芯片與封裝的互聯方式常見的主要有兩種,Wire Bonding(引線鍵合)和Flip Chip(倒裝芯片),如下圖所示。引線鍵合工藝,需要分兩個步驟,一先把芯片粘結在載板上,實現物理連接,第二步才是引線鍵合,實現電性連接;而倒裝芯片則只需一個步驟即可同時實現物理連接和電性連接。

引線鍵合和倒裝封裝
芯片與載板的引線鍵合,常用的鍵合方法有熱超聲焊、熱壓焊、超聲焊,材料有金線、銅線、鋁線等。引線鍵合根據鍵合點焊接形式不同,可以分為兩種。第一種是球焊(Ball Bonding,一般也稱為Ball-Wedge Bonding),常用焊材金線和銅線,其特點是第一焊點是焊球,通過熱超聲是焊絲與芯片的金屬pad融接,第二點為魚尾(stitch),通過熱超聲焊將焊絲壓接在載板上,詳見下圖,其具體工藝過程在本系列第6節(jié)已做詳細介紹,此處不在贅述。第二種是楔焊(Wedge-Wedge Bond),第一焊點和第二焊點都是通過超聲壓分別與芯片和載板焊接,常用焊材是鋁線和金線,詳細的焊接過程請參考下面視頻。

不同的焊接方式及對應的治具
對于Wedge-Wedge Bond來說,其焊線長度相對較短,電阻電感小,非常有利于高頻信號和大電流通過。金線常用在高速高頻信號芯片的鍵合上,如射頻微波芯片、光芯片等;銅線、鋁線常用在大功率、大電流的芯片焊接上,如IGBT,實物如下圖。

Wedge-Wedge Bond實物
金線焊接工藝成熟,但成本較高,在商用領域有被銅線取代的趨勢。銅線導電性好,價格便宜,缺點就是硬度太大,鍵合時需要更大的壓力,容易對芯片造成傷害,隨著銅線鍵合工藝的成熟,此缺點正在慢慢被克服。目前金線、銅線的直徑一般不超過50um,而鋁線直徑則從50um到500um不等。
除上述兩種常見的鍵合方式,還有一種帶式鍵合(Ribbon Bonding),其鍵合過程與Wedge Bonding相似,但材料不是線狀,二是帶狀的,主要有金帶和鋁帶。由于金屬帶比較寬,可以提供更小的電阻和電感。鋁帶主要應用在大功率上,金帶射頻微波器件上,詳見下圖。其工藝過程,請參考視頻。

Ribbon Bond