集成电路封装与测试 课件 封装 7.1粘接工艺3

集成电路封装技术1IntegratedCircuitPackagingTechnology芯片粘接1装片方式2芯片粘接工序失效分析装片的要求:要求芯片和框架基岛（Bed)的连接机械强度高，导热和导电性能好，装配定位准确，能满足自动键合的需要，能承受键合或封装时可能有的高温，保证器件在各种条件下使用有良好的可靠性。热膨胀系数(CTE)热膨胀系数(CTE):因温度变化而引起物料尺寸上的变化量,常用单位为ppm/°C共晶粘贴法（金-硅合金）导电胶粘贴法（环氧树脂粘接）焊接粘贴法（铅-锡合金）玻璃胶粘贴法陶瓷封装与金属封装

塑料封装芯片粘接主要的四种贴装方式：导电胶粘贴环氧树脂共晶装片:共晶黏结法利用金-硅合金，363℃时产生的共晶反应特性进行IC芯片的黏结固着。什么是共晶:共晶是指在相对较低的温度下共晶焊料发生共晶物熔合的现象，共晶合金直接从固态变到液态，而不经过塑性阶段。其熔化温度称共晶温度。共晶是在低于任一种组成物金属熔点的温度下所有成分的融合。在大多数例子中，共晶合金中组成物金属的熔点与它在纯金属状态下的熔点相差100℃。关于润湿:润湿不良的接合将导致空洞(Voids)的产生而使接合强度与热传导性降低，同时也会造成应力分布不均匀而导致IC芯片破裂损坏实际的共晶方式:将背金好的IC芯片置于已镀有金膜的基板芯片座上，再加热至约425℃藉金-金之交互扩散作用而形成接合，共晶黏结通常在热氮气或者是热氮氢气保护的环境中进行以防止硅之高温氧化，基板与芯片在反应前亦须施予一交互磨擦(Scrubbing)的动作以除去硅氧化表层，增加反应液面的润湿性。树脂组成:它采用环氧，聚亚胺，酚醛，聚胺树脂及硅树脂作为粘接剂，加入银粉作为导电用，再加入氧化铝粉填充料，导热就好。树脂粘接法:由于高分子材料与铜引脚框架材料的的热膨胀系数相近，高分子胶黏结法因此成为塑料构装常用的芯片黏结法，其亦利用戳印、网印或点胶等方法将环氧树酯(Epoxy)或聚亚酰胺等高分子胶涂布于引脚架的芯片承载座上，置妥IC芯片后再加热使完成黏接。高分子胶中亦可填入银等金属以提高其热传导性玻璃胶粘结法:玻璃胶黏结法为仅适用于陶瓷构装之低成本芯片黏结技术，其系以戳印(Stamping)、网印(ScreenPrinting)、或点胶(SyringeDispensing)的方法将填有银的玻璃胶涂于基板的芯片座上，置于IC芯片后再加热除去胶中的有机成分，并使玻璃熔融接合。玻璃胶黏结法可以得到无孔洞、热稳定性优良、低残余应力与低湿气含量的接合，但在黏结热处理过程中，冷却温度须谨慎控制以防结合破裂；胶中的有机成分亦须完全除去，否则将有害构装的结构稳定与可靠度。焊料粘结法:焊料黏结法为另一种利用合金反应进行芯片黏结的方法，能形成热传导性优良的黏结为其主要的优点。焊料黏结法也必须在热氮气遮护的环境中进行以防止焊锡氧化及孔洞的形成，常见的焊料有金-硅、金-锡、金-锗等硬质合金与铅-锡、铅-银-铟等软质合金，使用硬质焊料可以获得良好抗疲劳(Fatigue)与抗潜变(Creep)特性的黏结，但它有因热膨胀系数差异引致的应力破坏问题；使用软质焊料可以改善此一缺点，但使用前须在IC芯片背面先镀上多层金属薄膜以促进焊料的润湿。三种比较:1、共晶的工艺导热电性能好，但在焊接中易产生热应力，受芯片背面金属结构限制，一般只用于小芯片装片。2、导电胶工艺通用性强，大小芯片装片均适用，但热电性能比共晶差。3、铅锡银工艺导热电性能介于共晶、导电胶之间，装片后铅锡银的厚度有一定控制范围。铅锡银厚度高于上限，易造成散热慢，热阻偏高；铅锡不能太少，铅锡银厚度低于下限，易引起抗疲劳性能差，接触不良，甚至造成芯片破裂。点胶头点胶头：根据芯片大小和引线框架上的芯片焊盘的大小选择点胶头点胶头：根据芯片大小和引线框架上的芯片焊盘的大小选择更换点胶头更换不在同范围内大小的芯片更换银浆类型装片机停机超过4小时（设备型号和企业的不同，会有所不同）点胶头损坏点胶头堵塞CTE不匹配导致的应力焊料（胶层）界面失效因焊料（胶层）界面的分离而引起的失效焊料（胶层）本体失效因焊料（胶层）本体的断裂而引起的失效通常被认为是较好的失效模式焊料（胶层）界面/焊料（胶层）本体失效两种失效模式的混合型失效模式分类:焊料或粘胶Die基材未失效

焊料（胶层）界面分离焊料（胶层）界面失效模式(在粘合材料和基材的界面上)焊料（胶层）本体断裂焊料（胶层）本体失效模式(粘合材料本体断裂)实例:失效模式100%粘合剂与芯片界面分离芯片上无胶100%粘合剂与基材界面分离基材上无胶100%胶层本体断裂胶在两种粘合体上实例:失效模式裂纹:由于芯片材质或装片吸片压力或装片压力不当失效模式缺角:失效模式擦伤:芯片表面由于装片过程吸嘴嵌入杂质,导致芯片表面压伤或芯片在生产运输过程中与外界硬物擦伤.开路或短路失效模式空洞:銀胶气孔面积不得超過晶粒面积的

15%失效模式胶量不足芯片沾胶胶量不足和沾胶:芯片四个角落均須有出胶。烘烤后銀胶厚度須大于0.2