培訓(xùn)教材-半導(dǎo)體封裝工藝簡(jiǎn)介130425

1、半半導(dǎo)導(dǎo)體體 Process FlowCustomer客客 戶戶IC DesignIC設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)Wafer Fab晶圓制造晶圓制造Wafer Probe晶圓測(cè)試晶圓測(cè)試Assembly& Test半導(dǎo)體半導(dǎo)體 封裝測(cè)試封裝測(cè)試SMTIC組裝組裝半導(dǎo)體半導(dǎo)體 Package （半導(dǎo)體的封裝形式）（半導(dǎo)體的封裝形式）Package-封裝體：封裝體：指芯片（指芯片（Die）和不同類(lèi)型的框架（）和不同類(lèi)型的框架（L/F）和塑封料（）和塑封料（EMC）形成的不同外形的封裝體。形成的不同外形的封裝體。半導(dǎo)體半導(dǎo)體 Package種類(lèi)很多，可以按以下標(biāo)準(zhǔn)分類(lèi)：種類(lèi)很多，可以按以下標(biāo)準(zhǔn)分類(lèi)： 按封裝材料

2、劃分為：按封裝材料劃分為： 金屬封裝、陶瓷封裝、塑料封裝金屬封裝、陶瓷封裝、塑料封裝 按照和按照和PCB板連接方式分為：板連接方式分為： PTH封裝和封裝和SMT封裝封裝 按照封裝外型可分為：按照封裝外型可分為： SOT、SOIC、TSSOP、QFN、QFP、BGA、CSP、TO等；等；半導(dǎo)體半導(dǎo)體 Package （半導(dǎo)體的封裝形式）（半導(dǎo)體的封裝形式） 按封裝材料劃分為：按封裝材料劃分為： 金屬封裝陶瓷封裝 塑料封裝金屬封裝主要用于軍工或航天技術(shù)，無(wú)金屬封裝主要用于軍工或航天技術(shù)，無(wú)商業(yè)化產(chǎn)品；商業(yè)化產(chǎn)品；陶瓷封裝優(yōu)于金屬封裝，也用于軍事產(chǎn)陶瓷封裝優(yōu)于金屬封裝，也用于軍事產(chǎn)品，占少量商業(yè)化

3、市場(chǎng)；品，占少量商業(yè)化市場(chǎng)；塑料封裝用于消費(fèi)電子，因?yàn)槠涑杀镜退芰戏庋b用于消費(fèi)電子，因?yàn)槠涑杀镜?，工藝?jiǎn)單，可靠性高而占有絕大部分，工藝簡(jiǎn)單，可靠性高而占有絕大部分的市場(chǎng)份額；的市場(chǎng)份額；半導(dǎo)體半導(dǎo)體 Package （半導(dǎo)體的封裝形式）（半導(dǎo)體的封裝形式） 按與按與PCB板的連接方式劃分為：板的連接方式劃分為： PTHSMTPTH-Pin Through Hole, 通孔式；通孔式；SMT-Surface Mount Technology，表面貼裝式。，表面貼裝式。目前市面上大部分半導(dǎo)體均采為目前市面上大部分半導(dǎo)體均采為SMT式的式的SMT半導(dǎo)體半導(dǎo)體 Package （半導(dǎo)體的封裝形式）（

4、半導(dǎo)體的封裝形式） 按封裝外型可分為：按封裝外型可分為： SOT 、QFN 、SOIC、TSSOP、QFP、BGA、CSP等；等； 決定封裝形式的兩個(gè)關(guān)鍵因素決定封裝形式的兩個(gè)關(guān)鍵因素: 封裝效率。芯片面積封裝效率。芯片面積/封裝面積，盡量接近封裝面積，盡量接近1:1； 引腳數(shù)。引腳數(shù)越多，越高級(jí)，但是工藝難度也相應(yīng)增加；引腳數(shù)。引腳數(shù)越多，越高級(jí)，但是工藝難度也相應(yīng)增加； 其中，其中，CSP由于采用了由于采用了Flip Chip技術(shù)和裸片封裝，達(dá)到了技術(shù)和裸片封裝，達(dá)到了 芯片面積芯片面積/封裝面積封裝面積=1:1，為目前最高級(jí)的技術(shù)；，為目前最高級(jí)的技術(shù)；封裝形式和工藝逐步高級(jí)和復(fù)雜封裝形

5、式和工藝逐步高級(jí)和復(fù)雜半導(dǎo)體半導(dǎo)體 Package （半導(dǎo)體的封裝形式）（半導(dǎo)體的封裝形式） QFNQuad Flat No-lead Package 四方無(wú)引腳扁平封裝四方無(wú)引腳扁平封裝 SOICSmall Outline IC 小外形小外形IC封裝封裝 TSSOPThin Small Shrink Outline Package 薄小外形封裝薄小外形封裝 QFPQuad Flat Package 四方引腳扁平式封裝四方引腳扁平式封裝 BGABall Grid Array Package 球柵陣列式封裝球柵陣列式封裝 CSPChip Scale Package 芯片尺寸級(jí)封裝芯片尺寸級(jí)封裝

6、半導(dǎo)體半導(dǎo)體 Package Structure（半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)圖）（半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)圖）TOP VIEWSIDE VIEWLead Frame 引線框架引線框架Gold Wire 金金 線線Die Pad 芯片焊盤(pán)芯片焊盤(pán)Epoxy 銀漿銀漿Mold Compound 環(huán)氧樹(shù)脂環(huán)氧樹(shù)脂Raw Material in Assembly(封裝原材料封裝原材料)【W(wǎng)afer】晶圓晶圓Raw Material in Assembly(封裝原材料封裝原材料)【Lead Frame】引線框架引線框架提供電路連接和提供電路連接和Die的固定作用；的固定作用；主要材料為銅，會(huì)在上面進(jìn)行鍍銀、主要材料為銅，會(huì)在上面進(jìn)行

7、鍍銀、 NiPdAu等材料；等材料；L/F的制程有的制程有Etch和和Stamp兩種；兩種；易氧化，存放于氮?dú)夤裰?，濕度小易氧化，存放于氮?dú)夤裰?，濕度?于于40%RH;除了除了BGA和和CSP外，其他外，其他Package都會(huì)采用都會(huì)采用Lead Frame， BGA采用的是采用的是Substrate；Raw Material in Assembly(封裝原材料封裝原材料)【W(wǎng)ire】鍵合絲鍵合絲實(shí)現(xiàn)芯片和外部引線框架的電性和物實(shí)現(xiàn)芯片和外部引線框架的電性和物 理連接；理連接；金線采用的是金線采用的是99.99%的高純度金；的高純度金；同時(shí)，出于成本考慮，目前有采用銅同時(shí)，出于成本考慮，目前

8、有采用銅 線和鋁線工藝的。優(yōu)點(diǎn)是成本降低，線和鋁線工藝的。優(yōu)點(diǎn)是成本降低， 同時(shí)工藝難度加大，良率降低；同時(shí)工藝難度加大，良率降低；線徑?jīng)Q定可傳導(dǎo)的電流；線徑?jīng)Q定可傳導(dǎo)的電流；0.8mil， 1.0mil，1.3mils，1.5mils和和2.0mils；Raw Material in Assembly(封裝原材料封裝原材料)【Mold Compound】塑封料塑封料/環(huán)氧樹(shù)脂環(huán)氧樹(shù)脂主要成分為：環(huán)氧樹(shù)脂及各種添加劑（固化劑，改性劑，脫主要成分為：環(huán)氧樹(shù)脂及各種添加劑（固化劑，改性劑，脫 模劑，染色劑，阻燃劑等）；模劑，染色劑，阻燃劑等）；主要功能為：在熔融狀態(tài)下將主要功能為：在熔融狀態(tài)下將D

9、ie和和Lead Frame包裹起來(lái)，包裹起來(lái)， 提供物理和電氣保護(hù)，防止外界干擾；提供物理和電氣保護(hù)，防止外界干擾；存放條件：零下存放條件：零下5保存，常溫下需回溫保存，常溫下需回溫24小時(shí)；小時(shí)；Raw Material in Assembly(封裝原材料封裝原材料)成分為環(huán)氧樹(shù)脂填充金屬粉末（成分為環(huán)氧樹(shù)脂填充金屬粉末（Ag）；）；有三個(gè)作用：將有三個(gè)作用：將Die固定在固定在Die Pad上；上； 散熱作用，導(dǎo)電作用；散熱作用，導(dǎo)電作用；-50以下存放，使用之前回溫以下存放，使用之前回溫24小時(shí)小時(shí)；【Epoxy】銀漿銀漿/焊料焊料Typical Assembly Process Fl

10、owFOL/前段前段EOL/中段中段Plating/電鍍電鍍EOL/后段后段Final Test/測(cè)試測(cè)試FOL Front of Line前段工藝前段工藝BackGrinding磨片磨片WaferWafer Mount晶圓貼膜晶圓貼膜Wafer Saw晶圓劃片晶圓劃片Wafer Wash劃片后清洗劃片后清洗Die Attach芯片裝片芯片裝片Epoxy Cure銀漿固化銀漿固化Wire Bond引線鍵合引線鍵合2nd Optical第二道光檢第二道光檢3rd Optical第三道光檢第三道光檢EOLFOL Back Grinding背面減薄背面減薄Taping粘膠帶粘膠帶BackGrindi

11、ng磨片磨片De-Taping去膠帶去膠帶將從晶圓廠出來(lái)的將從晶圓廠出來(lái)的Wafer進(jìn)行背面研磨，來(lái)減薄晶圓達(dá)到進(jìn)行背面研磨，來(lái)減薄晶圓達(dá)到 封裝需要的厚度（封裝需要的厚度（8mils10mils）；）；磨片時(shí)，需要在正面（磨片時(shí)，需要在正面（Active Area）貼膠帶保護(hù)電路區(qū)域）貼膠帶保護(hù)電路區(qū)域 同時(shí)研磨背面。研磨之后，去除膠帶，測(cè)量厚度；同時(shí)研磨背面。研磨之后，去除膠帶，測(cè)量厚度；FOL Wafer Saw晶圓劃片晶圓劃片Wafer Mount晶圓貼膜晶圓貼膜Wafer Saw晶圓劃片晶圓劃片Wafer Wash劃片后清洗劃片后清洗將晶圓粘貼在藍(lán)膜（將晶圓粘貼在藍(lán)膜（Mylar）上

12、，使得即使被切割開(kāi)后，不會(huì)散落；）上，使得即使被切割開(kāi)后，不會(huì)散落；通過(guò)通過(guò)Saw Blade將整片將整片Wafer切割成一個(gè)個(gè)獨(dú)立的切割成一個(gè)個(gè)獨(dú)立的Dice，方便后面的，方便后面的 Die Attach等工序；等工序；Wafer Wash主要清洗主要清洗Saw時(shí)候產(chǎn)生的各種粉塵，清潔時(shí)候產(chǎn)生的各種粉塵，清潔Wafer；FOL Wafer Saw晶圓劃片晶圓劃片Wafer Saw MachineSaw Blade(切割刀片切割刀片)：Life Time：9001500M；Spindlier Speed：3050K rpm：Feed Speed：3050/s;FOL 2nd Optical I

13、nspection二光檢查二光檢查主要是針對(duì)主要是針對(duì)Wafer Saw之后在顯微鏡下進(jìn)行之后在顯微鏡下進(jìn)行Wafer的外觀檢查，是否有的外觀檢查，是否有出現(xiàn)廢品出現(xiàn)廢品。Chipping Die 崩崩 邊邊FOL Die Attach 芯片裝片芯片裝片Write Epoxy點(diǎn)銀漿點(diǎn)銀漿/焊料焊料Die Attach芯片裝片芯片裝片Epoxy Cure銀漿固化銀漿固化Epoxy Storage：零下零下50度存放；度存放；Epoxy Aging：使用之前回溫，除使用之前回溫，除去氣泡；去氣泡；Epoxy Writing：點(diǎn)銀漿于點(diǎn)銀漿于L/F的的Pad上，上，Pattern可選可選；FOL D

14、ie Attach 芯片裝片芯片裝片芯片拾取過(guò)程：芯片拾取過(guò)程：1、Ejector Pin從從wafer下方的下方的Mylar頂起芯片，使之便于頂起芯片，使之便于 脫離藍(lán)膜；脫離藍(lán)膜；2、Collect/Pick up head從上方吸起芯片，完成從從上方吸起芯片，完成從Wafer 到到L/F的運(yùn)輸過(guò)程；的運(yùn)輸過(guò)程；3、Collect以一定的力將芯片以一定的力將芯片Bond在點(diǎn)有銀漿的在點(diǎn)有銀漿的L/F 的的Pad上，具體位置可控；上，具體位置可控；4、Bond Head Resolution： X-0.2um；Y-0.5um；Z-1.25um；5、Bond Head Speed：1.3m/s

15、；FOL Die Attach 芯片裝片芯片裝片Epoxy Write：Coverage 75%;Die Attach：Placement99.95%的高純的高純 度的錫（度的錫（Tin），為目前普遍采用的技術(shù)，符合），為目前普遍采用的技術(shù)，符合 Rohs的要求；的要求； Tin-Lead：鉛錫合金。：鉛錫合金。Tin占占85%，Lead占占 15%，由于不符合，由于不符合Rohs，目前基本被淘汰；，目前基本被淘汰；EOL Post Annealing Bake（純錫固化）（純錫固化）目的：目的： 讓無(wú)鉛電鍍后的產(chǎn)品在高溫下烘烤一段時(shí)間，目的在于讓無(wú)鉛電鍍后的產(chǎn)品在高溫下烘烤一段時(shí)間，目的在于

16、 消除電鍍層潛在的晶須生長(zhǎng)（消除電鍍層潛在的晶須生長(zhǎng)（Whisker Growth）的問(wèn)題）的問(wèn)題;條件：條件： 150+/-5C; 2Hrs；晶須晶須晶須，又叫晶須，又叫Whisker，是指錫，是指錫在長(zhǎng)時(shí)間的潮濕環(huán)在長(zhǎng)時(shí)間的潮濕環(huán)境和溫度變化環(huán)境境和溫度變化環(huán)境下生長(zhǎng)出的一種須下生長(zhǎng)出的一種須狀晶體，可能導(dǎo)致?tīng)罹w，可能導(dǎo)致產(chǎn)品引腳的短路產(chǎn)品引腳的短路。EOL Laser Mark（打?。ù蛴。┰诋a(chǎn)品（在產(chǎn)品（Package）的正面或者背面）的正面或者背面激光刻字。內(nèi)容有：產(chǎn)品名稱，生產(chǎn)激光刻字。內(nèi)容有：產(chǎn)品名稱，生產(chǎn)日期，生產(chǎn)批次等；日期，生產(chǎn)批次等；BeforeAfterEOL Trim&Form（切筋成型）（切筋成型）Trim：將一條片的：將一條片的Lead Frame切割成單獨(dú)的切割成單獨(dú)的Unit（IC）的過(guò)程；）的過(guò)程；Form：對(duì)：對(duì)Trim后的后的IC產(chǎn)品進(jìn)行引腳成型，達(dá)到工藝需要求的形狀，產(chǎn)品進(jìn)行引腳成型，達(dá)到工藝需要求的形狀， 并放置進(jìn)并放置進(jìn)Tube或者或者Tray盤(pán)中；盤(pán)中；EOL Trim&Form（切筋成型）（切筋成型）Cut