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1、、厚更 7，粜 ，1 电力电子技术1 9 9 2 年第 2 期 6 7 (上接1 9 9 2 年 1 期6 9 页)厚膜功率集成电路工艺讲座()Le c t u r e o n Th i c k f i l m P owe r I C(I)三塑 修 己 -_ _ 0 一 ，一 第五讲T A B 一载带自动 焊 接技 术 一、T AB-一 一种先进的互连系统 许多年来，导线键合一直是芯片上与芯片 外连接技术中最有效的手段，其工艺简单，产 量大、成 品率高。超声键合，金丝球焊键合、热压键 合等线焊方法广泛地应 用 于封 装 工 艺 中。导线键合是一种软加工，特别适合多芯片 混合 电路中的焊接加工。
2、但是，随着大规模和 超大规模集成 电路的出现，半 导体工业正朝向 间距更小、引线数更多的方向发展。喜 缉 】敬 图6 Re n t s 规则一芯片复 杂度与所需z o数的 关 系 图7焊盘间距窄小 的问题。毛 细 管遇 到 相邻 导 线使其弯曲、交咬、绞结的 情况。Re n t s 规则表明t芯片上田功能 电路增加，与外部相连的输入输出端也要增加。但是，这些输入输出端并不能象电路一样减小几何 尺 寸，使 芯片的大小受到焊盘 内限制。结果，芯片尺寸要 由容 纳焊盘所需 的周 长来决定，而 不是由电路来确定。焊盘对芯片 的限制或多或 少 浪费 了硅片面积，因此 必须 使焊盘 间距 缩 小。通常的金
3、丝球焊采用的焊盘间距只能小至 6密耳。如 果再小，毛细管会碰到邻近的导线 而引起导线弯 曲，凹入 以 及 扭 结(如 图 7所 示)。气密封装的超声铝线焊 所 用的 焊 盘间 距，可 以比金丝球线焊更Z b,因为引线从焊接 处水平方向伸出焊盘，而不是象金线那样垂直 引出，从而避免 了毛细管的影响。超声铝线焊 焊 盘间距 的限制宽度大约是 4 5至 5密耳。TAB的确没有象引线焊接 这种焊 盘间距 的限制，凸块和焊接带可以形成更小 的间距，并且具有 比引线焊接更高的强度。现 在 TAB 焊 盘间距为 4 0密耳 已极为普通，3密耳乃至 2密耳 的产品也 已出现，因此 TAB克 服 了引 线焊 接
4、焊盘问距的限制。T AB特别适用于对速 度有特 殊要求的器 件。现 在设计 的逻辑 电路，工作 频 率越 来越 高，必须 把信号通路看 作发射线。由于焊线长 度几何尺 寸的变化及交叉影响，传统 的导线键 合影响了电路的速度。TA B技术可以改善电路 的性能。有人作过计算，1 0 0 密耳 的T AB带的 电阻还不到最佳导线的1 5，电容还不到导线 的2 5，电感则不到导线的7 5，这些正是制 造高速 电路所需要的。同时，TAB还有通过引 线带走更多热量的能力，增强 电路的可靠性，这也是大容量混合系统集成所需要 的。TAB技术的可测试性和老化筛 选 能力是 解决HI C可靠性 的重要途径。HI
5、C装配之前，所 用的元器件芯片应当测试、老化筛选，剔除 维普资讯 http:/ 电力电子技术1 9 9 2 年第 2期 早期失效元件，提高HI C 的成品率和可靠性。特 别对于军用HI C，可靠性要求指标更高，迫 切要 求解决芯片装配前 的测试、老 化 筛 选 问 题。采用 TAB技术，可以对芯片进 行予测试 和老化筛选，满足生产 高可靠HI C的要求。如果应用传统田导线焊接技术，装配复杂 的多芯片混合 电路，查出坏 电路需要做大量的 返工。混合电路 的封装密度继续增加，相邻 电 路与键合损坏的可能性也增加，在一系列相互 作用的集成 电路中，查出坏芯片更加困难，所 以需要TAB 技术改进 电路
6、的电气性能。，=，T A B 技术特点 TAB 技术是把一个或多个 I C芯片组装在 带有内连出线图形 的载带上，然后再组装到陶 瓷基片上。TAB 技术与线焊相 比具有许多优点l 可以实现 自动化大批量装配，能够改善电路的机械性能和电气性能，具有较大 的互连密度。缩至 1 5 微米和 1 0微米工艺制作 的器件，就必须采用 TAB焊接，引线数量越大，TAB就越 能显示 出它的优越性。芯片在组装到衬底上之前 可以进行测试 老 化，元件的轨迹和轮廓最小，容易返工。然而，TAB 并非不 存在同题，与导 线焊 接不同，TA B 利用硬工具，每种器件必须有 自 己的焊接带设计，自己的加热极尺寸，这就需
7、要贮存大量的焊接带和加热极，并要编制清单 进行库存管理。对于大批量应用情况，这不成 什么问题，但对于多品种小批量情况，就会增 加成本。三，T A B 工 艺 1 TAB x艺流程 T AB 工艺可以分为六个主要步骤，如图8 所示。2 芯片库 为了组装HI C电路，贮存各种各样的元器 件芯片予专门库房，就形成HI C 芯片库。国外 图8 TABT艺流 程 图 知名 的混合 电路制造公 司，都有 自己现代化的 芯片库。订购的元器件 毽：片，按品种类别存入 芯片库，由计算机管理。芯片库的环境条件要 求净化、干燥、并处于保护气氛 中，保证库 中 存放 的芯片质量不受影响。在HI C电路组装前，将所需芯
8、片 品种、型 号、数量输入计算机，由计算机控制，自动从 车中提取芯片、配套，供工艺组装用。现在许多 混合 电路制造厂家都认识到了建 立 芭：片库的重要 性，只有建立 了 自己 的 芯片 库，才能发挥HI C 生产周期短的优势。3 TAB 焊接 带 所有的T AB 焊接带都是铜质的。焊接带有 三种基本形式l 单层铜箔，两层铜层直接敷在聚酰亚胺膜上I 三层 铜箔粘在聚酰亚胺膜上。单层载带成本低，在不需要带上测试、大 批量应用场合最为理想，两层带 的导线是采用 电镀形成的，成本适宜，允许带上测试，三层 焊接带的导线是按要 求的尺寸蚀刻上 去的，成 本最高，尤为适合带上测试的应用。典型的三 层载带示予
9、图 9 上。焊接带通常可以镀金也可以不镀金，也可 以采用镀锡工艺。4 平面裁带 凸起芯片 在这种情况下，载带本身是平面，制造简 单。芯片(大园片时)在标准的敷铝层上镀上 凸起的金层。载带如果镀金，两层金之间可以 得到非常可雉的粘结。载带要是镀锡，连接点 是金一锡合金。芯片上的凸坎也有镀铜的，在 气密性封装 中也可采用普通焊料 钊成凸块。维普资讯 http:/ 厚髌 功率 集成 电路 T 艺讲 座：I 爱 舰 簧 )高压 下 辞麓，图 0 三丘 埠 接带-5 载带 凸起 标 准芯 片 。i 显然，对 混合 电路的 向来说，宵吸 引 力 的选择是载带凸起因为百 选 j j 标准芯片，这 样在合理
10、的成 本内，有最 大的灵活性 载带 凸起有两种形式：(a)硬 凸(b)软 凸。载带上硬 凸的形成是采嗣标准 的金球焊接 工艺，只不过导 线在金球处切断，而不是在引 线处切断，这就在焊盘上 帮下 了金球。硬凸载 带需要 较大的键合压 力。为了，损 伤芯片，需 要仔细选择键合参数 软凸载 精由于凸起部 玲柔砍，可 施加较 小的键合力。软凸的 形成 采 喷射镀或其他 转移技术在平面载带上徽一个黍软的会 凸 6 截带焊接工 艺与热 电 载带焊接工艺一般有 四种 热压组合焊 超声点焊 金一锡共 晶焊；激光：辱接。热 压组合焊 所用的热 电椴是具有优 良导热 特性的金钢石。其他可目 j 作热 压焊接 电极
11、材料 的有B o O，S i C 和CB N。对 于超声点 焊，采用 某种典型的硬而不易磨损的材料就行，对于共 晶焊接，要 求脉冲加热，热电极必须是 良导热 体，能很快地升温 而且其质量很小，能很 快 冷却。激光焊接 通过激光脉冲进行，不需要 加热电极。热压组合焊接 艺是具有特定形状 的热 电 极，将TAB 带压在凸块上，在 高温(5 0 0-6 0 0 69 这种焊接牢固可 靠，、7 带 上 测 试 和 老 化 内引线键合后，TAB和 I C芯片形成相当 稳定的牯结，这样在：卷片景 到衬底上 以前，能 够进行 带上 试 例如，给微处理机或存贮器 予编程，制造复杂的高可靠 的混合 电路。当芯
12、片还 花带一 k 时 加 一特殊装置测试设备进，彳有趣 地扩展就 叮进行老化。测试、老化中失 效的器件，靠打一个附加的孔来 区分，在外引 线键 合 之前，由光学 检 查 剔 除 m 去。8 包封 现在 甩 T AB作 互连的大部 分器件都是非 密封封装 需要一定程度辩饥械和环境方面的 保护 通常采净传统的硅 橡胶或 环氧 材 料包 封。对于要 求全密 封的混 合集成 电路，TAB 器件不需要进幸 亍 专 门的保护。4 婀 9 切带 线 形 式 测试、老化后，外 引线 键合前，要把TAB 器件与母 带分开，进行 切带工序，并 形成适当的梁式 引线图形。辐射、倒装 和腔 体 示 于 图 1 o_k
13、。对干高密 发 组 装 的 场，倒装和腔体 TAB最 富 有吸引力 困为 腔 体 TAB 纵长分 布最 小。由于梁上应 图1 0 切带后组力较小，辐射TAB，在高应 装图形 力下具有性 能优异 的特点 l O 外 引线键 合 采 用类似内引线 键 合 的方法，加热 电极 给新 L刃开的梁 h加热，同时 加 压使 外引线键 合。四、T A B的新发展 一区域性T A B 若制造上 的结构形状小到 0 5微米，或弓 f 线数 目达到4 0 0 至6 0 0 条，以致焊带制作用的焊 盘问距，必须小于2。o N2 5 密耳，则必须用区 域牲 F A B。在区域性 T AB上芯片的焊盘不是 围着 莶片园
14、周分布，而是不规则 的分布，每一 埠盘都处在其作用所在的位置上。以这种方式 髓 矗 眭 荽 C 维普资讯 http:/ 7 0 电力 电子技术1 9 9 2 年第 2期 排到焊盘，由于芯片周界上没 有焊盘，焊 盘限 制对芯片就无影响了。另外，焊艋分布在其作 用位置上，芯片上就不再有作用区与周边焊 盘 化的塑料片，它的顶部刻蚀了通向焊 盘所在处 的连线。(全文完)蜮 这，-触 露 7 -；7-、I 7 7口 一晶闸管触发模块原理及应用 7 西安现代 电源技术研究所Wl,T N 弓 午 一、述 晶闸管触发单元是各种 晶闸管变流装置的 重要组成部分。近年来，由于集成触发器的应 用，触发单元的体积重量
15、大大减小，性能也有 很大改善。为了进一步减少外围元件，实现触 发 单元轻、薄、短、小化的要 求，西安现代 电 源技术研究所，最近又研 制了各种晶闸管触发 模块。这种触 发模块是采用厚膜技术和表面安装 技术制成的，所谓厚膜技术就是采用丝网印刷 的方法，将不同内浆料 印刷在基片上，经 过烧 结形成导带、电阻、电谷等无源元件，然后将 有源元件(晶体管、集成电路等)装贴上去，制 成具有一定功能 的电路。表面安装技术是将微 型 的无引线或短引线的片式元器件，平贴在 印 刷电路板上，经过再流焊等方法焊接而 形成一 定功能 的电路。将这种 电路封装在金属或塑料 外壳中，即可组成各种功能 的模块。这种触发模块
16、具有功能 强、性能优、可靠 性高，体积小、重量轻、成本低、使用维修特 别方便等特点。为了便 于应用，下面介绍几种 常用 的触发模块。=、单相全控桥触发模块 单 相全控桥触发模块MKC0 儿、MKC0 1 2 主要 用于单 相半 控桥和全控桥整流装置，也可 用于单 相交流调压器、MKC0 1 l 输出窄脉冲，适用于电阻负载，MKC0 1 2 宽脉冲，适用 于 电感 负载。1 工 作 原理 该模块主要 由集成触发器K 0 0 4 和集成调 制器KJ 0 4 2 等元件构成，正弦波同步 电压 由同 步端输入，通过模块内部的KJ O 0 4 形成1 0 O Hz 锯齿波同步 电压，该 电压与移相 电压
17、、偏移电 压综合 比较后，产生一定宽度 的触发脉冲，该 脉冲经KJ 0 4 2 调制后，输 出两路 移相脉冲。各 点 电压波形如 图 1所示。V ，厂 1，V 111 L，l 删 U U U 图1 单相 全控 桥 触 发模块 波 形 2 电参数 同步 电压 l 1 8 3 0 V(电流2 3 mA)移相 电压 l 0 8 V(1 2 0 )移相 范 围；|1 7 0。输 出负载 电流；|8 0 0 mA 脉 冲前 沿 I p s 电 源 电压 l 1 5 V 0 5 2 4 V 5 V 功 耗 电流l，c c+5 0 mA I c c 一 一 6 0 mA 允 许使 用环 境 温度l 1 0 C一+7 O C 3 外 形 尺寸 及；l 脚 功 能 维普资讯 http:/