功率器件封装工艺中的铝条带键合技术

文章回顾了功率器件封装工艺中几种常见的互连方式,主要介绍了铝条带键合技术在功率器件封装工艺中的主要优点,特别是它应用在小封装尺寸的功率器件中。铝条带的几何形状在一定程度上降低了它在水平方向的灵活性,但却增加了它在垂直方向上的灵活性。铝条带垂直方向的灵活性可以让我们使用最少的铝条带条数来达到功率器件键合的要求。也由于几何形状的不同,铝条带键合具有一些不同于铝线键合的特点,但它对粘片工艺、引线框架和包封工艺的要求与粗铝线键合极其相似,可以与现有的粗铝线键合工艺相兼容,不需要工艺和封装形式的重新设计。     

基于Rogers 5880复合介质基板的金丝楔焊键合工艺参数研究

运用正交试验法对键合效果进行了工艺参数优化方案设计和试验验证,以金丝键合强度为目标分别考察了键合功率、键合压力和键合时间3个工艺参数对键合金丝压点形态变化的影响,最终获取最优工艺参数组合为键合功率100 mW,键合时间220 ms,键合压力18 g,达到了提高金丝键合工艺可靠性的目的.     

铜丝键合工艺在微电子封装中的应用

在铜丝或铜条长期应用于分立器件及大功率器件的同时，近年又出现了晶片的铜金属化工艺。由此，业内人士采用铜作为丝焊键合的一种材料使用，进而开始了一些新工艺的研究。结果证实，铜金属化使电路的线条更细、密度更高。因而铜丝可以作为一种最有发展前景及成本最低的互连材料替换金丝，可进行大量高引出端数及小焊区器件的球形或楔形键合工艺。主要阐述铜丝键合工艺在微电子封装中的现状及未来发展方向。     

面向先进封装应用的混合键合技术研究进展

随着摩尔定律推进至纳米级节点,以硅通孔(TSV)、重布线层(RDL)、薄芯片堆叠键合等为支撑的三维集成被认为是延续摩尔定律的重要途径. Cu/SiO₂混合键合可以持续缩小芯片间三维互连节距、增大三维互连密度,是芯片堆叠键合前沿技术. 近年来它在互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器(CIS)、Xtacking 3D NAND、 2.5D/3D集成等商业化应用突破,使之成为国内外领先半导体研究机构研究关注的热点话题. 本文将系统梳理混合键合技术的研究历史与产业应用现状,重点分析近年来国内外代表性研究工作的技术路线、研究方法、关键问题等, 在此基础上,对混合键合技术的未来发展方向进行展望.     

Au/Sn共晶键合技术在MEMS封装中的应用

研究了Au/Sn共晶圆片键合技术在MEMS气密性封装中的应用。设计了共晶键合多层材料的结构和密封环图形,盖帽层采用Ti/Ni/Au/Sn/Au结构,器件层采用Ti/Ni/Au结构,盖帽层腔体尺寸为4.5 mm×4.5 mm×20μm,Au/Sn环的宽度为700μm,优化了键合工艺,对影响气密性的因素(如组分配比、键合前处理和键合温度等)进行了分析。两层硅片在氮气气氛中靠静态的压力实现紧密接触。在峰值温度为300℃、持续时间为2 min的条件下实现了良好的键合效果,其剪切力平均值达到16.663 kg,漏率小于2×10-3 Pa·cm3/s,满足检验标准(GJB548A)的要求,验证了Au/Sn共晶键合技术在MEMS气密封装中的适用性。     

三维键合线在封装设计中的应用

1封装设计技术的发展 电子封装问世以来,先后经历了三次重大的技术转变,第一次是上世纪70到80年代,由以DIP为代表转变为以QFP为代表;第二次是在90年代初期,其标志是BGA型封装的出现;第三次发生在本世纪初,多芯片系统封装（SiP）的出现使微电子技术及封装技术进入后SoC和后SMT时代。     

直接键合硅片在双极功率器件中的应用

介绍了利用硅片直接键合技术代替三重扩散，生产ＤＫ５５双极功率器件，实验说明ＳＤＢ片代替三重扩散无需长时间高温扩散，由于衬底材料质量好，器件特性得到提高，工艺过程中碎片率减少，生产效率提高。     

硅片直接键合技术在双极功率器件中的应用

本文介绍了利用硅片直接键合（ＳＤＢ）技术代替三重扩散，生产ＤＫ５５双极功率器件。实验说明，ＳＤＢ片代替三重扩散无需高温长时间的扩散，由于衬底质量好，器件特性得到提高，工艺过程中碎片率减少，生产效率提高。     

圆拟合修正法在超声波键合机中的应用

针对引线键合机中键合点位置误差形成的成因与特点,提出了键合位置误差圆拟合修正法。首先,让焊头以不同角度旋转,标记出不同旋转角度时,键合点在图像坐标系下的坐标值。然后,利用改进的最小二乘圆拟合法,根据标记坐标拟合出键合轨迹方程。根据方程即可计算出焊头以任意角度旋转运动时,键合点位置的图像坐标值。最后,将图像坐标系转换为运动坐标系,控制键合工具实现精确定位运动。实际应用表明,经过圆拟合修正后,键合点的位置误差由0.68 mm减小到0.07 mm左右,大幅提高了键合点的位置精度,可准确实现焊接区域键合。     

晶圆键合技术在LED应用中的研究进展

简要介绍了晶圆键合技术在发光二极管(LED)应用中的研究背景,分别论述了常用的黏合剂键合技术、金属键合技术和直接键合技术在高亮度垂直LED制备中的研究现状,包括它们的材料组成和作用、工艺步骤和参数以及优缺点.其中,黏合剂键合是一种低温键合技术,且易于应用、成本低、引入应力小,但可靠性较差;金属键合技术能提供高热导、高电导的稳定键合界面,与后续工艺兼容性好,但键合温度高,引入应力大,易造成晶圆损伤;表面活化直接键合技术能实现室温键合,降低由于不同材料间热失配带来的负面影响,但键合良率有待提高.     

等离子清洗技术在键合工艺中的应用

本文介绍了等离子清洗工艺所依据的原理和技术，通过对瓣膜混合集成电路的实验说明了它应用于键合工艺前的必要性和实用性，指出等离子清洗工艺是提高产品可靠性的一种有效手段。     

键合压力对粗铝丝引线键合强度的实验研究

在超声引线键合过程中,键合压力是影响键合强度的重要因素之一。通过实验,研究了键合强度与键合压力间的关系。通过高频采集装置对键合压力进行了标定并分析了其对键合强度以及电流电压产生的影响。实验发现,只有在键合压力适中的情况下,键合强度才能达到最大。     

金丝键合工艺技术研究

金丝键合是芯片组装的关键工序。分析了金丝键合的工艺控制要点：键合时间和键合功率,通过工艺实验总结出了键合时间和键合功率对键合强度的影响规律：（1）在小超声功率条件下,键合强度对键合时间敏感,键合强度随时间增加迅速增大;在大超声功率条件下,键合强度对键合时间的敏感性下降。（2）超声功率过小不能形成足够的键合强度,超声功率过大使得键合成功后的键合强度被破坏,即过高的超声功率将不利于键合强度的提高。     

石墨烯压力传感器Au-Si共晶键合的气密性封装

针对石墨烯压力传感器的高气密性封装要求,设计了一种应用于石墨烯压力传感器的Au-Si键合工艺。采用Au-Si键合工艺只需要在传感器的密封基板表面生长一层100 nm的SiO₂,并在生长的SiO₂表面溅射金属密封环,密封环金属采用50 nm/300 nm的Ti/Au。使用倒装焊机在380℃以及16 kN的压力环境下保持20 min完成传感器芯片与基板的键合,实现石墨烯压力传感器的气密性封装。键合完成后对键合指标进行表征测试,平均剪切力可达19.596 MPa,平均泄露率为4.589×10^-4 Pa·cm³/s。通过对键合前后石墨烯传感器芯片电阻检测,电阻输出平均值变化了3.36%,键合前后电阻输出相对稳定。对传感器进行静态压力检测,其灵敏度>0.3 kΩ/MPa,非线性<1%FS。实验结果表明,石墨烯压力传感器采用Au-Si键合工艺进行气密封装不仅工艺简单,且强度高。     

硅片直接键合技术及应用

本文介绍了硅片键合技术和键合界面性能及其在高压功率器件、介质隔离器件等方面的应用。     

超声楔键合过程界面接合部演化规律研究

超声引线楔键合是集成电路芯片内部电路与外部电路实现功率与信号联通的重要互连工艺.键合参数对键合点连接质量有重要影响.运用化学腐蚀方法,全面考察键合点外观及接合部特征与键合参数之间的关系.实验结果表明:随着超声功率的增加,接头接合部形貌由椭圆形变为圆形,有效连接部位由键合点周边向中心扩展以致达到整个界面.从变形能的角度解释了接头界面形成特点的本质.     

临时键合技术在晶圆级封装领域的研究进展

随着5G、人工智能和物联网等新基建的逐步完善,单纯依靠缩小工艺尺寸来提升芯片功能和性能的方法已经难以适应未来集成电路产业发展的需求。为满足集成电路的多功能化及产品的多元化,通过晶圆级封装技术克服摩尔定律物理扩展的局限性日趋重要。目前,在晶圆级封装正朝着大尺寸、三维堆叠和轻薄化方向发展的背景下,临时键合与解键合（TBDB）工艺应运而生。针对晶圆级封装领域可商用的TBDB技术,论述了不同TBDB工艺在晶圆级封装领域的研究进展及应用现状,明晰了不同TBDB技术所面临的挑战和机遇,提出了相应的解决方案,并展望了未来的研究方向。     

表面活化处理在激光局部键合中的应用

为了研究低热应力键合工艺,提出了一种将表面活化直接键合与激光局部键合相结合的键合技术。首先采用RCA溶液对键合片进行表面亲水活化处理,并在室温下成功地完成了预键合。然后在不使用任何夹具施加外力辅助的情况下,利用波长1064nm、光斑直径500μm、功率70W的Nd:YAG连续式激光器,实现了激光局部键合,并取得了6.3MPa~6.8MPa的键合强度。结果表明,这种以表面活化预键合代替加压的激光局部键合技术克服了传统激光键合存在的激光对焦困难,以及压力不匀易损害键合片和玻璃盖板等缺点,同时缩短了表面活化直接键合的退火时间,提高了键合效率。     

三维封装中的并行键合线信号仿真分析

当今便携式设备的速率可达数吉比特每秒,但是其通道的频宽限制其性能。在所有芯片与基板的传输结构中键合线是最常用的,但却渐渐成为了带宽主要的限制。基于一款高密度布线系统级封装的研发项目,使用全波电磁场仿真工具进行建模分析,研究了不同参数对键合传输线DDR单端信号与差分信号传输质量的影响。最终通过键合线设计的优化,仿真结果通过了眼图的验证。     

InSb红外探测器芯片金丝引线键合工艺研究

InSb红外探测器芯片镀金焊盘与外部管脚的引线键合质量直接决定着光电信号输出的可靠性,对于引线键合质量来说,超声功率、键合压力、键合时间是最主要的工艺参数。从实际应用出发,采用KS公司4124金丝球焊机实现芯片镀金焊盘与外部管脚的引线键合,主要研究芯片镀金焊盘第一焊点键合工艺参数对引线键合强度及键合区域的影响,通过分析键合失效方式,结合焊点的表面形貌,给出了适合InSb芯片引线键合质量要求的最优工艺方案,为实现InSb芯片引线键合可靠性的提高打下了坚实的基础。