帶自動(dòng)焊接技術(shù)所用到的材料與基本工藝流程

本文介紹載帶自動(dòng)焊接技術(shù)所用到的材料與基本工藝流程等。

TAB技術(shù)是將芯片組裝到金屬化的柔性高分子聚合物載帶（柔性電路板）上的集成電路封裝技術(shù)。屬于引線框架的一種互連工藝，通過(guò)引線圖形或金屬線連接芯片與外部框架或基板上的焊區(qū)。

載帶按照層次結(jié)構(gòu)分為單層帶、雙層帶和三層帶。實(shí)際應(yīng)用中以雙層帶和三層帶居多。載帶寬度有多種標(biāo)準(zhǔn)，包括35mm、70mm、8mm、16mm、45mm、158mm等，不同寬度適用于不同規(guī)模的集成電路。

載帶的基本材料

基帶材料

定義：基帶材料是帶狀絕緣薄膜，其上覆有銅箔刻蝕的引線框架，用于芯片封裝焊接。

形狀：類似于老式相機(jī)的膠卷或電影膠卷。

標(biāo)準(zhǔn)寬度：35mm、45mm、70mm。

厚度：50~100μm。

電路長(zhǎng)度測(cè)量：以鏈輪距離為準(zhǔn)，每個(gè)鏈輪節(jié)距約4.75mm，16個(gè)節(jié)距約76mm。

特點(diǎn)：耐高溫、與銅箔黏結(jié)性好、熱匹配性好、收縮率低、抗腐蝕性強(qiáng)、機(jī)械強(qiáng)度高、吸水率低。

常用材料：聚酰亞胺薄膜（最早廣泛使用，價(jià)格略高）、聚酯類材料薄膜、苯丙環(huán)丁烯薄膜。

組成：沖孔、剪切線、芯片、引線框架、聚酰亞胺薄膜、內(nèi)引線和外引線。

金屬材料

定義：用于制作載帶引線圖形的材料。

用途：內(nèi)引線和外引線用于制作載帶引線圖形。

特點(diǎn)：導(dǎo)電性能好、強(qiáng)度高、延展性強(qiáng)、表面平滑、與基帶材料黏結(jié)牢固、易于刻蝕精細(xì)復(fù)雜圖形、易于電鍍焊接。

常用材料：銅箔（最常用，寬度有18μm、35μm、70μm、158μm，其中35μm應(yīng)用最多）、鋁箔。

凸塊材料

定義：用于在芯片焊墊上制作凸塊，再與銅箔內(nèi)引線焊接的材料。

凸塊金屬材料：金、銅/金、金/錫、鉛/錫。

焊墊金屬：一般使用鋁膜制作，需先沉積黏附層金屬和阻擋層，防止外層凸塊材料和鋁材料互相擴(kuò)散。

結(jié)構(gòu)：可在芯片鋁焊墊層將凸塊制作在載帶焊接的銅箔引線上，稱為BumpTAB（凸塊載帶自動(dòng)焊），凸塊結(jié)構(gòu)呈梯形或矩形。

載帶自動(dòng)焊接的工藝流程

載帶自動(dòng)焊接是一種高效的集成電路封裝技術(shù)，其工藝流程主要包括以下幾個(gè)步驟：

制作引線框架：

在聚酰亞胺薄膜的基帶材料上，通過(guò)刻蝕等工藝制作引線框架。引線框架包括內(nèi)引線和外引線，用于與芯片和基板進(jìn)行電氣連接。

芯片對(duì)位放置：

將芯片精確地對(duì)位放置在引線框架上，確保芯片的焊墊與引線框架的內(nèi)引線對(duì)準(zhǔn)。

熱電極一次性焊接：

使用熱電極或超聲波焊接設(shè)備，一次性將所有的引線鍵合完成。這個(gè)過(guò)程實(shí)現(xiàn)了芯片與載帶之間的電氣連接。

標(biāo)準(zhǔn)化卷軸作業(yè)：

使用標(biāo)準(zhǔn)化的100m卷軸長(zhǎng)帶進(jìn)行作業(yè)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的多點(diǎn)一次性焊接。芯片的貼裝和外引線的焊接電鍍已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，支持大規(guī)模生產(chǎn)。

內(nèi)引腳鍵合與點(diǎn)膠：

內(nèi)引腳通過(guò)鍵合工具將內(nèi)引線與芯片的凸塊鍵合。使用點(diǎn)膠機(jī)將芯片點(diǎn)膠完成包封，再經(jīng)過(guò)烤箱烘烤使膠硬化。

外引腳沖壓成型與沖斷：

當(dāng)芯片完成了內(nèi)引腳的鍵合和點(diǎn)膠之后，將外引腳沖壓成型。使用鍵合工具將載帶對(duì)位對(duì)齊后進(jìn)行沖斷，將封裝后的芯片從載帶上完整地取下來(lái)。

載帶自動(dòng)焊接的關(guān)鍵技術(shù)

載帶自動(dòng)焊接的關(guān)鍵技術(shù)包括芯片凸塊的制作、載帶的制作、內(nèi)外引線的焊接等。

芯片凸塊的制作：

凸塊是連接芯片焊墊與載帶內(nèi)引線的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)。凸塊的形狀有蘑菇形和柱形（方形或圓形），設(shè)計(jì)原則需確保壓焊區(qū)的金屬全部被凸塊金屬所覆蓋，避免腐蝕和損傷。

凸塊制作形式主要分為在單層載帶上制作凸塊和在芯片焊墊上制作凸塊兩種。傳統(tǒng)的電鍍凸塊工藝流程復(fù)雜，技術(shù)難度高，生產(chǎn)成本也高。凸塊轉(zhuǎn)移技術(shù)可以簡(jiǎn)化這一過(guò)程。

載帶的制作：

載帶是承載芯片和引線框架的柔性高分子聚合物。載帶的制作需要確保材料耐高溫、與銅箔的黏結(jié)性好、熱匹配性好等特性。載帶的寬度和厚度等參數(shù)需根據(jù)芯片規(guī)格和設(shè)計(jì)要求進(jìn)行選擇。

內(nèi)外引線的焊接：

內(nèi)外引線的焊接是實(shí)現(xiàn)芯片與基板電氣連接的關(guān)鍵步驟。焊接過(guò)程需要確保焊接質(zhì)量，防止虛焊、短路等問(wèn)題。焊接方式包括熱壓焊接、超聲波焊接等。

凸塊轉(zhuǎn)移技術(shù)：

凸塊轉(zhuǎn)移技術(shù)是一種簡(jiǎn)化凸塊制作過(guò)程的創(chuàng)新技術(shù)。

該技術(shù)通過(guò)在玻璃基板上先制作完成凸塊，然后將凸塊轉(zhuǎn)移到載帶的內(nèi)引線上。凸塊轉(zhuǎn)移技術(shù)可以大大提高凸塊制作的一致性和生產(chǎn)效率。

載帶的制作工藝

載帶作為集成電路封裝中的重要組成部分，其制作工藝直接關(guān)系到封裝的質(zhì)量和性能。以下是對(duì)載帶制作工藝的詳細(xì)分述：

載帶材料的選擇與設(shè)計(jì)

銅箔厚度：銅箔厚度的選擇主要由圖形的精細(xì)程度和引線的強(qiáng)度決定。一般來(lái)說(shuō)，單層帶選擇厚度為50~70μm的銅箔以保持引線在制作和加工中的強(qiáng)度，以及引線焊點(diǎn)的引腳不共面。對(duì)于雙層、三層或雙金屬載帶，由于有聚酰亞胺的結(jié)構(gòu)支撐，可以選擇厚度為18~35μm或更薄的銅箔。

焊接區(qū)鍍層：載帶的焊接區(qū)要有良好的鍍金層或鍍錫層，以提高焊接質(zhì)量和可靠性。鍍層厚度一般為1μm左右。

引線寬度與間距：載帶的引線寬度通常為50μm，相鄰引線中心線的距離為100μm。這些參數(shù)的設(shè)計(jì)需根據(jù)芯片凸塊的精確位置、尺寸和間距來(lái)確定。

載帶類型選擇：根據(jù)用戶的要求及輸入輸出引腳的數(shù)量、產(chǎn)品的性能和成本來(lái)確定選擇使用單層、雙層、三層或雙金屬的載帶。

單層帶制作工藝

引線圖形成型：利用設(shè)計(jì)好的制版進(jìn)行光刻、曝光、顯影及刻蝕處理，形成所需的引線圖形。

電鍍：在引線圖形上電鍍一層金屬，以提高引線的導(dǎo)電性和耐腐蝕性。

雙層帶制作工藝

制版準(zhǔn)備：提前為兩面的制作做準(zhǔn)備，一面刻引線圖形，另一面刻聚酰亞胺。

刻蝕處理：分別進(jìn)行光刻、曝光、顯影及刻蝕處理，形成引線圖形和聚酰亞胺層。

電鍍與聚酰亞胺層結(jié)合：完成電鍍引線圖形后，與聚酰亞胺層結(jié)合，形成雙層載帶。

PA（Polyacrylate）涂層是聚丙烯酸酯類織物膠，具有防水、阻燃等多種功能，可用于雙層帶的某些特定部位以增加其性能。

三層帶制作工藝

材料準(zhǔn)備：由銅-黏結(jié)劑-聚酰亞胺三層材料結(jié)合而成。銅箔厚度為18~25μm，黏結(jié)劑厚度為20~25μm，聚酰亞胺膜厚為70μm。

模具制作：先沖壓聚酰亞胺定位孔和框架孔，再涂黏結(jié)劑、涂敷銅箔，加熱加壓以黏附銅箔。

切割與沖壓：切割沖壓三層帶，形成所需的形狀和尺寸。

引線圖形制作：利用光刻、曝光、顯影及刻蝕處理，制作引線圖形。

雙金屬帶制作工藝

支撐框架制作：在聚酰亞胺薄膜上沖壓出引線圖形的支撐框架。

銅箔黏附：在兩面黏附銅箔。

雙面光刻：使用雙面光刻的方法在兩面制作出引線圖形。

局部電鍍：對(duì)兩個(gè)圖形聚酰亞胺框架之間的穿孔進(jìn)行局部電鍍，實(shí)現(xiàn)上下金屬帶之間的金屬互連。

銅淀積與電鍍加厚：在框架的兩面先使用銅淀積工藝，再使用電鍍加厚法形成雙層銅箔。

光刻刻蝕：使用光刻法刻蝕出所需要的引線圖形。

載帶制作中的注意事項(xiàng)

引線寬度與間距的均勻性：確保引線寬度與間距的均勻性，以避免在焊接過(guò)程中產(chǎn)生短路或斷路現(xiàn)象。

鍍層的均勻性：鍍層應(yīng)均勻附著在引線圖形上，以提高焊接質(zhì)量和可靠性。

材料的選擇與匹配：根據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)景和要求選擇合適的材料，并確保各層材料之間的良好匹配。

制作工藝的精確性：在制作工藝過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格控制各個(gè)環(huán)節(jié)的工藝參數(shù)和條件，以確保載帶的質(zhì)量和性能。