键合凸块才能进行后续的键合，通常TAB载带技术也据此区分为凸块化载带与凸块化芯片TAB两大类。凸块化载带，单层载带可配合铜箔引脚的刻蚀制成凸块，在双层与三层载带上，因为蚀刻的工艺容易致导带变形，而使未来键合发生对位错误，因此双层与三层载带较少应用于凸块载带TAB的键合。BTAB*微组装工艺*凸块式芯片TAB，先将金属凸块长成于IC芯片的铝键合点上，再与载带的内引脚键合。预先长成的凸块除了提供引脚所需要的金属化条件外，可避免引脚与IC芯片间可能发生短路，但制作长有凸块的芯片是TAB工艺最大的困难。两种不同的凸点制作工艺*微组装工艺*二、凸点制作工艺流程凸点比较典型的结构包括：粘附层，阻挡层和压焊金属层．一般采用钛／钨／金结构。1、凸点制作的传统工艺制作凸点的工艺流程*微组装工艺*镀金工艺要在很好的控制条件下完成，以形成最小的接触电阻和获得一致高度的凸点。镀金凸点的高度一般在20～30微米。群焊情况下对凸点的一致性误差要求较高，而单点焊相对低些。一般情况下要求，在同一芯片上的凸点高度误差在±1%左右；在同一圆片上凸点高度的误差为±5%，在同一镀槽内圆片上凸点高度的误差为±10%。凸点的粘附强度在剥离测试下应大于0.49N。*微组装工艺*2、凸块转移技术一般的凸块制作工艺流程，可以看出，它的制作工艺复杂，技术难度大，成本高。因此改进凸块制作技术成为一项研究的热门课题。日本Matsushita公司开发了凸块转移技术。这种技术分2次键合：第1次是将在玻璃基板上做成的凸块，转移到载带内引脚前端与芯片键合点相对应的位置。第2次键合使凸块与芯片焊区相连。在引脚前端有凸点的载带由专门的制造商提供，这样就避免了在芯片焊区制作凸点的麻烦，降低了生产成本。BTAB*微组装工艺*凸块转移技术凸块转移技术*微组装工艺*凸点的形状有两种：一种为蘑菇状凸点，另一种为柱状凸点。如果第二次光刻的胶层较薄，则凸点在沿高度方向生长的同时，也向四周生长，因此形成蘑菇状凸点。蘑菇状凸点一般用光刻胶做掩膜制作，电镀时，光刻胶以上凸点除了继续升高以外，还横向发展，凸点越来越高，横向也越来越大，所以凸点形状像蘑菇。随着横向发展电镀电流密度的不均匀性使得最终得到的凸点顶部成凹形，且凸点的尺寸也难以控制。三、凸点的两种不同形状*微组装工艺*而在光刻胶较厚的情况下，由于光刻胶阻止凸点向四周生长而形成柱状凸点。直状凸点制作是使用厚膜抗腐蚀剂做掩膜，掩膜的厚度与要求的凸点高度一致，所以始终电流密度均匀，凸点的平面是平整的。*微组装工艺*不同形状凸点的制作工艺*微组装工艺*相同的凸点高度和凸点顶面面积，柱状凸点要比蘑菇状凸点的底面金属接触面积大，强度高；由于凸点压焊变形，蘑菇状凸点间更易发生短路。由于Au较软，压焊时若压力较大则容易变形过大引起短路，而压力不足又有可能因凸点变形过小而弥补不了凸点高度的不一致性。所以，对键合强度要求高的电子产品，可以使用Au、Ni、Cu进行适当组合制成凸点。*微组装工艺*2.3.5TAB载带制作工艺载带的制作一般采用光刻铜箔的方法。铜箔厚度的选择视图形的精细程度和所需要的引线强度来定。载带的制作需要相当复杂和比较昂贵的设备，但是随着TAB应用的不断增加和标准的不断完善，有许多公司专门为集成电路封装厂家生产标准的载带。载带的焊接区一般要求有良好的镀金或镀锡层，其厚度在1微米左右。在芯片设计时要注意芯片焊点同载带引线之间的匹配，一般载带引线宽度为50微米，相邻引线中心线的间距为100微米。*微组装工艺*2、TAB载带的设计要点TAB的载带引线图形是与芯片凸点的布局紧密配合的，即首先预知或精确测量出芯片凸点的位置、尺寸和节距，然后再设计载带引线图形。引线图形的指端位置、尺寸和节距要和每个芯片凸点一一对应。其次，载带外引线焊区又要与电子封装的基板布线焊区一一对应，由此这决定了每根载带引线的长度和宽度。*微组装工艺*根据用户使用要求和I／O引脚的数量、器件性能要求的高低(决定是否进行筛选和测试)以及成本的要求等，来确定选择单层带、双层带、三层带、双金属层带。单层带要选择50—70微米的厚Cu箔，以保持裁带引线图形在工艺制作过程和使用的强度，也有利于保持引线指端的共面性。*微组装工艺*使用其他几类载带，因有PI支撑，可选择18—35微米或更薄的Cu箔从芯片凸点焊区到外引线焊区，载带引线有一定的长度，并从内向四周均匀“扇出”。载带引线接触芯片凸点的部分较窄，而越接近外焊区，载带引线越宽。由内向外载带引线的由窄变宽应是渐变的，而不应突变，这样可以减少引线的热应力和机械应力。*微组装工艺*3、TAB载带的分类与制作技术（1）TAB单层带的制作技术TAB单层Cu箔引线图形制作工艺流程*微组装工艺**微组装工艺*（2）TAB双层带的制作技术TAB双层制作工艺流程*微组装工艺*（3）TAB三层带的制作技术TAB三层带在国际上最为流行，使用最多，适宜大批量生产。它是由Cu箔-粘接剂-PI膜（或其他有机膜）构成，工艺也较复杂。