作为半导系统编制造的后工序，封装工艺包含背面研磨(Back Grinding)、划片(Dicing)、芯片键合(Die Bonding)、引线键合(Wire Bonding)及成型(Molding)等步骤。这些工艺的顺序可根据封装技能的变革进行调度、相互结合或合并。在上一期中，我们先容了将晶圆切割成单个芯片的划片工艺。本日，我们将先容芯片键合(die bonding)工艺，采取这种封装工艺可在划片工艺之后将从晶圆上切割的芯片黏贴在封装基板（引线框架或印刷电路板）上。
1. 什么是键合(Bonding)？
图1. 键合类型
在半导体工艺中，“键合”是指将晶圆芯片固定于基板上。键合工艺可分为传统方法和前辈方法两种类型。传统方法采取芯片键合(Die Bonding)（或芯片贴装(Die Attach)）和引线键合(Wire Bonding)，而前辈方法则采取IBM于60年代后期开拓的倒装芯片键合(Flip Chip Bonding)技能。倒装芯片键合技能将芯片键合与引线键合相结合，并通过在芯片焊盘上形成凸块(Bump)的办法将芯片和基板连接起来。
就像发动机用于为汽车供应动力一样，芯片键合技能通过将半导体芯片附着到引线框架(Lead Frame)或印刷电路板(PCB, Printed Circuit Board)上，来实现芯片与外部之间的电连接。完成芯片键合之后，应确保芯片能够承受封装后产生的物理压力，并能够消散芯片事情期间产生的热量。必要时，必须保持恒定导电性或实现高水平的绝缘性。因此，随着芯片尺寸变得越来越小，键合技能变得越来越主要。
2. 芯片键合步骤
图2. 芯片键合与倒装芯片键合之间的比较
在芯片键合过程中，首先需在封装基板上点上粘合剂。接着，将芯片顶面朝上放置在基板上。与此相反，倒装芯片键合则是一种更加前辈的技能，首先，将称为“焊球(Solder Ball)”的小凸块附着在芯片焊盘上。其次，将芯片顶面朝下放置在基板上。在这两种方法中，组装好的单元将经由一个被称为温度回流(Temperature Reflow)的通道，该通道可随着韶光的推移调节温度，以熔化粘合剂或焊球。然后，在其冷却后将芯片（或凸块）固定到基板上。
3．芯片拾取与放置(Pick & Place)图3. 芯片拾取和放置
逐个移除附着在切割胶带上数百个芯片的过程称为“拾取”。利用柱塞从晶圆上拾取合格芯片并将其放置在封装基板表面的过程称为“放置”。这两项任务合称为“拾取与放置”，均在固晶机1上完成。完成对所有合格芯片的芯片键合之后，未移除的不合格芯片将留在切割胶带上，并在框架回收时全部丢弃。在这个过程中，将通过在映射表2中输入晶圆测试结果（合格/不合格）的办法对合格芯片进行分类。
4. 芯片顶出(Ejection)工艺图4. 芯片顶出工艺：在三个方向施加力时的放大图
完成划片工艺之后，芯片将被分割成独立模块并轻轻附着在切割胶带(Dicing Tape)上。此时，逐个拾取水平放置在切割胶带上的芯片并不随意马虎。由于纵然利用真空也很难轻易拾取芯片，如果强行拉出，则会对芯片造成物理破坏。
为此，可采取“顶出(Ejection)工艺”，通过顶出装置3对目标芯片施加物理力，使其与其他芯片形成轻微步差，从而轻松拾取芯片。顶出芯片底部之后，可利用带有柱塞的真空吸拾器从上方拉出芯片。与此同时，利用真空吸拾器将切割胶带底部拉起，以使晶圆保持平整。
5. 利用环氧树脂(Epoxy)实现粘合的芯片键合工艺
在实行芯片键合时，可利用金或银（或镍）制成合金，特殊是对付大型密封封装。也可通过利用焊料或含有金属的糊剂（Power Tr）进行连接，或利用聚合物-聚酰亚胺(Polymer, Polyimide)进行芯片键合。在高分子材料中，含银糊状或液体型环氧树脂(Epoxy)相对易于利用且利用频率较高。
利用环氧树脂进行芯片键合时，可将极少量环氧树脂精确地点在基板上。将芯片放置在基板上之后，通过回流(Reflow)或固化(Curing)，在150°C至250°C的温度条件下使环氧树脂硬化，以将芯片和基板粘合在一起。此时，若所利用环氧树脂的厚度不恒定，则会因膨胀系数差异而导致翘曲(Warpage)，从而引起波折或变形。因此，只管利用少量环氧树脂较为有利，但只要利用环氧树脂就会发生不同形式的翘曲。
正由于如此，一种利用晶片黏结薄膜（Die Attach Film, DAF）的前辈键合方法成为近年来的首选方法。只管DAF具有价格昂贵且难以处理的缺陷，但却易于节制利用量，简化了工艺，因此利用率正在逐渐增加。
6. 利用晶片黏结薄膜（DAF）的芯片键合工艺
图5. 利用晶片黏结薄膜（DAF）的芯片键合工艺
DAF是一种附着在晶粒底部的薄膜。比较高分子材料，采取DAF可将厚度调度至非常小且恒定的程度。DAF不仅运用于芯片和基板之间的键合，还广泛运用于芯片与芯片之间的键合，从而形成多晶片封装（MCP）。换句话说，紧密粘合在芯片上的DAF等待切割工艺完成，然后在芯片键合过程中发挥自身的浸染。
从切割芯片的构造来看，位于芯片底部的DAF支撑着芯片，而切割胶带则以弱粘协力牵拉着位于其下方的DAF。在这种构造中，要进行芯片键合，就须要在移除切割胶带上的芯片和DAF之后立即将晶粒放置在基板上，并且不得利用环氧树脂。由于在此过程中可跳过点胶工序，因此环氧树脂的利弊被忽略，取而代之的是DAF的利弊。
利用DAF时，部分空气会穿透薄膜，引起薄膜变形等问题。因此，对处理DAF的设备的精度哀求格外高。只管如此，DAF仍旧是首选方法，由于它能够简化工艺并提高厚度均匀性，从而降落毛病率并提高生产率。
用于放置芯片的基板类型（引线框架或印刷电路板）不同，实行芯片键合的方向也存在很大差异。良久以前，基于PCB的基板已经因其可运用于小尺寸批量生产封装而得到广泛利用。相应地，随着键合技能的日益多样化，用于烘干粘合剂的温度曲线(Temperature Profile)也在不断变革。个中一些具有代表性的键合方法包括加热粘接和超声波粘接。随着集成技能的不断提高，封装工艺连续朝着超薄方向发展，封装技能也变得多样化。不才一期中，我们将先容另一种封装技能——引线键合。
免责声明：文章来源汶颢www.whchip.com 以传播知识、有益学习和研究为宗旨。 转载仅供参考学习及通报有用信息，版权归原作者所有，如陵犯权柄，请联系删除。
