绝缘引线键合技术的应用.pdf

绝缘引线键合技术的应用作者：RobertLyn([e-mail])、William(Bud)Crockett，Microbonds公司随着半导体封装持续朝着多引脚、小间距及多列多层叠的方向发展，引线键合技术正面临越来越大的挑战。被称为X-wire的绝缘引线键合技术已经在2006年ITRS路线图上被提出，作为一种可行的、经济的解决方案实现复杂封装，提高封装性能和高密度封装的成品率。要成功实施绝缘引线键合技术，必须做到将此技术以低成本集成到现有的封装基础设备中。具体来说，就要求绝缘引线键合技术能在现有的引线键合平台上达到现有的标准、规范和性能。绝缘引线键合的优势电子连接重要的第一步是芯片级别连接，也被称为第一级连接。这一连接将在很大程度上决定可以从芯片上获得多少性能。性能虽然很关键，但是IC产品经理也不会因此就忽视其他经济因素。对封装技术而言一个全面的利益/成本分析必须包括以下几个方面，即对成本、性能、尺寸/密度、和上市时间的评估。芯片到芯片或芯片到基板的第一级连接技术中，有两种方式一直在工业中占主导地位，即引线键合和倒装芯片。其中引线键合，由于其灵活性和经济性，在市场中占90%以上。但是，在绝缘引线键合出现之前，引线键合的局限性在于连接被限制在芯片的四周，当芯片I/O数量增加时，就需要使用区域阵列技术，使芯片的I/O不再被局限在芯片的四周。引线键合的另外一个问题是长的、平行的引线之间的自感应，这点可以通过使用交叉和紧密排放的绝缘引线得以缓解。绝缘引线键合有人们熟知的众多优点。从整体利益/成本分析，绝缘引线键合可以提供最优的成本，即能够使用最低成本的引线键合设备；从性能方面分析，绝缘引线键合能够在芯片单位面积上提供更多的连接点，使用低成本的更小的芯片，降低键合点的限制。另外，绝缘引线键合能够以最高的带宽将芯片直接连接起来，降低了芯片的叠层和基板/主板线层，可以灵活布线。绝缘引线键合还可以使得信号线和地线非常靠近，使得其自感应效应最小。铜线键合的出现使得线键合再一次获得性能和成本上的显著提高，与绝缘引线技术结合有助于引线键合技术在低成本、高性能方面继续站在最有利的位置。绝缘引线键合技术还可以在封装尺寸方面发挥优势，因为使用绝缘引线能够把芯片紧密地放置在一起，就象砌砖墙一样，而不需要普通引线键合的扇出空间；或者可以按照不同的设置直接、灵活的连接层叠的芯片。使用绝缘引线，可以直接利用现有的芯片，不需要额外的芯片或硅片工序，可以非常灵活的使用到更多的应用场合，大大缩短芯片产品的上市时间。封装技术带来成本增加的通常排序为引线键合(包括绝缘线)、晶圆级封装和倒装芯片、载膜自动键合TAB，最高的是新兴的硅通孔技术TSV。这是由于引线键合的基础设备、材料被广泛使用，人员技术储备较好，而且在应用上的灵活性也不错。晶圆级别封装和倒装芯片的基础设备因其较高的成本仍停留在早期的阶段，出货量目前仍是少到中等量。从单位成本方面考虑，根据最近Yole公司的一项研究，对比不同封装技术在第一级连接中硅片上每个连接的单位成本（图1），引线键合（非绝缘）是现在最为低成本的IC连接技术。比较倒装芯片和引线键合的成本曲线，一旦传统引线键合在两维和三维上平行布置的局限性被克服，扩展到使用绝缘线的引线键合，就能通过不多的成本增加来获得额外的连接能力提升（表1）。与现有引线键合设备工艺的集成要获得绝缘线键合所带来的好处，现有基础设备工艺应该是向后兼容的，相对简单又不需要太多的资本投入，认识到这一点非常重要，而了解成功实施绝缘引线键合技术所必需的工艺窗口最为关键。衡量第一级别连接中的绝缘引线，首先要考虑电气信号通路和主要的连接界面的性能，包括键合引线、IC键合垫和基板键合指。绝缘键合线的直径与合金成分。当前可用于商业用途的绝缘引线都是金基的合金，直径为20um或更大。由于镀层工艺是一种附加的方法，所以它可以应用于任何合金，比如铜线或有些特殊参杂的键合线。这点非常重要，比如有些客户已经认证其现有高可靠性的合金可以产生较长的IMC寿命，他们就只需将镀层应用到这些已经认证过的键合线上。绝缘线被设计成可以应用于任何普通引线键合的地方。典型的含有1%硅和0.5%铜的铝合金键合垫结构已经被测试过并获得通过。绝缘线也曾用于敏感的low-k键合垫结构，不过有点困难，当然普通引线键合目前也一样。与普通（非绝缘）引线键合一样，基板材料结构对绝缘线键合的成功应用起着关键作用。一些常用的规则，比如均匀、洁净的键合指等，对于所有材料都起作用。绝缘线在标准的有机BGA和引线框材料上都有测试过。与普通引线键合类似，每种应用都要根据其它封装要求加以优化，比如键合间距、劈刀的选择、温度设定、基板厚度、线性及其他因素。如何优化键合参数正确的理解和应用键合参数可以使绝缘引线键合获得同普通引线键合