電子封裝 | Die Bonding 芯片鍵合的主要方法和工藝

Die Bound芯片鍵合，是在封裝基板上安裝芯片的工藝方法。本文詳細(xì)介紹一下幾種主要的芯片鍵合的方法和工藝。

什么是芯片鍵合

在半導(dǎo)體工藝中，“鍵合”是指將晶圓芯片連接到基板上。連接可分為兩種類(lèi)型，即傳統(tǒng)方法和先進(jìn)方法。傳統(tǒng)的方法包括晶片連接和電線(xiàn)連接，而先進(jìn)的方法包括IBM在60年代末開(kāi)發(fā)的倒裝芯片連接。倒裝芯片鍵合是一種結(jié)合了模具鍵合和導(dǎo)線(xiàn)鍵合的方法，是通過(guò)在芯片襯墊上形成凸起來(lái)連接芯片和襯底的方法。

就像發(fā)動(dòng)機(jī)安裝在汽車(chē)上以提供動(dòng)力一樣，通過(guò)將半導(dǎo)體芯片連接在引線(xiàn)框架或印刷電路板(PCB)上，將芯片線(xiàn)路與外部連接起來(lái)。芯片連接后，應(yīng)能承受封裝后產(chǎn)生的物理壓力，并能散發(fā)芯片工作時(shí)產(chǎn)生的熱量。必要時(shí)，它必須保持恒定的導(dǎo)電或?qū)崿F(xiàn)高水平的絕緣。因此，隨著芯片變得越來(lái)越小，鍵合方法變得越來(lái)越重要。

芯片鍵合的流程

傳統(tǒng)的芯片鍵合方法，首先要做的是在封裝基板上涂布粘合劑，然后，在上面放一個(gè)芯片，芯片有引腳一面朝上。作為先進(jìn)封裝的倒裝芯片鍵合工藝下，芯片的引腳一面向下，引腳上的焊料球的小凸起附著在芯片的襯墊上。在這兩種方法中，組裝后單元通過(guò)一個(gè)稱(chēng)為溫度回流的隧道，該隧道可以隨著時(shí)間的推移調(diào)節(jié)溫度以熔化粘合劑或焊料球。然后，將其冷卻以將芯片(或凸起)固定在基板上。

芯片取放工藝

單獨(dú)地取出附著在膠帶上的芯片被稱(chēng)為“Pick”。當(dāng)吸嘴從晶圓片中取出芯片，再將它們放置在封裝基板表面稱(chēng)為“Place”。這兩項(xiàng)動(dòng)作被稱(chēng)為“拾取和放置（Pick&Place）”工藝。這個(gè)過(guò)程，也可以通過(guò)輸入晶圓測(cè)試結(jié)果(Go / No Go)來(lái)對(duì)好的芯片進(jìn)行分選。

芯片彈壓

每一個(gè)完成切片過(guò)程的芯片，由弱粘性附著在膠帶上。這時(shí)，要把水平放置在切丁膠帶上的芯片一個(gè)接一個(gè)地?fù)炱饋?lái)就不那么容易了。這是因?yàn)榧词褂谜婵瘴鼔m器拉起它也不容易脫落，如果強(qiáng)行拔出，它會(huì)對(duì)芯片造成物理?yè)p傷。
因此，“彈射（Ejection）”成為一種容易拾取芯片的方法。使用彈射器對(duì)目標(biāo)芯片施加物理力，使其與其他芯片產(chǎn)生輕微的步長(zhǎng)差異。將芯片從底部彈出，用真空帶柱塞從上面拉起芯片。同時(shí)，用真空拉膠帶的底部，使薄片平整。

芯片粘合工藝

當(dāng)使用環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行模具粘合時(shí)，通過(guò)點(diǎn)膠將非常少量的環(huán)氧樹(shù)脂精確地涂在基材上。在其上放置芯片后，環(huán)氧樹(shù)脂通過(guò)回流或固化在150至250°C下硬化，以便將芯片和基材粘合在一起。
如果所涂環(huán)氧樹(shù)脂的厚度不恒定，則可能由于熱膨脹系數(shù)的差異而發(fā)生引起彎曲或變形的翹曲。由于這個(gè)原因，膠量的控制非常重要。但只要使用環(huán)氧樹(shù)脂，任何形式的翹曲都會(huì)發(fā)生。
這就是為什么最近使用模貼膜(DAF)的更先進(jìn)的粘合方法是首選的原因。雖然DAF有一些昂貴和難以處理的缺點(diǎn)，但它的厚度可以很好的控制，并且簡(jiǎn)化了工藝過(guò)程，因此它的使用量逐漸增加。

模貼膜(DAF)粘接

DAF（Die Attach Film）是一種附著在模具底部的薄膜。使用DAF，厚度可以調(diào)整到比使用聚合物材料時(shí)更薄和恒定。它不僅廣泛用于芯片與襯底的鍵合，還廣泛用于芯片與芯片的鍵合，以創(chuàng)建多芯片封裝(MCP)。
從切片芯片的結(jié)構(gòu)來(lái)看，位于芯片底部的DAF是托住芯片的，而切片膠帶則是牽拉其下方的DAF，附著力較弱。為了在這種結(jié)構(gòu)中進(jìn)行模具粘合，在一次將芯片和DAF從切丁帶上取下后，應(yīng)將模具放置在基板上，而不使用環(huán)氧樹(shù)脂。這個(gè)過(guò)程跳過(guò)點(diǎn)膠程序，不僅速度更快，而且完美避開(kāi)了點(diǎn)膠厚度不均引起的問(wèn)題。

使用DAF時(shí)，一些空氣可以穿透薄膜，引起薄膜變形等問(wèn)題。特別是，處理DAF的設(shè)備需要高精度。然而，DAF是首選的方法，因?yàn)樗梢詼p少缺陷率，提高生產(chǎn)率，簡(jiǎn)化了過(guò)程，增加了厚度的均勻性。
根據(jù)基板類(lèi)型(引線(xiàn)框架或PCB)，進(jìn)行模鍵合的方法變化很大。長(zhǎng)期以來(lái)，基于PCB的基板被頻繁使用，因?yàn)樗梢耘可a(chǎn)小尺寸的封裝。隨著鍵合技術(shù)的多樣化，烘烤膠粘劑的溫度分布也在不斷發(fā)展。有代表性的粘接方法有熱壓縮或超聲波粘接。隨著封裝不斷向超薄類(lèi)型發(fā)展，集成程度不斷提高，封裝技術(shù)也在多樣化。