Mount 和 Bond

很多制造商提供的是unmounted的集成电路dice，但很少有这种bare dice的大销售。多数客户没有设备或技术来处理bare dice，所以需要封装他们。应此封装也是集成电路制造的一部分。

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封装集成电路的第一步是把它装入leadframe里。图2.31显示了八引脚的dual-in-line package（DIP）的leadframe的简图，chip已经装上了。Leadframe本身是由一个矩形的装die的mount pad和一些lead fingers组成，lead fingers最终形成DIP的8个lead。Leadframs通常是条状的，所以几个dice可以同时处理。他们要么stamped out of thin sheets of metal，要么用和刻印刷电路板相似的光刻技术来蚀刻。Lead frame要么是铜或铜合金，通常plated with tin or a tin-lead alloy。铜不是leadframes的理想金属，因为它和硅的热膨胀系数不同。随着封装部分被加热或冷却，die和leadframe的不同膨胀产生机械压力，这对die的性能产生坏的影响。不幸的是，和硅有相似膨胀系数的物质只有很差的机械和电特性。偶尔在特殊部件的low-stress的封装中会使用一些这种物质；叫做Alloy-42的镍铁合金可能是最频繁会遇到的。（节7.2.6）。

图2.31 8引脚DIP的leadframe的简图。

通常用环氧树脂来装载die到leadframe上。有时，树脂里添加银粉来提高导热能力。环氧不是必须的，这样能降低leadframe和die热膨胀时的压力。另一个方法是在硅和leadframe之间提供更高的thermal union，但它会引起更大的机械压力。比如，die的背部能镀上金属或合金再焊接到leadframe。或，贴上叫做gold preform的金箔到leadframe；加热die使得它和gold preform合成为牢固的机械连接。焊接连接和gold preform都能在die和leadframe之间有很好的thermal contact。他们都能产生一个用来连接die的衬底和pin之间的电气连接。能传导的环氧能提高热传导，但不能总是信赖他们来提供电气连接。（26 R.L. Opila 和J.D. Sinclair, “Electrical Reliability of Silver Filled Epoxies for Die Attach,” 23^rd International Reliability Physics Symp., 1985, pp. 164-172.）

die装到leadframes上后，下一步是装bondwires。只有在die上通过保护层的opening暴露出的金属的区域才能bonding；这些区域叫做bondpads。Wafer探测用的探测卡为了测试在bondpads上做了contacts，但探针也可以在不连接bondwires的pads上做contact。保留做测试用的pads通常叫做testpads，来和实际的bondpads区分开。Testpads通常比bondpads小，因为探针比bondwires能到更小的区域。

用光学辨识bandpads地点的高速自动机械能做bonding。这些机器通常用1mil（25μm）的金线来bonding，尽管通常用的是小至0.8mil或大至2.0mil的金线。直径达到10mil的铝线也能用，尽管这需要非常不同的bonding机器。一次只能用一种直径和型号的线来bond，很少有die用多种的。最通常的做法是在所有的pads上用1mil的金bondwire。多根并行bonded的1mil的线能负载更高的电流或提供更低的电阻，而不需要大直径线的第二次bonding pass。

Bonding 金线最常用的技术叫做ball bonding。（27 B.G. Streetman, <?xml:namespace prefix = st1 ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:smarttags" />Solid State Electronic Devices, 2^nd ed. (Englewood Cliffs, NJ; Prentice-Hall, 1980). Pp.368-370）由于铝连线不能ball-banded，所以开发了一种叫wedge bonding的技术。图2.32显示了ball-bonding工艺的必须步骤。

Bonding机器从一个叫capillary的小管子中注入金线。氢火焰融化了线头形成一个小的金球，或ball（图2.32, 第一步）。一旦形成金球，capillary朝着bondpad压下去。金球在压力下变形，金和铝熔合在一起变成焊点。（步骤2），下一步，capillary上升往附近的lead finger移动（步骤3）。Capillary再次下降，把金线打入lead finger。这样金和底下的金属合成产生焊点（步骤4）。由于在这个点没有球，最终的bond叫做stitch bond而不是ball bond。最后，capillary 从lead finger上升，氢火焰割开线，两个线头都融化成球形。（步骤5）。Bond就结束了，在伸出capillary的线头上也有了另一个球，为下一次做好了准备。自动bonding机器可以在高精度下一秒钟重复这些步骤10次。这些机器的高速和无差错能产生极大的经济规模效应，整个bonding流程的成本不超过1到2美分。

图2.32 ball-bonding工艺的步骤

铝线不能做ball-bonded，因为氢火焰会ignite the fine aluminum wire。相反，一个小的，楔形工具能用来辅助capillary。当capillary带着线接近bondpads时，这个工具把它对着pad打碎，形成一个stitch bond。 这个过程也在lead finger重复，and the tool is then held down against the lead finger while the capillary moves up。铝线里的张力在它最薄弱的点折断铝线，并立即形成焊点。这个过程能以所需重复多次。

Ball-bonding工艺要求一个大约是线的直径三倍的正方形bondpad。这样，1mil的金线能连到对角线大约为3mil的正方形bondpad。Wedge bonding要求更高，通常要求矩形的bondpad。这些bondpad必须和wedge工具处于同一个方向。他们一般是线厚的两倍宽，四倍长。Wedge bondpads的实际规则可以变得非常复杂，特别是对厚的铝线。

图2.31显示的是bonding 步骤结束后die被装入leadframe。Bondwires连接不同的bondpad到他们相应的lead。尽管和pins比起来线都很小，但他们每一个都能负载1安培的电流。