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1、元器件的互连封装技术,载带自动焊技术,什么是TAB?,是芯片引脚框架的一种互连工艺，首先在高聚物上做好元件引脚的导体图样， 然后将晶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键合的晶片，裸芯片放在带上并和内部导体图样互连,关键部分有： 芯片凸点制作 TAB载带制作 内、外引线焊接,TAB工艺步骤,凸点的制作 - I,在Si 圆片上的凸块可以用金或铅锡合金制成，而金是最常见的凸块材料。,首先在表面沉积一层合金系 采用电镀在硅表面覆盖一层导电层， 防止金扩散到Al和Si中（扩散障碍物） 便于金更好的结合 常用Ti/Ni/W体系（大约是每种金属沉积1000 ）,障层金
2、属化制程,其通常由三层金属薄膜组成。 附着层（Adhesion Layer）在提供IC晶片上铝焊盘与凸块间良好的接和力与低接触电阻 (Contact Resistance)特性，常用的材料为钛（Ti）、铬（Cr）或铝（Al）； 阻挡层（Barrier Layer）的功能是阻止晶片上的铝焊盘与凸块材料间的扩散反应，常使用的材料为钯（Pd）、铂（Pt）、铜（Cu）、镍（Ni）或钨（W）； 表层的金起抗氧化保护的作用。还起着与凸点润湿连接的作用，又称为润湿层（Wetting Layer）。常见的多层金属膜系统有钛-钯-金、钛-铂-金、铬-镍-金、钛-钨-金等。,凸点的制作 - II,然后沉积一层厚的
3、光阻材料，每个键合区域的开口用光刻法，将大约25m的高纯度的金电镀上去，光阻材料则作为电镀掩膜。通常光阻材料要比这薄一些，金凸点在顶端慢慢地长大，呈典型的蘑菇状。然后剥掉光阻层，于是金属屏障体系就在远离金凸点的环境下被刻蚀了。,凸点的制作 - 示意图,圆片清洗和溅射刻蚀 溅射沉积接触(Contact Layer)/阻挡层（Barrier Layer），并溅射金予以保护 3. 光刻掩膜 (25 m),凸点的制作 - 示意图,4. 电镀一定量的金（约25 m )（必须产生软质的金凸块以配合后续的热压结合） 5. 去掩膜 6. 选择性地刻蚀掉溅射沉积的层,电镀金凸点,TAB薄膜载带的制作,普通TAB
4、三层带的起始材料是聚酰亚胺。用于操作的链轮齿洞，与照相底片相类似，在底片的周边打洞，作为Si芯片的窗口。铜箔被压实在聚酰亚胺的上面，中间是一层粘结剂。铜箔上的导电图案是用光刻胶技术来实现的，光透过一层有所需图案的光掩膜照射到光刻胶上，从而得到所需图样。然后对铜箔进行腐蚀。导电层图案是镀锡或者镀金的。,TAB技术所使用的载带可区分为单层、双层及三层等三种。载带一般制成长带状再绕于一卷轴（Reel）上，其形状与电影胶片十分相似。标准的载带宽度规格有35mm，48mm,及70mm三种，厚度有75um，125um三种。,例 子,冲孔 Cu 箔叠层 照相 + 腐蚀形成 Cu 图样 导电图样Cu镀锡,带有
5、Cu图样的TAB膜， 薄膜中的孔便于电路的刻蚀，齿轮孔则便于带的传送。,三种常见载带1层载带,单层载带由金属制成。 铜箔典型厚度3570微米。 既可刻蚀也可冲制。 有平面引线焊点也有凸起的引线焊点。 有铜、铝、镍、钢及不锈钢等，其中以0.07mm厚的滚压退火铜箔最为常见。,单层载带的优点为价格低廉而且能在高温制程使用，但因载带全部为金属制成，因此不能在制程中进行电性能测试，单层载带也因为没有任何辅助支撑结构，在引脚过长时及输送到位的过程中容易产生变形。,三种常见载带1层载带制作工艺,冲制标准定位传送孔 Cu箔清洗 Cu箔涂光刻胶， 光刻，曝光显影 背面再涂光刻胶保护 腐蚀，去胶 电镀 退火。,
6、三种常见载带2层载带,双层载带一般以0.035mm厚之铜箔及0.013mm至0.051mm厚的高分子胶膜叠合制成，聚酰亚胺（PI）为最常见的高分子胶膜材料。,不用粘接剂，直接把铜粘接到聚酰亚胺介质膜上构成。,三种常见载带3层载带,三层载带一般以0.076mm至0.152mm厚之高分子胶膜基材，先涂上0.013mm至0.025mm厚之有机粘结剂，再覆以0.035mm厚的铜箔制成。三层载带与双层载带制作方法的差异为高分子胶膜上的孔洞系以冲膜的技术制成，而双层载带是以蚀刻技术制成。,三层带横截面,由Cu箔粘接剂PI膜三层构成。 镀金和镀焊料的典型厚度为0.30.6微米,三种常见载带比较,表面调理,载
7、带上的铜箔引脚通常覆有约0.64至1.5um厚的电镀金属，或约0.64um厚之电镀锡或无电电镀锡层。镀金的引脚某些时候亦加镀一厚约0.25至1um的镍层在金于铜之间。因为铜的电位移行为与锡的氧化现象，镀锡之引脚在储存与进料时须注意监视其可能引发表面湿润能力降低及须晶（Whisker）成长而导致相邻引脚间短路等缺陷。引脚表面的镀层不同，后续的接合制程条件亦不相同，镀金引脚利用热扩散结合与金凸块结合，镀锡引脚则利用金锡共晶熔接的方法完成结合，镀金引脚的结合的温度、时间与压力条件皆高于镀锡引脚，所得的结合强度亦较高。,内引线键合 (ILB),内引线键合是将半导体芯片组装到TAB载带上的技术。通常采用
8、热压焊的方法。焊接工具是由硬质金属或钻石制成的热电极。当芯片凸点是软金金属，而载带Cu箔引线也镀这类金属时，则用“群压焊”。这个过程在300-400 C的温度下，需要大约1秒的时间。,ILB具体过程,对位：将具有粘附层的Si大圆片经过测试并做好记录，砂轮划片机划成小片IC，并将大圆片置于内引线压焊机的承片台上。按设计的焊接程序，将性能好的IC置于卷绕在两个链齿轮上的载带引线图形下面，是载带引线图样对芯片凸点进行精密对位。 焊接：落下加热的热压焊头，加压一定时间。 抬起热压头：焊机将压焊到载带上的IC通过链齿步进卷绕到卷轴上，同时下一个载带图样也步进到焊接对位位置。,内引线键合示意,热压键合加热
9、体,可用恒温加热法：低膨胀合金如FeNiCo合金或者不锈钢/钨合金，带有金刚石尖端；或者立方体的BN。 脉冲加热法：采用钼（Mo） 或者钛（Ti）刀口。,TAB包封示意图,卷带上引脚与IC晶片结合完成后，晶片与内引脚的接合面或整个IC晶片必须再涂饰一层高分子胶保护引脚、凸块与晶片，以避免外界的压力、震动、水汽渗透等因素造成的破坏。环氧树脂（Epoxy）与硅树脂(Silicone)是TAB制程最常使用的封胶材料。,三种包封形式,老化、筛选与测试,确信其具备较好的热、电和机械性能。 加热可在设定温度烘箱中进行，也可在氮气保护设备中进行。 电老化时将引线断开处冲制断开，使得每个IC都是独立的。,外引
10、线键合 (OLB),印刷板的TAB线路封装有以下三个步骤： 用剪切工具将有短Cu导体的Si芯片从TAB载带上切除，这种剪切工具是专门用来剪切特定尺寸的线路的。 将导线弯曲，使得外层的终端在Si芯片的下面（“引线弯曲”），也是用专门的弯曲工具。 将芯片放在印刷电路板上，焊接Cu引线的外层终端。,热电极OLB,线路板上的连接通常是将铜线终端压入电路板上的焊膏或再流焊料金属。填充焊料最常用的是用电热框架式的电烙铁工具，也叫热电极，用于外引线键合。将Cu引线压入焊料金属中并给电烙铁提供能持续几秒钟的脉冲电压以提供热量来将TAB芯片分别焊接。这个过程叫做热电极焊接，脉冲焊接或者热阻焊接。还没被拿起来之前
11、，OLB热电极在低于它熔点的温度下冷却。一个完整的周期需要10-20秒。,OLB示意图,带凸点芯片和带凸点载带基本结构比较,带凸点的载带（BTAB）,将凸点改在TAB的Cu箔引线图形指端制作，而不是在芯片的焊区。 将带有引线指端凸点的载带直接与芯片的Al焊区进行内引线键合。 省去了芯片凸点的制作工艺。,带凸点的单层载带示例,带凸点载带的凸点制作转移凸点法,1. 在玻璃基板上用选择掩模和导体层上镀金制作凸点，然后加压加热把凸点转移到载带的ILB指上； 2. 带凸点的载带对准芯片焊区把内引线键合到芯片上。,各类TAB载带样品,各类TAB载带样品,各类TAB载带样品,TAB关键材料基带材料,要求：高
12、温性能好、热匹配、收缩率小、尺寸稳定、抗化学腐蚀性强，机械强度高、吸水率低 聚酰亚胺（PI） 聚酯类：聚乙烯对苯二甲酸酯（PET）、苯并环丁烯（BCB）,TAB关键材料TAB金属材料,要求：导电、导热性好，强度高，延展性以及表面平滑性好，与各种基带粘接牢固，易于光刻出复杂的精细引线图形，易于电镀Au、Ni、PbSn等。 Cu箔：轧制铜箔和电解铜箔 少数使用Al箔,TAB关键材料芯片凸点材料,芯片焊区金属为Al膜。 粘附金属层：使得Al和芯片钝化层粘附牢固。 阻挡层：防止最上层凸点金属与Al互相扩散形成不希望的IMC。 最上层是具有一定高度的凸点金属。,TAB 焊机,焊机基本情况,主要结构由加热
13、控温系统、压力及超声传送系统、控时系统、光控对位以及显示系统组成。 内外引线焊机的区别在于压焊焊头，前者是平的，后者是到凹形的。 日本TAB焊机比较多。,TAB的优点,半导体上芯片的键合只需较少的键合区域，比丝焊更小的焊区间距。这就在节约了芯片面积的同时使得芯片间的互连可容纳更多的终端（最高可达到1000左右）。 相对于普通的组装而言，外引线键合对电路板的空间要求要少的多；也要比丝焊芯片互连要求的空间小。组装比丝焊更简单也更快。 每个键合区域的金凸点给下面的Al金属镀层提供了一个密封的空间。这降低了被腐蚀的可能性，提高了可靠性。因此，TAB适用于不需要另外包装的场合。（上面提及的环氧树脂滴注还
14、是最常用的）。,优点,引线键合（丝焊）每次只能键合一个焊点，而群体焊操作起来的效率则高得多，并且有更高的产品收益。 TAB载带还可以用作单独的，灵活的（flexible）小印刷电路板，在小印刷电路板上同样可以组装其它元件。（这可以用瑞士手表样品来举例，在瑞士，所有的电子产品都是在TAB载带上的。）,TAB的缺点,它要求非标准的的Si芯片工艺（沉积金凸点）。 它要求特殊的载带与导体图案之间的装配，这很昂贵而且费时。 PCB上的组装要求专门的设备，每个不同几何图案的组件要有专门的工具。对每个组件进行单独组装/焊接不仅浪费时间而且昂贵。,缺点,对印刷电路板进行修理(替换一个缺陷元件)要求很苛刻。 很
15、少标准电路可用于TAB形式。很少有公司在中间商的基础上提供产品。 有关尺寸与加工的标准很少，这就增加了成本。,载带封装（TCP）01,Intel开发出用于便携装置的TCP型Pentium。 内引线键合到JEDEC类型的铜载带上，内外引线键合（IBL）区均在镍底层上镀金。 用热压超声单点键合完成内引线键合。 然后芯片和IBL区包封，覆盖了芯片上表面、侧面和IBL区，直到聚酰亚胺载体环。 芯片底部裸露，以便面对PCB。,载带封装（TCP）02,位于载体上的TCP位置,载带封装（TCP）03,TCP位置局部断面图,应用：三星的 LCD 模块组装流程01,应用：三星的 LCD 模块组装流程02,在TAB中，LCD驱动芯片（LDI）连接到TCP上，然后TCP互连到薄膜晶体管（TFT）阵列基板上。下图是其TCP结构。,应用：三星的 LCD 模块组装流程03,在接触焊盘上施加各向异性导电膜，然后对准TCP进行压焊。 PCB板子上各种元器件的安装。使用一般的焊接方法把门制电路板等与TCP的另一端互连。,使用TCP和各向异性导电膜（ACF）安装TAB,COG和TAB两种方法将LDI互连到TFT阵列基板,
