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互联基础工艺技术主要包括引线键合、载带自动键合和倒装芯片键合3种技术。
1.键合的基本类型
根据互联方式和工艺的不同，键合技术有3种基本类型：引线键合（WB）方式（图2-3）、载带自动键合（TAB）方式（图2-4）、倒装芯片键合（FCB）方式（图2-5）。
根据互联材料的不同，键合技术还可分为金属引线（Au丝/带、Al丝、Cu丝以及其他特殊金属丝）键合、凸点（各种焊料凸点、柱、球等）键合等键合互联方式。
图2-3 引线键合方式
图2-4 载带自动键合方式
图2-5 倒装芯片键合方式
2.基本键合类型的比较
在元器件的制造过程中，选择采用哪种键合互联技术，需要综合考虑电路性能要求、圆片工艺的加工能力、电路芯片焊盘结构形状；键合工艺要求（如焊盘尺寸、焊盘间距、芯片焊盘与相应基板/外壳引出线布局的匹配、键合引线长度、键合引线交叉及分层，芯片所能承受的机械应力以及芯片上的铝层结构与厚度、铝层与芯片衬底的黏附强度）、封装材料易获得性、可制造性、成本等因素。
引线键合、载带自动键合、倒装芯片键合3种基本键合互联技术主要性能与特点的对比如表2-1所示。
表2-1 引线键合、载带自动键合、倒装芯片键合3种基本键合互联技术主要性能与特点的对比
1.引线键合的方法与特点
引线键合是金属丝引线通过加热、加压等方式，将芯片焊区与焊盘等元器件外连线相连的固相焊接过程（见图2-6），通常也称为丝焊技术。其金属丝引线一般采用直径几十到几百微米的Au丝、Al丝或Si-Al丝。
图2-6 引线键合的结构和实物图
引线键合是键合互联技术中最为成熟和应用面最广的技术之一，是中、低端元器件互联的主要方式，广泛应用于I/O数为600以下的各种封装类型的元器件键合互联中。引线键合在BGA类元器件封装中的应用如图2-7所示。
图2-7 引线键合在BGA类元器件封装中的应用
引线键合一般采用自动化专用设备进行，键合工艺参数可精密控制，并具有引线机械性能重复性高、键合速度快（两个焊接和一个导线循环过程在100ms以下）等特点。引线键合中的每根互联线都可以单独完成键合，是一种单点、单元化工艺，利用自动化设备进行键合时，通过编程调整就可以在同一设备上完成不同元器件的键合工艺，灵活性很高。目前，引线键合的各种辅助工具和配套材料制造等技术已经非常成熟，形成了较完善的技术体系，而且在生产成本上占有非常大的优势。
但是，引线键合与载带自动键合、倒装芯片键合技术相比较，其引线互联的阻抗、感抗、容抗相对较大（见表2-1）。另外，引线键合设备要求芯片焊盘布局需分布在芯片的4个周边，两个焊盘中心距至少为35μm（目前键合设备制造精度的极限），这导致采用引线键合工艺元器件的封装密度受限。
2.引线键合的基本方式
引线键合有球形键合、楔形键合两种基本方式。
1）球形键合
球形键合方式的工艺步骤为：先在引线一端形成焊球并完成焊球连接；再进行配线；最后完成另一端的连接。一般球径是丝线直径的2～3倍，细引线间距时是丝线直径的1.5倍，大引线间距时是丝线直径的3～4倍。键合头尺寸一般不大于焊盘尺寸的3/4，为丝线直径的2.5～5倍。丝线弧度高度一般为150μm，弧度长度一般小于100倍丝线直径。
在球形键合时，将引线垂直插入键合设备毛细管劈刀的工具中，引线在电火花作用下受热变成液态，由于表面张力的作用而形成球状；在光学定位和精密控制下，劈刀下降使球接触晶片的键合区，对球加压，使球和焊盘金属形成冶金结合完成焊接过程；然后劈刀提起，沿着预定的轨道移动，称为弧形走线，到达第二个键合点（焊盘）；利用压力和超声能量形成月牙式焊点，劈刀垂直运动截断金属丝的尾部，从而完成两次焊接和一个弧线循环。
图2-8所示为球形键合的焊球和键合头局部示意图。图2-9所示为引线键合的基本工艺过程。
图2-8 球形键合的焊球和键合头局部示意图
图2-9 引线键合的基本工艺过程
2）楔形键合
楔形键合方式的工艺步骤为：先完成引线一端的楔入连接；再进行配线；最后完成另一端的楔入连接。楔形键合方式具有键合速度快、间距小、键合区引线变形小以及高可靠性等特点。但在采用楔形键合方式时，焊盘长轴必须在丝线走向，间距应适合键合间距要求，焊盘尺寸应支持长键合点和尾端。楔形键合头如图2-10所示。
楔形键合的穿线是通过楔形劈刀背面的一个小孔来实现的，它使金属丝与芯片键合区平面呈30°～60°角，当楔形劈刀下降到焊盘键合区时，劈刀将金属丝按在其表面，采用超声焊或热声焊完成键合。
3.引线键合工艺
引线键合有超声楔焊键合、热压焊键合和热超声球焊键合3种基本工艺技术。
1）超声楔焊键合
超声楔焊键合利用超声波（频率为60～120kHz）发生器使键合设备的劈刀发生水平弹性振动，同时施加向下的压力，使劈刀带动引线在焊区金属表面迅速摩擦而发生塑性变形，同时去除金属表面氧化层，使引线与键合区紧密接触而完成焊接。超声楔焊键合工艺的两端键合点一般都是楔形的，如图2-11所示。
图2-10 楔形键合头
图2-11 超声楔焊键合
2）热压焊键合
热压焊键合采用加压、加热使引线与键合区压焊在一起，并使其发生塑性变形，同时破坏金属表面氧化层，使压焊接触面的原子间达到原子引力范围，从而产生原子间吸引力实现键合。热压焊的焊头加热温度一般为150℃左右，芯片加热温度一般为200℃以上。焊头的形状常用的有楔形、针形和锥形。键合点一般一端为球形，一端为楔形。热压焊键合有金属引线变形大、易受损、焊点键合拉力小等缺陷，因此目前已经较少采用。
3）热超声球焊键合
热超声球焊键合是引线键合中最常用的工艺技术之一，具有键合点牢固、压点面积大、无方向性要求、操作方便灵活等特点。热超声球焊键合在采用超声波的同时，外加热量激活材料能级，促进两种键合金属的有效连接以及IMC的扩散和生长。热超声球焊键合过程中键合引线无须磨蚀表面氧化层，加热温度也远低于热压焊键合（一般为100℃）。
4.键合工艺比较
超声楔焊键合、热压焊键合和热超声球焊键合3种键合工艺技术之间的差异如表2-2所示。
表2-2 超声楔焊键合、热压焊键合和热超声球焊键合3种键合工艺技术之间的差异
5.引线键合材料
引线键合常采用的金属丝引线有Au丝、Al丝、Si-Al丝、Cu丝等。
1）Au丝
Au丝广泛用于热压焊键合和热超声球焊键合，应用时丝线表面要光滑和清洁，以保证强度和防止丝线堵塞。纯Au具有很好的抗拉强度和延展率，但高纯Au太软，一般需加入5～10ppm的Be或30～100ppm的Cu，掺Be的引线强度一般要比掺Cu的高10％～20％。
2）Al丝和Si-Al丝
Al丝一般应用于超声楔焊键合。因为纯Al太软而难拉成丝，一般加入1％Si或1％Mg以提高强度（二者强度相当）。室温下1％的Si超过了在铝中的溶解度，导致Si的偏析，偏析的尺寸和数量取决于冷却速度，冷却太慢会导致更多的Si颗粒集结，而Si颗粒尺寸影响丝线的塑性，应用中需予以控制。掺1％Mg的Al丝强度和掺1％Si的Al丝强度基本相当，但因为Mg在Al中的均衡溶解度为2％，所以不会有第二相析出，其抗疲劳强度更好。
3）Cu丝
Cu丝具有资源充足、成本低、在塑封中抗波动（在垂直长度方向平面内晃动）能力强等特点，最近人们已经开始注意Cu丝在引线键合中的应用。但Cu丝相对Au丝、Al丝而言，键合性较差、易氧化，需在保护气氛下键合；硬度较大，容易导致金属焊区出现弹坑（指焊盘金属化下面的半导体玻璃或其他层的破坏现象）或将金属焊区破坏等问题。
6.其他
引线键合是一项涉及元器件电性能、机械性能可靠性的重要工艺技术，而且它与元器件设计制造的其他工艺技术关系密切、相互影响，除了要正确选择键合工艺和相关材料，保证电导率、键合强度等重要指标达到要求，还需要注意一些相关工艺技术问题。例如，在设计电路芯片焊盘时，除了要考虑电路性能、圆片工艺的加工能力等因素，还需要考虑引线键合工艺的要求，如焊盘尺寸、焊盘间距、芯片焊盘与相应基板/外壳引出线布局的匹配、键合引线长度、键合引线交叉及分层、所能承受的机械应力以及芯片上的铝层结构与厚度、铝层与芯片衬底的黏附强度等，为能够选择合理的键合工艺和材料进行良好的引线键合奠定基础。又如，不同的焊区金属和丝线形成的键合点，其结合面会形成Au-Au系、Au-Al系、Au-Cu系、Au-Ag系、Al-Ag系、Al-Ni系、Cu-Al系等不同的金属冶金系，从而具有不同的可靠性行为。引线键合的相关设计和材料在选用时，必须充分考虑这些问题。
1.载带自动键合的方法与特点
载带自动键合是一种用胶片状的柔性载带（黏结有腐蚀作用的引线框架图形或在图形键合区上制作金属凸点），通过键合机同时完成芯片与载带、载带与外围电路布线导体连接的键合互联技术。载带自动键合的基本结构如图2-12所示。
图2-12 载带自动键合的基本结构
载带自动键合的载带一般采用Cu箔引线，载带图形键合区上的金属凸点常用电镀Au的Cu凸点，芯片上常用Au凸点。载带自动键合工艺可使用标准化的卷轴长带（可达100m），可以同时实现芯片与引线框的多个焊点的键合，键合速度快，生产效率高，容易实现工业化规模生产。同时，载带自动键合技术的I/O密度略高于引线键合技术，能使元器件封装厚度更薄（载带自动键合结构的封装一般不到1mm）、引线更短、电极间距更小（在50μm以内）、外形尺寸更小、产品质量更轻，从而实现微型封装；载带自动键合技术的引线电阻、电容和电感也比引线键合技术的低，这使得采用载带自动键合技术互联的LSI、VLSI具有更优良的高速、高频电性能；因采用Cu箔引线的载带，其导热和导电性能好、机械强度高、键合拉力较强。由于载带自动键合技术具有上述明显优点，因此近些年发展很快，目前该技术主要用于液晶显示器、计算机、手表、智能卡、照相机等产品的IC封装中。日本对该项工艺技术的设备开发、应用等均处于领先地位，美国、韩国、欧盟次之，我国应用还较少。
柔性载带制作、芯片凸点制作，以及载带与芯片凸点的焊接是载带自动键合技术的关键，在这方面载带自动键合技术要比引线键合技术复杂得多，设备投资较大，而且不同的芯片压焊点位置变化需要制作不同的载带，通用性差、成本较高。另外，载带自动键合技术也要求芯片焊盘分布在芯片四周，这导致封装密度的提高受到限制。
2.载带自动键合的基本工艺步骤
载带自动键合的基本工艺步骤为：首先在高聚物载带上做好元器件引脚的导体图形（载带制作）；再将芯片按其键合焊区对应位置放在上面；最后通过热电极一次性将所有引线进行键合。裸芯片放在载带上并和载带导体图形对位互联，如图2-13所示。
图2-13 裸芯片和载带导体图形对位互联
图2-14所示为包含芯片凸点制作、测试、包封工艺在内的，采用载带自动键合技术制作元器件的基本工艺流程。
图2-14 采用载带自动键合技术制作元器件的基本工艺流程
3.载带的类型和规格
载带的主要类型有Cu箔单层带、Cu-聚酰亚胺（PI）双层带、Cu-黏结剂-PI三层带、Cu-PI-Cu双金属带4种。常用的为双层带和三层带。
单层带是基带上敷的一层Cu箔导体（见图2-15），电极图形布在Cu箔上，制作工艺简单、成本低，但键合后不能检测。双层带将Cu箔导体黏附在聚合物带薄膜上（见图2-16），底膜料要求高，不用黏结剂，高温稳定性较好，成本较低，可弯曲，可制作高精度图形。三层带有附着层（见图2-17），性能提高，底膜材料要求降低，可卷绕，可制作高精度图形，制作工艺较复杂，成本较高。双金属带可改善信号特性，一般用于高频元器件，制作成本高。
图2-15 单层带结构
图2-16 双层带结构
载带的宽度规格有8mm、16mm、35mm、70mm等，其中35mm宽的载带应用最为普遍。无论何种规格的载带，其边缘一般都设计有用于传送的齿轮孔，而且制作成长带。包含多个芯片键合位相连的成品薄膜载带实物图如图2-18所示。
图2-17 三层带结构
图2-18 载带实物图
4.载带制作工艺
1）单层带制作工艺
单层带制作工艺流程如图2-19所示。它采用光刻法制作图形，需要制作光刻版，并进行双面光刻。腐蚀去胶后的Cu箔引线一般均需进行电镀，电镀后应进行退火处理，以消除电镀中产生的应力和避免产生Sn须生长。
图2-19 单层带制作基本工艺流程
2）双层带制作工艺
双层带制作工艺流程如图2-20所示。金属层一般均采用Cu箔（也有的采用Al箔），并采用光刻法制作图形。聚合物层一般先采用液态聚酰胺（PA）通过局部亚胺化和光刻蚀刻形成PI框架，然后在高温（约3500℃）下进行全部PI亚胺化，形成PI支撑架。
图2-20 双层带制作基本工艺流程
3）三层带制作工艺
三层带制作工艺流程如图2-21所示。其中最后的引线图形制作工艺与图2-19所示的单层带制作工艺流程相同。三层带的金属层一般均采用Cu箔，典型厚度为18μm；聚合物层一般采用PI，典型厚度为70μm；黏结剂一般采用黏结力强、绝缘性能和机械强度好的环氧类黏结剂，典型厚度为20μm。三层带制作工艺比较复杂，需要制作可同时冲制PI定位孔和PI框架的高精度硬质合金模具，需要高温高压设备涂覆Cu箔。成型后的三层带Cu箔被压实在PI的上面，中间是一层黏结剂。
图2-21 三层带制作基本工艺流程
4）双金属带制作工艺
双金属带制作典型工艺流程如图2-22所示，可以先冲压出PI膜引线图形的支撑架，其次在上面双面粘贴Cu箔；再次应用光刻法制作引线图形；最后采用局部电镀法形成双金属层通孔互联。此外，也可以在冲压出PI膜引线图形的支撑架后，采用沉积Cu再电镀加厚的方法形成双面Cu箔（图中虚线框所示）。
图2-22 双金属带制作典型工艺流程
5.芯片和载带凸点制作
1）芯片凸点制作
芯片凸点与载带键合互联结构示意图如图2-23所示。芯片凸点一般采用Au凸点，直接在圆片上制作，其典型制作工艺为：首先在圆片表面沉积一层合金系，其作用是导电、形成扩散障碍物防止Au扩散到Al和Si中，以及便于与Au更好地结合，常用Ti/Ni/W体系（大约是每种金属沉积1000Å）；然后沉积一层约25μm厚的光阻材料作为电镀掩模，再在每个键合区的开口处用影印和电镀等方法形成大约25μm厚的蘑菇状高纯度Au层；最后剥掉光阻层和蚀刻金属屏障体系形成凸点。芯片凸点制作工序及其结构示意图如图2-24所示。
图2-23 芯片凸点与载带键合互联结构示意图
图2-24 芯片凸点制作工序及其结构示意图
2）载带凸点制作
载带凸点与芯片键合互联的结构如图2-25所示。该方式将凸点改在载带自动键合的Cu箔引线图形指端制作，而不是在芯片的焊区（见图2-26），省去了芯片凸点的制作工艺。
图2-25 载带凸点与芯片键合互联的结构
图2-26 载带凸点实物图
转移凸点法制作载带凸点的工艺如图2-27所示。其基本工艺流程为：首先在玻璃基板上用选择掩模和导体层上镀Au的方法制作凸点；然后加压加热把凸点转移到载带的引线图形指端上。当键合互联时，带有引线图形指端凸点的载带直接与芯片的金属焊区进行内引线键合。
图2-27 转移凸点法制作载带凸点的工艺
6.内、外引线键合
1）内引线键合
内引线键合是指将半导体芯片与载带自动键合载带互联的工艺技术。通常采用热压焊的方法进行内引线键合。热压焊的焊接工具是由硬质或钻石制成的热电极。当芯片凸点是Au，而载带Cu箔引线也镀这类金属时，则一般用多点群压焊的方法进行内引线键合。键合过程在300～400℃的温度下进行，大约需要1s。
图2-28所示为内引线键合工艺原理。其具体工艺流程如下。
（1）对位：将具有附着层、经过测试和划片的硅大圆片置于内引线压焊机的承片台上，按设计的焊接程序将性能好的芯片置于卷绕在两个链齿轮上的载带引线图形下面，使载带引线图形与芯片凸点精密对位。
（2）焊接：热压工具下压和加热，使载带与芯片凸点键合，并保持设定时间。
（3）完成：抬起热压工具，焊机将压焊到载带上的芯片通过链齿轮步进卷绕到卷轴上，同时下一个载带引线图形也步进到焊接对应位置，进行下一循环。
2）外引线键合
外引线键合是指将载带与芯片基板互联的工艺技术。通常采用将载带引线终端压入基板焊盘上的焊膏或再流焊料金属中，以热电极焊接的方法进行键合，如图2-29所示。热电极是一个电热框架式电烙铁工具，焊接时将载带Cu引线压入再流焊料金属中并给电烙铁头提供能持续几秒钟的脉冲电压，以提供热量进行焊接，一个完整的周期需要10～20s。这一过程通常也称为脉冲焊接或热阻焊接。
热电极外引线键合的基本工艺流程为：①用专用剪切工具将已完成内引线键合、附有短Cu引线的芯片从载带上切除；②用专用弯曲工具将Cu引线弯曲，使得外层的终端在芯片的下面；③将芯片放在焊盘上涂覆有焊膏或再流焊料金属的电路基板上并正确对位；④用热电极焊接法进行引线键合，完成加热、加压、保持、冷却、卸压全过程。
图2-28 内引线键合工艺原理
图2-29 外引线键合
1.倒装芯片键合的方法与特点
倒装芯片键合也称倒装焊键合或倒装键合，它将芯片倒扣在封装基板上，通过芯片上的凸点直接与基板电极焊盘互联（见图2-30）。该工艺技术将芯片与基板的黏结、芯片压点与基板压点的内、外引线键合互联等工序合为一个工序完成。由于芯片通过凸点直接连接到基板和载体上，倒装芯片键合也可称为芯片直接贴装。
图2-30 倒装芯片键合示意图
在典型的倒装芯片键合封装中，芯片通过76.2～125μm（3～5mil）厚的焊料凸点连接到基板和载体上，并在底部填充材料用来保护焊料凸点（见图2-31），凸点材料采用Au、Cu、Al、Pb-Sn、Ag-Sn等。IBM公司于1960年研制开发出在芯片上制作凸点的倒装芯片键合焊接工艺技术至今，其应用面越来越广，目前全世界每年的倒装芯片键合消耗量超过60万片，且以约50％的速度增长。
图2-31 倒装芯片键合的基本结构
倒装芯片键合与传统的引线键合、载带自动键合相比，具有很多优点，如凸点与基板互联的短结构使信号传输互联线电阻、电容、电感更小，从而使其电性能更优、封装的电性能明显改善、信号延迟减小，能为高频元器件提供更完整的信号、更好的散热通道；采用阵列布置方法，I/O分布在芯片的整个表面，相对于焊盘周边型分布的引线键合、载带自动键合技术而言，具有更多的I/O数，并可借助于二次布线克服引线键合焊盘中心距极限的问题，从而满足芯片I/O数大幅度增长的需要，一般的倒装芯片键合焊盘可达数百个；同时其封装密度更高，相同的芯片具有更小的封装体积尺寸；倒装焊焊点和环氧填充结构牢固，具有更高的可靠性；批量的凸点生产还降低了成本；等等。
经验证明，对于I/O数为600以下的产品，采用引线键合技术一般可以满足产品的电性能、外形尺寸、可靠性和成本等要求；当键合焊盘周边排列达到引线键合或载带自动键合设备的极限，则其可靠性也就达到了下限，这时采用倒装焊技术可大幅度提升产品的性能、可靠性。
倒装芯片键合不足之处有：芯片很难测试，必须使用X射线检测设备检测不可见的焊点；凸点芯片适应性有限；操作夹持裸晶片较困难，组装工艺要求高，维修很困难；与SMT工艺相容性较差等。
2.倒装芯片键合工艺
倒装芯片键合的典型工艺流程为：利用半导体制作前道工艺的光刻及蒸发、电镀或丝网印刷的方式在芯片表面预先放置焊球形成凸点，然后翻转芯片使阵列排布的金属凸点一面朝下，借助于焊料等，将其与基板焊盘键合互联。为阻隔凸点金属（多为Sn-Pb合金）与芯片金属间的扩散，需要在形成凸点前在芯片表面制作凸点下金属化层（Under Bump Metallization，UBM）进行隔离。为增强芯片与基板的互联可靠性，部分产品还在芯片与基板及其凸点之间填充非导电材料。
为此，倒装芯片键合工艺有UBM的制作、金属凸点的制作、芯片倒装焊、底部填充与模塑等几个关键工序。
1）UBM的制作
为达到芯片凸点金属与芯片布线及钝化层的良好黏结，以及防止IMC的形成，一般需要在凸点金属下制备附着层（Cr、Ti、Ni、TiN）、扩散阻挡层（W、Mo、Ni）、焊接润湿层（Au、Cu、Pb-Sn）、氧化阻挡层（Au）等多层金属化结构。制作UBM的材料主要有Cr、Ni、V、Ti/W、Cu和Au等，通常采用的UBM结构有Cr-Cu/Cu/Au、A1/Ni/Cu等。其中，附着层及扩散阻挡层的典型厚度为0.15～0.2μm，焊接润湿层的典型厚度为1～5μm，氧化阻挡层的典型厚度为0.05～0.1μm。
制作UBM常用的方法有溅射、蒸发、电镀和化学镀等。其中，溅射工艺制作的UBM质量优于蒸发工艺制作的UBM；蒸发工艺制作的UBM质量优于电镀工艺制作的UBM；电镀工艺制作的UBM质量优于化学镀工艺制作的UBM。但溅射工艺的设备成本较高，而且生产效率也不及电镀和化学镀工艺。
2）金属凸点的类型
根据金属凸点制作材料来分，倒装芯片键合凸点大致可分为可控塌陷芯片互联（Controlled Collapse Chip Connection，C4）凸点（Pb-Sn焊料凸点）、Au凸点、Cu凸点、In凸点、Ni/Au凸点、Au/Sn凸点及聚合物凸点等类型。其中应用广泛的是C4凸点、Au凸点、Cu凸点、聚合物凸点。C4凸点应用面最广，Au凸点以其高稳定性和高可靠性而在要求高性能芯片上被普遍采用。同一类型金属凸点，产品的成型方式也不一定相同，如图2-32所示。
图2-32 金属凸点的几种成型方式
金属凸点的形状有多种，常用的金属凸点形状有球形、圆柱形、蘑菇形、方块形、钉头形等，如图2-33所示。
图2-33 常用的金属凸点形状
3）金属凸点的制作方法
常用的金属凸点制作方法主要有：蒸镀凸点制作法、电镀凸点制作法、焊膏印刷凸点制作法、钉头焊料凸点制作法、C4连接新工艺（C4NP）技术、激光植球、Cu柱凸点技术等。
目前应用较多的是电镀凸点制作法和焊膏印刷凸点制作法，这两种方法均可用于批量生产。电镀凸点制作法可以根据具体的产品，选择不同材料或结构的凸点来满足产品的应用需求，具有比较高的可靠性；焊膏印刷凸点制作法只适用于Pb-Sn类低温焊膏及引出端数相对较少、使用环境不是特别恶劣的产品。
4）芯片倒装焊
芯片倒装焊的方法有焊料焊接、热压焊接、热声焊接、导电胶连接等。
焊料焊接首先将焊料沉积在基板焊盘上，然后进行再流焊。对于细间距连接，焊料可通过电镀、焊料溅射或固体焊料等沉积方法；很黏的焊剂可通过直接涂覆到基板上或用芯片凸点浸入的方法来保证黏结；对于大间距（＞0.4mm）连接，可用基板印刷焊膏沉积方法。芯片凸点放置于沉积了焊膏或焊剂的基板焊盘上后，再流焊一般采用将整个基板浸入再流焊炉的方式进行。再流焊后一般还要进行焊剂残留物清洗，底部填充前测试等工序。
热压焊接是连接凸点芯片与层压基板的一种替代技术，通过施加一定时间的温度和压力形成焊点。各向异性导电胶和各向同性导电胶键合，以及晶圆级底部填充键合均可采用载带自动键合技术。采用热压焊接工艺要求芯片凸点为Au凸点之类的金属凸点，同时基板上要有一个可与凸点连接的金属表面，如Au或Al。当热压焊接时，时间和温度的联合作用为载带自动键合中凸点与焊盘键合提供了必要的能量，促进了各向异性导电胶中的化学反应并形成机械互锁，促进了各向同性导电胶热塑性和热固性反应，实现了晶圆级焊点互联以及下填料的流动和固化。对于Au凸点，一般连接温度在300℃左右，这样才能使材料充分软化，同时促进连接过程中的扩散作用。热压连接最合适的凸点材料是Au，凸点可以通过传统的电解镀金方法生成，或者采用钉头凸点方法。后者可以采用现成的引线键合设备和常用的凸点形成工艺制作。对于直径为80mm的凸点，热压压力可以达到1N。由于压力较大，温度也较高，这种工艺仅适用于刚性基底，如Al 2 O 3 或Si。另外，基板必须保证较高的平整度，热压头也要有较高的平行对准精度。为了避免半导体材料受到不必要的损害，施加压力时应有一定的梯度。
热声焊接是将超声能量通过一个可伸缩的探头从芯片的背部施加到连接区，从而产生焊接热量。超声波的引入使连接材料迅速软化，易于实现塑性变形。热声焊接的优点是可以降低连接温度，缩短加工处理的时间，扩大连接材料的选择范围；缺点是可能在硅片上形成小的凹坑，这主要是由于超声振动过强造成的。另外，该工艺需要综合考虑压力、温度、超声振动、平整性等，其系统设计较复杂。
导电胶连接是取代Sn-Pb焊料焊接的可行方法，它既保持了封装结构的轻薄，成本也没有显著增加，并有工艺简单、固化温度低、连接后无须清洗等优点。导电胶有各向异性和各向同性两类。各向异性导电胶是在膏状或薄膜状的热塑性环氧树脂中加入了一定含量的金属颗粒或金属涂覆的高分子颗粒；金属颗粒或高分子颗粒外的金属涂层一般为Au或Ni；在连接前，导电胶在各个方向上都是绝缘的，但是连接后它在垂直方向上导电。各向同性导电胶是一种膏状的高分子树脂（通常为环氧树脂），加入了一定含量的导电颗粒（通常为Ag），因此在各个方向上都可以导电。采用导电胶连接最适宜的凸点材料为Au。各向同性导电胶本身也可以作为凸点材料。
5）底部填充与模塑
（1）底部填充。
底部填充工艺包括3个阶段：预处理、布胶和固化。
预处理时，对层压基板进行烘烤排出湿气，以减少制程中和固化后的湿气残留。通常需在氮气氛围中进行烘烤，以免金属表面特别是Cu金属表面发生氧化。
布胶时，要求根据芯片尺寸对填充料的注射尺寸进行控制，可采用多种布胶方式，包括点形、线形以及L形布胶（见图2-34）。其中，L形布胶可同时提高产量和减少空洞。当点形布胶时，先将填充料点涂在芯片一侧，一段时间之后填充料发生毛细流动，然后在同一位置以相同的方式再次点涂填充料，重复该过程直至填充料从芯片底部四周溢出，最后再布胶形成倒角。当线形布胶时，沿着芯片长边涂覆填充料。同样，待填充料从芯片底部四周溢出后，才能布胶形成倒角。当L形布胶时，沿着芯片的一条长边和相邻短边连续涂覆填充料，直到填充料从芯片底部溢出，然后布胶形成倒角。完成芯片底部填充之后，需进行填充料倒角处理，通过改变倒角高度和形状对芯片边、角及高应力区提供适当的保护。在一般情况下，倒角布胶需避开初始布胶区域。
图2-34 常见的3种布胶形式
最后一步是填充料固化，通过建立固化曲线，使填充料在适当的时间和温度条件下充分进行聚合反应。固化温度的选取应使固化后的组件在室温下的翘曲最小。通过监测填充料固化过程中和室温下稳定后的芯片翘曲情况发现，固化过程中芯片翘曲最为严重，尤其对于无铅焊料更是如此。
完成上述3个工艺步骤之后，通常需对固化后的填充料进行检查。目检标准一般要求芯片四周必须具有连续的填充料倒角，倒角高度应至少达到芯片高度的一半，芯片角点处的倒角高度可以低一些，但不能暴露芯片角点的最低部分，倒角应从芯片边缘延伸至层压基板表面。芯片底部和其他位置的空洞情况通常采用超声波扫描显微镜进行无损检测。
（2）模塑。
模塑工艺包括两种通用技术：布胶筑坝及填充工艺、注塑工艺。
布胶筑坝及填充工艺采用与底部填充工艺相同的步骤：预处理、布胶和固化。预处理要求将层压基板在氮气氛围中进行烘烤以除去残留湿气，然后进行筑坝和填充，先将高黏度筑坝材料涂覆在模塑区域周围，再将低黏度填充料注入坝内，直至达到所要求的高度，最后对层压基板、筑坝以及填充料进行偏置加热，模塑材料一般同时固化。
注塑工艺需采用特殊工具生成所需的模塑区域形状和尺寸。首先将模塑材料注入模具中填充模具空腔，然后在可控的时间、温度和压力下使模塑材料固化，以减小芯片翘曲。与底部填充工艺一样，注塑时需小心谨慎，以免出现空洞等缺陷。
3.金属凸点制作典型工艺
1）蒸镀凸点典型工艺
（1）硅片溅射清洗：在沉积金属前去除氧化物或照相掩模，同时使得硅片钝化层以及焊盘表面具有一定粗糙度，以提高对UBM的结合力。
（2）金属掩模：为利于UBM以及凸点金属的沉积，常用带图样的钼金属掩模来覆盖硅片。金属掩模组件一般由背板、弹簧、金属模板以及夹子等构成，硅片被夹在背板与金属模板之间。
（3）UBM蒸镀：按顺序在硅片上蒸镀Cr层、Cr-Cu层、Cu层以及Au层。
（4）焊料蒸镀：在UBM表面蒸镀一层97Pb-3Sn或95Pb-5Sn，厚度为100～125mm，使其形成一个圆锥台形状。
（5）凸点成球：采用C4工艺，使凸点回流成球状。
2）电镀凸点典型工艺
（1）硅片清洗：方法和目的与蒸镀凸点典型工艺中的硅片溅射清洗相同。
（2）UBM沉积：在硅片上进行UBM沉积，典型的UBM材料层为Ti/W-Cu-Au。当高Sn基合金与Cu结合时，Sn会很快消耗Cu而破坏结构的完整性，于是往往在UBM的结构中以Ti/W作为结合层，其上再制作一层较厚的Cu润湿层，以形成微球或图钉帽结构。一般凸点总体高度为85～100mm时，微球高度为10～25mm。
（3）焊料的电镀：再次施加掩模，以电镀凸点；当凸点形成之后，剥离掩模。暴露在外的UBM在后续工序中被蚀刻。
（4）凸点成球：使凸点回流成球状。
3）焊膏印刷凸点典型工艺
Delco电子（DE）、倒装芯片技术（FCT）、朗讯等公司广泛使用将焊膏印刷成凸点的方法，以下是DE/FCT的基本工艺。
（1）硅片清洗：方法和目的与蒸镀凸点典型工艺中的硅片溅射清洗相同。
（2）UBM沉积：溅射Al、Ni、Cu 3层。
（3）图形蚀刻成型：在UBM上施用一定图样的掩模，蚀刻掉掩模以外的UBM，然后去除掩模，露出未被蚀刻掉UBM。
（4）焊膏印刷以及回流成球状。
4）钉头焊料凸点典型工艺
在钉头焊料凸点典型工艺中，一般均使用Au丝线或Pb基丝线，采用标准的导线键合的方法来形成凸点。其基本工艺步骤（见图2-35）为：①送线，加热；②成球；③键合；④脱离，截断。其过程与导线键合基本相同，唯一的差别就是：球在键合头形成之后就键合到焊盘上，其丝线马上从球顶端截断。这种方法要求UBM与使用的金属丝线相容。
图2-35 钉头焊料凸点基本工艺步骤
当形成这种钉头凸点后［见图2-36（a）］，通过回流或整形方法形成一个圆滑的形状［见图2-36（b）］，以获得一致的凸点高度。通常，这种凸点与导电胶或焊料配合使用以进行组装互联。
图2-36 整形前后的Au钉头凸点
5）C4NP工艺
C4NP是一种由IBM公司开发、SUSS MicroTec公司推向商品化的C4新连接工艺。此工艺首先是制作玻璃模具，在玻璃板上蚀刻出与晶圆上UBM焊盘相对应的微小空腔。当模具扫描到空腔时，利用填充头将焊料填入这些空腔。填充头包含一个熔融焊料存储器，焊料通过一个开口注入模具空腔中，空腔深度和直径决定了随后转移到晶圆上的焊锡凸点体积。接着，填充后的模具会被自动检查，将模具置于晶圆下方，并使空腔与晶圆上的UBM焊盘对准。然后将模具和晶圆在焊料熔点以上加热，并在甲酸蒸气中活化UBM焊盘和焊料表面，使两者相互接触。最后焊料形成焊球从模具转移至晶圆的UBM焊盘上，并实现润湿和固化，随后将晶圆与模具分离，清洗模具以重复利用。C4NP工艺流程如图2-37所示。
6）激光植球技术
激光植球技术是利用激光束局部加热代替再流焊批量加热PCB基板，实现焊球和焊盘结合的目的。通过分球机构将焊球送至喷嘴，利用气体的压力和激光束的辐射加热焊球，使焊球吸收能量后熔化喷射到焊盘上形成连接，如图2-38所示。加热过程中通常使用氮气作为辅助气体，因为氮气不仅可以加速焊球熔化，还可以喷射冲击焊盘的氧化膜使其破碎形成喷射连接，从而防止熔化的焊球再次氧化。目前微纳尺度的激光植球技术可以实现植球间距最小为300μm，焊点形成时间只需0.05～0.3s。
激光植球技术可以实现焊球直径为40～760μm的可靠性连接，但是激光植球技术在焊点制备的过程中也会出现焊球润湿不良、焊球凹陷、局部烧蚀等缺陷，造成焊点可靠性差。当焊球直径小于40μm时，激光植球技术受激光能量、焊接时间以及喷嘴的尺寸和结构等影响，使得激光植球的焊球质量差，且焊接成功率低。因此，激光植球技术的焊接质量不仅受加工工艺的影响，还受植球设备的影响，需要进一步地优化激光参数和改进激光植球设备。
图2-37 C4NP工艺流程
图2-38 激光植球技术的原理
7）Cu柱凸点技术
Cu的电导率和热导率要比Pb-Sn焊料高出10倍左右。在类似于功率元器件的应用中，当有大电流通过时，Cu柱凸点互联使用率更高。因此，对于细节距凸点，其尺寸减小导致电阻增大，Cu柱互联尤其重要。Cu柱的抗电迁移特性更优，因此对于无铅替代品，特别是小凸点尺寸、大电流的应用，Cu柱是颇具前景的候选对象。对于大直流电流密度的产品，如高密度互联与高功耗产品，电迁移对其影响巨大。随着电子产品结构尺寸的减小，电迁移的影响越发重要。Cu柱可视为较厚的UBM结构，能够减缓凸点与芯片焊盘界面的电流集聚效应。
Cu柱凸点以及Cu布线层通过在硫酸盐电镀槽中沉积制得，电镀槽中含有有机抑制剂和促进剂用以获得光亮且细粒度的Cu晶体，该方法专门为半导体产业而开发，但主要用于大马士革工艺。Cu柱不需要进行回流，因此可在不减小凸点高度的情况下制作具有高深宽比结构的细节距凸点。当与基板互联时，需在Cu柱或基板焊盘上涂覆一层焊锡。Cu柱凸点利用电镀法制得，其典型工艺流程如图2-39所示。
随着3D集成技术的发展，未来Cu沉积将引起更多的关注。在这些技术中，TSV技术将是重要一步，TSV一般也由Cu柱填充，如图2-40所示。利用深反应离子蚀刻方法对Si进行蚀刻是众所周知的工艺，常见于MEMS产业（博世工艺）。其主要工艺流程包括Si的钝化、Si通孔中沉积Cu种子层以及Cu填充工艺。
图2-39 电镀法制备Cu柱凸点的典型工艺流程
图2-40 TSV中的Cu柱截面形貌
8）其他凸点技术
除上述凸点技术外，还有许多新兴的凸点技术。例如，Bea等人论证了一种无须任何特殊设备和掩模工具的凸点制造方法—SBM（Solder Bump Maker）；Oppermann等人成功地通过电镀Ag-Au合金并结合Ag蚀刻的方法，在硅晶圆上制得了纳米多孔Au凸点；Park等人论证了一种倾斜导电凸点的制作工艺；Corsat等人采用压印技术制得了金字塔状的In和Au-Sn凸点；Soga等人利用碳纳米管凸点代替焊锡凸点实现倒装芯片互联。