在重熔钎焊方法中，超声波钎焊可以作为一种无钎剂软钎焊方法。钎料池中的超声能量可以去除金属表面的氧化物和污染物[29]。铝和不锈钢需要具有很强活性和腐蚀性的钎剂，才能通过超声钎焊实现键合。采用机械摩擦的方式破坏氧化物膜，实现辅助倒装芯片键合。在传统的热超声键合方式中，已经取得了一些成功[30-36]。图13.15为典型的超声倒装芯片键合系统，其由超声发生器、转换器和悬臂构成。基板温度、键合负载和超声功率及时间是用来优化超声倒装芯片键合工艺的主要参数。
图13.15 超声键合系统示意图
超声键合的原理还没有被完全理解，但我们知道芯片与基板通过键合载荷实现接触，芯片在基板表面经受强烈的振动。通过振动将键合界面处的表面氧化膜和污染物破坏和去除。新鲜的钎料和UBM金属表面在振动的作用下暴露出来，从而实现两个新鲜表面的键合[37]。过大的键合载荷将限制超声振动的振幅，以及两工件之间的相对运动。已有报道在热超声键合Au凸点应用中观察到了类似的结果[32，36]。延长键合时间会导致已键合接头由于疲劳造成键合失效。
Sn-3.5Ag倒装芯片凸点的键合强度会受到键合参数的影响（如图13.16所示[37]）。键合强度与键合温度呈正比例增长。在低于Sn-3.5Ag钎料熔点（221℃）条件下，采用超声波键合芯片的剪切强度是很高的。图13.16b为在25W的键合功率条件下，键合载荷与芯片剪切强度之间的关系。在键合载荷为0.8N/凸点的情况下，芯片的剪切强度高达50gf，但键合载荷在超过1.0N/凸点的情况下却开始下降。图13.16c展示了芯片剪切强度变化与键合功率之间的关系，表明强摩擦会提高键合强度。随着超声功率的增加，芯片键合强度也随之增长。(www.xing528.com)
作为一种无钎剂软钎焊方法，超声有着在低温条件下实现芯片键合的优势。因此，超声键合对高操作温度敏感型倒装芯片器件是十分有用的。然而，在超声键合过程中，键合区域还保持固相状态[38]，其他倒装芯片键合过程中的自对准现象并不会出现。因此，在电子产品生产中，如需得到良好键合质量的芯片与基板，就要进行更精确的放置。
图13.16 超声键合参数对Sn-3.5Ag倒装芯片凸点键合强度的影响
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