集成電路芯片封裝技術(shù)第2章ppt課件

1、第二章 封裝工藝流程dreamtower1632.1.1 為什么要學(xué)習(xí)封裝工藝流程 熟習(xí)封裝工藝流程是認(rèn)識(shí)封裝技術(shù)的前提，是進(jìn)展封裝設(shè)計(jì)、制造和優(yōu)化的根底。芯片封裝和芯片制造不在同一工廠完成 它們能夠在同一工廠不同的消費(fèi)區(qū)、或不同的地域，甚至在不同的國家。許多工廠將消費(fèi)好的芯片送到幾千公里以外的地方去做封裝。芯片普通在做成集成電路的硅片上進(jìn)展測(cè)試。在測(cè)試中，先將有缺陷的芯片打上記號(hào)打一個(gè)黑色墨點(diǎn)，然后在自動(dòng)拾片機(jī)上分辨出合格的芯片。第二章 封裝工藝流程2.1.2 封裝工藝流程概略 流程普通可以分成兩個(gè)部分：在用塑料封裝之前的工序稱為前段工序，在成型之后的操作稱為后段工序。成型工序是在凈化環(huán)境中

2、進(jìn)展的，由于轉(zhuǎn)移成型操作中機(jī)械水壓機(jī)和預(yù)成型品中的粉塵到達(dá)1000級(jí)以上空氣中0.3m粉塵達(dá)1000個(gè)/m3以上。 如今大部分運(yùn)用的封裝資料都是高分子聚合物，即所謂的塑料封裝。第二章 封裝工藝流程概述硅片減薄芯片互連硅片切割芯片帖裝成型技術(shù)打碼去飛邊毛刺上焊錫切筋成型芯片封裝技術(shù)一級(jí)2.2 芯片切割 2.2.1、為什么要減薄 半導(dǎo)體集成電路用硅片4吋厚度為520m，6吋厚度為670m。這樣就對(duì)芯片的切分帶來困難。因此電路層制造完成后，需求對(duì)硅片反面進(jìn)展減薄，使其到達(dá)所需求的厚度，然后再進(jìn)展劃片加工，構(gòu)成一個(gè)個(gè)減薄的裸芯片。第二章 封裝工藝流程2.2.2減薄工藝 硅片反面減技術(shù)主要有： 磨削、研

3、磨、化學(xué)拋光 干式拋光、電化學(xué)腐蝕、濕法腐蝕 等離子加強(qiáng)化學(xué)腐蝕、常壓等離子腐蝕等第二章 封裝工藝流程 減薄厚硅片粘在一個(gè)帶有金屬環(huán)或塑料框架的薄膜常稱為藍(lán)膜上，送到劃片機(jī)進(jìn)展劃片。如今劃片機(jī)都是自動(dòng)的，機(jī)器上配備激光或金鋼石的劃片刀具。切割分部分劃片不劃究竟，留有殘留厚度和完全分割劃片。對(duì)于部分劃片，用頂針頂力使芯片完全分別。劃片時(shí)，邊緣或多或少會(huì)存在微裂紋和凹槽這取決于刀具的刃度。這樣會(huì)嚴(yán)重影響芯片的碎裂強(qiáng)度。2.2.2減薄工藝 先劃片后減薄和減薄劃片兩種方法第二章 封裝工藝流程 DBG(dicing before grinding) 在反面磨削之前，將硅片的正面切割出一定深度的切口，然后

4、再進(jìn)展磨削。 DBT(dicing by thinning) 在減薄之前先用機(jī)械的或化學(xué)的方法切割出一定深度的切口，然后用磨削方法減薄到一定厚度后，采用常壓等離子腐蝕技術(shù)去除掉剩余加工量。 這兩種方法都很好地防止了或減少了減薄引起的硅片翹曲以及劃片引起的邊緣損害，大大加強(qiáng)了芯片的抗碎才干。芯片切割DBG法先劃片后減薄第二章 封裝工藝流程芯片貼裝die mount/bonding/attachment)目的：實(shí)現(xiàn)芯片與底座chip carrier的銜接.要求：機(jī)械強(qiáng)度化學(xué)性能穩(wěn)定導(dǎo)電、導(dǎo)熱熱匹配可操作性第二章 封裝工藝流程2.3 芯片貼裝 芯片貼裝，也稱芯片粘貼，是將芯片固定于封裝基板或引腳架芯

5、片的承載座上的工藝過程。 第二章 封裝工藝流程共晶粘貼法焊接粘貼法導(dǎo)電膠粘貼法玻璃膠粘貼法貼裝方式2.3.1共晶粘貼法 普通工藝方法 陶瓷基板芯片座上鍍金膜-將芯片放置在芯片座上-熱氮?dú)夥罩蟹姥趸訜岵⑹拐迟N外表產(chǎn)生摩擦去除粘貼外表氧化層-約425時(shí)出現(xiàn)金-硅反響液面，液面挪動(dòng)時(shí)，硅逐漸分散至金中而構(gòu)成嚴(yán)密結(jié)合。第二章 封裝工藝流程 優(yōu)點(diǎn)：金-硅共晶焊接機(jī)械強(qiáng)度高、熱阻小、穩(wěn)定性好、可靠性高,高溫性能好，不脆化。 缺陷：消費(fèi)效率低，不順應(yīng)高速自動(dòng)化消費(fèi)。2.3.1共晶粘貼法 預(yù)型片法，此方法適用于較大面積的芯片粘貼。優(yōu)點(diǎn)是可以降低芯片粘貼時(shí)孔隙平整度不佳而呵斥的粘貼不完全的影響。第二章 封裝工

6、藝流程2.3.2 焊接粘貼法 焊接粘貼法是利用合金反響進(jìn)展芯片粘貼的方法。優(yōu)點(diǎn)是熱傳導(dǎo)性好。普通工藝方法 將芯片反面淀積一定厚度的Au或Ni，同時(shí)在焊盤上淀積Au-Pd-Ag和Cu的金屬層。然后利用合金焊料將芯片焊接在焊盤上。焊接工藝應(yīng)在熱氮?dú)饣蚰芊乐寡趸臍夥罩羞M(jìn)展。 第二章 封裝工藝流程所用資料 硬質(zhì)焊料：金-硅、金-錫、金鍺； 塑變應(yīng)力高，抗疲勞抗?jié)撟兲匦院?軟質(zhì)焊料：鉛-錫、鉛-錫-銦.2.3.3 導(dǎo)電膠粘貼法 導(dǎo)電膠是銀粉與高分子聚合物環(huán)氧樹脂的混合物。銀粉起導(dǎo)電作用，而環(huán)氧樹脂起粘接作用。第二章 封裝工藝流程導(dǎo)電膠有三種配方：1各向同性資料，能沿一切方導(dǎo)游電。2導(dǎo)電硅橡膠，能起到使

7、器件與環(huán)境隔絕，防止水、汽對(duì)芯片的影響，同時(shí)還可以屏蔽電磁干擾。3各向異性導(dǎo)電聚合物，電流只能在一個(gè)方向流動(dòng)。在倒裝芯片封裝中運(yùn)用較多。無應(yīng)力影響。三種導(dǎo)電膠的特點(diǎn)是：化學(xué)接合、具有導(dǎo)電功能。導(dǎo)電膠貼裝工藝第二章 封裝工藝流程膏狀導(dǎo)電膠： 用針筒或注射器將粘貼劑涂布到芯片焊盤上不能太接近芯片外表，否那么會(huì)引起銀遷移景象，然后用自動(dòng)拾片機(jī)機(jī)械手將芯片準(zhǔn)確地放置到焊盤的粘貼劑上，在一定溫度下固化處置150 1小時(shí)或186半小時(shí)。固體薄膜： 將其切割成適宜的大小放置于芯片與基座之間，然后再進(jìn)展熱壓接合。采用固體薄膜導(dǎo)電膠能自動(dòng)化大規(guī)模消費(fèi)。 導(dǎo)電膠粘貼法的缺陷是熱穩(wěn)定性不好，高溫下會(huì)引起粘接可靠度下

8、降，因此不適宜于高可靠度封裝。玻璃膠粘貼法 與導(dǎo)電膠類似，玻璃膠也屬于厚膜導(dǎo)體資料后面我們將引見。不過起粘接作用的是低溫玻璃粉。它是起導(dǎo)電作用的金屬粉Ag、Ag-Pd、Au、Cu等與低溫玻璃粉和有機(jī)溶劑混合，制成膏狀。優(yōu)點(diǎn)：所得芯片封裝無空隙、熱穩(wěn)定性優(yōu)良、低結(jié)合應(yīng)力以及濕氣含量低；缺陷：有機(jī)成分與溶劑必需除去，否那么危害可靠性。 第二章 封裝工藝流程 在芯片粘貼時(shí)，用蓋印、絲網(wǎng)印刷、點(diǎn)膠等方法將膠涂布于基板的芯片座中，再將芯片置放在玻璃膠之上，將基板加溫到玻璃熔融溫度以上即可完成粘貼。由于完成粘貼的溫度要比導(dǎo)電膠高得多，所以它只適用于陶瓷封裝中。在降溫時(shí)要控制降溫速度，否那么會(huì)呵斥應(yīng)力破壞，

9、影響可靠度。2.4 芯片互連 芯片互連是將芯片焊區(qū)與電子封裝外殼的I/O引線或基板上的金屬焊區(qū)相銜接。 芯片互連常見的方法：第二章 封裝工藝流程打線鍵合WB wire bonding倒裝芯片鍵合(FCB flip chip bonding，C4)載帶自動(dòng)鍵合TAB tape automate bonding 這三種銜接技術(shù)對(duì)于不同的封裝方式和集成電路芯片集成度的限制各有不同的運(yùn)用范圍。 打線鍵適宜用引腳數(shù)為3-257；載帶自動(dòng)鍵合的適用引腳數(shù)為12-600；倒裝芯片鍵適宜用的引腳數(shù)為6-16000?？梢奀4適宜于高密度組裝。2.4.1 打線鍵合技術(shù)第二章 封裝工藝流程打線鍵合技術(shù)超聲波鍵合Ul

10、trasonic Bonding ,U/S bonding熱壓鍵合Thermocompression Bonding T/C bonding熱超聲波鍵合Thermosonic Bonding,T/S bonding 提供能量破壞被焊外表的氧化層和污染物，使焊區(qū)金屬產(chǎn)生塑性變形，使得引線與被焊面嚴(yán)密接觸，到達(dá)原子間引力范圍并導(dǎo)致界面間原子分散而構(gòu)成焊合點(diǎn)。 引線鍵合鍵合接點(diǎn)外形主要有楔形和球形，兩鍵合接點(diǎn)外形可以一樣或不同。WB技術(shù)作用機(jī)理 球形鍵合 第一鍵合點(diǎn) 第二鍵合點(diǎn) 楔形鍵合 第一鍵合點(diǎn) 第二鍵合點(diǎn) 2.4.1 打線鍵合技術(shù)引見1超聲波鍵合第二章 封裝工藝流程優(yōu)點(diǎn)： 鍵合點(diǎn)尺寸小，繚繞高

11、度低，適宜于鍵合點(diǎn)間距小、密度高的芯片銜接。缺陷： 一切的連線必需沿繚繞方向陳列這不能夠，因此在連線過程中要不斷改動(dòng)芯片與封裝基板的位置再進(jìn)展第2根引線的鍵合。從而限制了打線速度。2.4.1 打線鍵合技術(shù)引見2熱壓鍵合第二章 封裝工藝流程 先將金屬線穿過毛細(xì)管狀的鍵合工具稱為瓷嘴或焊針，該工具是由碳化鎢或氧化鋁等耐高溫資料制成；然后再電子點(diǎn)火或氫焰將金屬線燒斷并利用熔融金屬的外表張力作用使線的末端灼燒成球直徑約為金屬線直徑的2-3倍，鍵合工具再將金屬球壓至曾經(jīng)預(yù)熱到150-250的第一金屬焊墊上進(jìn)展球形鍵合。 此時(shí)球形鍵合點(diǎn)受壓稍有變形，其目的 一是添加鍵合面積， 二是穿破外表氧化層，以構(gòu)成嚴(yán)

12、密鍵合。球形鍵合完成后，鍵合工具升起并引導(dǎo)金屬線至第二鍵合點(diǎn)上進(jìn)展楔形接合不需燒成金屬球，而是將金屬線直接壓到焊區(qū)上。 由于鍵合工具頂端是圓錐形的，所以得到的焊點(diǎn)通常為新月狀。 由于熱壓焊是在高溫下進(jìn)展的，通常運(yùn)用的金屬線為金線抗氧化性強(qiáng)。為降低本錢有時(shí)也用鋁線。鋁線的2個(gè)焊接點(diǎn)是楔形的。緣由是鋁線不易在線的末端灼燒成球。3熱超聲波鍵合 熱超聲波鍵合是熱壓鍵合與超聲波鍵合的混合技術(shù)。在工藝過程中，先在金屬線末端成球，再運(yùn)用超聲波脈沖進(jìn)展金屬線與金屬接墊之間的接合。 此過程中接合工具不被加熱，僅給接合的基板加熱(溫度維持在100-150)。其目的是抑制鍵合界面的金屬間化合物類似于化學(xué)鍵，金屬原子

13、的價(jià)電子構(gòu)成鍵的生長(zhǎng)，和降低基板高分子資料因高溫產(chǎn)生形變。第二章 封裝工藝流程 不同鍵合方法采用的鍵合資料也有所不同： 熱壓鍵合和金絲球鍵合主要選用金Au絲，超聲鍵合那么主要采用鋁Al絲和Si-Al絲Al-Mg-Si、Al-Cu等 鍵合金絲是指純度約為99.99，線徑為l850m的高純金合金絲，為了添加機(jī)械強(qiáng)度，金絲中往往參與鈹(Be)或銅。 WB線材及其可靠度打線鍵合技術(shù)(WB)影響要素： 金鋁金屬間化合物AuAl2或Au5Al2)是主因； 線材、鍵合點(diǎn)與金屬間化合物之間的交互分散產(chǎn)生的孔洞； 其他，鍵合點(diǎn)金屬化工藝與封裝資料之間的反響，亦可生成金屬間化合物。2.4.2 載帶自動(dòng)鍵合技術(shù)第二

14、章 封裝工藝流程 載帶自動(dòng)健合技術(shù)是在類似于膠片的柔性載帶粘結(jié)金屬薄片，像電影膠片一樣卷在一帶卷上，載帶寬度8-70mm。在其特定的位置上開出一個(gè)窗口。窗口為蝕刻出一定的印刷線路圖形的金屬箔片。 引線排從窗口伸出，并與載帶相連，載帶邊上有供傳輸帶用的齒輪孔。 當(dāng)載帶卷轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，載帶依托齒孔往前運(yùn)動(dòng)，使帶上的窗口準(zhǔn)確對(duì)準(zhǔn)帶下的芯片。再利用熱壓模將導(dǎo)線排準(zhǔn)確鍵合到芯片上?？梢奣AB技術(shù)與普通的壓絲引線技術(shù)不同。 后者的特點(diǎn)是將一根、一根的引線先后分立的快速的鍵合到搭接片上。TAB技術(shù)中內(nèi)引線鍵合后還要作后道工序，包括電學(xué)測(cè)試、通電老化，外引線鍵合、切下，最后進(jìn)展封裝工藝。過去，TAB技術(shù)不受注重的緣

15、由：1TAB技術(shù)初始投資大；2開場(chǎng)時(shí)TAB工藝設(shè)備不易買到，而傳統(tǒng)的引線工藝已得到充分的開展，且其消費(fèi)設(shè)備也容易買到；3有關(guān)TAB技術(shù)資料和信息少。但是隨著芯片信息容量及隨之而來的引腳數(shù)的添加，傳統(tǒng)的分立引線工藝顯得力不從心。為降低引線本錢的需求，TAB技術(shù)越來越遭到人們的青睞，促使許多半導(dǎo)體廠家積極開發(fā)研討。第二章 封裝工藝流程TAB技術(shù)較之常用的引線工藝的優(yōu)點(diǎn)：1TAB構(gòu)造輕、薄、短、小，封裝高度1mm2TAB電極尺寸、電極與焊區(qū)間距較之WB小3TAB包容I/O引腳數(shù)更多，安裝密度高4TAB引線電阻、電容、電感小，有更好的電性能5可對(duì)裸芯片進(jìn)展挑選和測(cè)試6采用Cu箔引線，導(dǎo)電導(dǎo)熱好，機(jī)械強(qiáng)

16、度高7TAB鍵合點(diǎn)抗鍵合拉力比WB高3-10倍8TAB采用規(guī)范化卷軸長(zhǎng)帶，對(duì)芯片實(shí)行多點(diǎn)一次焊接，自動(dòng)化程度高第二章 封裝工藝流程TAB技術(shù)分類 TAB按其構(gòu)造和外形可分為：Cu箔單層帶、Cu-PI雙層帶、Cu-粘接劑-PI三層帶和Cu-PI-Cu雙金屬帶等四種。2.4.2 載帶自動(dòng)鍵合技術(shù)TAB技術(shù)的關(guān)鍵資料 基帶資料：要求耐高溫，與金屬箔粘貼性好，熱匹配性好，抗化學(xué)腐蝕性強(qiáng)，機(jī)械強(qiáng)度高，吸水率低。例如，聚酰亞胺PI、聚乙烯對(duì)本二甲酸脂PET和苯并環(huán)丁烯BCB TAB金屬資料：要求導(dǎo)電性能好，強(qiáng)度高，延展性、外表平滑性良好，與各種基帶粘貼結(jié)實(shí)，不易剝離，易于用光刻法制造出精細(xì)復(fù)雜的圖形，易電

17、鍍Au、Ni、Pb/Sn焊接資料，例如，Al、Cu。 芯片凸點(diǎn)金屬資料：普通包括金屬Au、Cu、Au/Sn、Pd/Sn。第二章 封裝工藝流程2.4.2 載帶自動(dòng)鍵合技術(shù)TAB的關(guān)鍵技術(shù) 芯片凸點(diǎn)制造技術(shù) TAB載帶制造技術(shù) 載帶引線與芯片凸點(diǎn)的內(nèi)引線焊接和載帶外引線焊接技術(shù)第二章 封裝工藝流程2.4.2 載帶自動(dòng)鍵合技術(shù) TAB的關(guān)鍵技術(shù)-芯片凸點(diǎn)制造技術(shù)第二章 封裝工藝流程 IC芯片制造完成后其外表均鍍有鈍化維護(hù)層，厚度高于電路的鍵合點(diǎn)，因此必需在IC芯片的鍵合點(diǎn)上或TAB載帶的內(nèi)引線前端先長(zhǎng)成鍵合凸塊才干進(jìn)展后續(xù)的鍵合，通常TAB載帶技術(shù)也據(jù)此區(qū)分為凸塊化載帶與凸塊化芯片TAB兩大類。 凸

18、塊式載帶TAB；單層載帶可配合銅箔引腳的刻蝕制成凸塊，在雙層與三層載帶上，由于蝕刻的工藝容易致導(dǎo)帶變形，而使未來鍵合發(fā)生對(duì)位錯(cuò)誤，因此雙層與三層載帶較少運(yùn)用于凸塊載帶TAB的鍵合。凸塊式芯片TAB，先將金屬凸塊長(zhǎng)成于IC芯片的鋁鍵合點(diǎn)上，再與載帶的內(nèi)引腳鍵合。預(yù)先長(zhǎng)成的凸塊除了提供引腳所需求的金屬化條件外，可防止引腳與IC芯片間能夠發(fā)生短路，但制造長(zhǎng)有凸塊的芯片是TAB工藝最大的困難。2.4.2 載帶自動(dòng)鍵合技術(shù) 芯片凸點(diǎn)制造技術(shù) 凸點(diǎn)因外形不同可分為兩種第二章 封裝工藝流程 蘑菇狀凸點(diǎn)普通用光刻膠做掩膜制造，電鍍時(shí)，光刻膠以上凸點(diǎn)除了繼續(xù)升高以外，還橫向開展，凸點(diǎn)越來越高，橫向也越來越大，所

19、以凸點(diǎn)外形像蘑菇。隨著橫向開展電鍍電流密度的不均勻性使得最終得到的凸點(diǎn)頂部成凹形，且凸點(diǎn)的尺寸也難以控制。 直狀凸點(diǎn)制造是運(yùn)用厚膜抗腐蝕劑做掩膜，掩膜的厚度與要求的凸點(diǎn)高度一致，所以一直電流密度均勻，凸點(diǎn)的平面是平整的。金凸塊制造的傳統(tǒng)工藝金凸塊制造的傳統(tǒng)工藝: 第一步，對(duì)芯片進(jìn)展清潔處置 第二步，經(jīng)過真空濺散的方法，在芯片鍵合的上外表構(gòu)成粘著層和阻撓層。粘著層提供IC芯片上的鋁鍵合點(diǎn)與凸塊間良好的鍵合力與低的接觸電阻特性。常用的資料是Ti、Cr、和Al，這幾種金屬的與鋁和氧化硅的粘著性很好。分散阻撓層的作用是阻止芯片上的鋁與凸塊資料之間的分散反響而構(gòu)成金屬間化合物。 金屬層做好后、接著涂25

20、微米后的光刻膠，然后用電鍍的方法制造金屬凸塊。凸塊制造完成后在其頂面電鍍一層25微米的金凸塊金屬不是金的情況，目的是起抗氧化作用。第二章 封裝工藝流程第二章 封裝工藝流程金凸塊制造的傳統(tǒng)工藝凸塊轉(zhuǎn)移技術(shù) 普通的凸塊制造工藝流程，可以看出，它的制造工藝復(fù)雜，技術(shù)難度大，本錢高。因此改良凸塊制造技術(shù)成為一項(xiàng)研討的搶手課題。 日本Matsushita公司開發(fā)了凸塊轉(zhuǎn)移技術(shù)。 這種技術(shù)分2次鍵合： 第1次是將在玻璃基板上做成的凸塊，轉(zhuǎn)移到載帶內(nèi)引腳前端與芯片鍵合點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的位置。 第2次鍵合。在引腳前端有凸點(diǎn)的載帶由專門的制造商提供，這樣就防止了在芯片焊區(qū)制造凸點(diǎn)的費(fèi)事，降低了消費(fèi)本錢。第二章 封裝工藝

21、流程第二章 封裝工藝流程凸塊轉(zhuǎn)移技術(shù)2.4.2 載帶自動(dòng)鍵合技術(shù)第二章 封裝工藝流程1單層構(gòu)造載帶 這僅為一銅帶，其上腐蝕出引線圖案以及支撐構(gòu)造。方法是將光刻膠涂在銅帶的兩側(cè)。將要刻蝕掉的部分曝光，腐蝕后留下引線圖案。帶上可事先制備出凸點(diǎn)，這種情況下可選用不帶凸點(diǎn)的芯片。再將載帶上的引線排與芯片的I/O鍵合點(diǎn)鍵合。單層構(gòu)造的缺陷是全部引線與金屬支撐架相銜接，妨礙了帶上器件的測(cè)試檢驗(yàn)和通電老化。2.4.2 載帶自動(dòng)鍵合技術(shù)第二章 封裝工藝流程2雙層構(gòu)造載帶 雙層構(gòu)造載帶可用兩種方法制造。用液體聚酰亞胺涂敷銅帶1.4mil厚，1mil=25.4um，然后再枯燥處置。聚酰亞胺的厚度為2-3mil。將

22、聚酰亞胺進(jìn)展光刻，然后窗口和齒孔用KOH或NaOH腐蝕出來，再用FeCl3銅標(biāo)腐蝕液將銅帶上所需圖形腐蝕出來。2.4.2 載帶自動(dòng)鍵合技術(shù)第二章 封裝工藝流程3三層構(gòu)造載帶 所用載帶厚度為5mil，比雙層帶厚，因此更穩(wěn)定。它的制造方法是：用粘接劑涂敷12或24英寸的Kapton帶，再將帶條分裂成TAB產(chǎn)品所需求的適宜寬度。窗口和齒孔用硬工具沖制而成。然后將銅帶與Kapton帶進(jìn)展疊合處置，使銅帶壓合在齒孔機(jī)的Kapton。最后光刻銅帶，構(gòu)成引線排。三層構(gòu)造的優(yōu)點(diǎn)是膠帶和銅之間有很高的結(jié)合強(qiáng)度，且絕緣性能好，吸濕性低。載帶制造工藝實(shí)例Cu箔單層帶 1沖制規(guī)范定位傳送孔 2 Cu箔清洗 3Cu箔涂

23、光刻膠雙面 4刻蝕構(gòu)成Cu線圖樣 5導(dǎo)電圖樣Cu鍍錫退火 載帶引線與芯片凸點(diǎn)的內(nèi)引線焊接和載帶外引線焊接技術(shù)芯片上的凸點(diǎn)和載帶制造完成后，接下來要進(jìn)展引線的焊接，這又分內(nèi)引線焊接和外引線焊接。內(nèi)引線焊接是引線與芯片焊接，外引線焊接是將引線焊接到外殼或基板焊區(qū)。第二章 封裝工藝流程TAB內(nèi)引線焊接技術(shù)將載帶引線圖形指端與芯片焊接到一同的方法主要有熱壓焊合再流焊。當(dāng)芯片凸點(diǎn)是 Au、Au/Ni、Cu/Au，而載帶Cu箔引線也是鍍這類凸點(diǎn)金屬時(shí)，運(yùn)用熱壓焊；而載帶Cu箔引線鍍層為Pb/Sn時(shí)，或者芯片凸點(diǎn)具有Pb/Sn，而載帶Cu箔引線是上述硬金屬時(shí)就要用熱壓再流焊。完全運(yùn)用熱壓焊焊接溫度高，熱壓再

24、流焊的溫度低。這兩種焊接方法都是運(yùn)用自動(dòng)或半就自動(dòng)化的引線焊接機(jī)進(jìn)展多點(diǎn)一次焊接的。主要工藝操作是對(duì)位、焊接、抬起、芯片傳送4部分。第二章 封裝工藝流程2.4.2 載帶自動(dòng)鍵合技術(shù) 內(nèi)引線焊接第二章 封裝工藝流程TAB內(nèi)引線焊接技術(shù),焊接程序 對(duì)位 給做成電路的晶圓片上的芯片進(jìn)展測(cè)試，給壞芯片打上標(biāo)志用劃片機(jī)劃片將劃過片的大圓片晶圓片的反面有粘著層，經(jīng)劃片后仍呈大圓片狀放置在焊接機(jī)的承片臺(tái)上按設(shè)計(jì)程序?qū)⑿阅芎玫腎C芯片置于載帶引線圖形下面，使載帶引線圖形對(duì)芯片凸點(diǎn)進(jìn)展準(zhǔn)確對(duì)位。 焊接 落下加熱的熱壓焊頭，加壓一定時(shí)間，完成焊接。 抬起 抬起熱壓焊頭，焊接機(jī)將壓焊到載帶上的IC芯片經(jīng)過鏈輪步進(jìn)卷

25、繞到卷軸上，同時(shí)下一個(gè)載帶引線圖形也步進(jìn)到焊接對(duì)位的位置上。 芯片傳送 供片系統(tǒng)按設(shè)定程序?qū)⑾乱粋€(gè)好的IC芯片移到新的載帶引線圖形下方進(jìn)展對(duì)位，從而完成了程序化的完好的焊接過程。焊接工藝條件： 焊接溫度T=450-500；焊接壓力 P=50g；焊接時(shí)間t=0.5-1秒。此外，焊頭的平行度、平整度要好，焊接時(shí)的傾斜度要適宜，否那么會(huì)影響焊接效果。凸點(diǎn)的高度和載帶引線圖形的厚度的一致性也會(huì)影響焊接質(zhì)量。 完成內(nèi)引腳鍵合與電性能測(cè)試后，芯片與內(nèi)引腳面或整個(gè)IC芯片必需再涂上一層高分子膠資料維護(hù)引腳、凸塊與芯片，以防止外界的壓力、震動(dòng)、水汽等要素呵斥破壞。封膠的資料 普通為環(huán)氧樹脂(Epoxy)和硅橡

26、膠(Silicone)。環(huán)氧樹脂用蓋印或點(diǎn)膠的方法涂布，可覆蓋整個(gè)芯片或僅涂布完成內(nèi)引腳鍵合的芯片外表。在烘烤硬化時(shí)應(yīng)留意加溫條件，防止氣泡和預(yù)應(yīng)力的產(chǎn)生。第二章 封裝工藝流程2.4.2 載帶自動(dòng)鍵合技術(shù)外引線焊接技術(shù)第二章 封裝工藝流程 經(jīng)過老化、挑選、測(cè)試的載帶芯片可以用于各種集成電路。 對(duì)于微電子封裝的引線框架或在消費(fèi)線上銜接安裝載帶芯片的電子產(chǎn)品，可運(yùn)用外引線壓焊機(jī)將卷繞的載帶芯片銜接進(jìn)展外引線焊接，焊接時(shí)要及時(shí)運(yùn)用切斷安裝，將每個(gè)焊點(diǎn)外沿處將引線和聚酰亞胺PI支撐框架以外的部分切斷并焊接。parameterwirebondTABResistance0.38m 0.31m Induct

27、ance10nH 6.7nH Capacitance0.21pF 0.11pF 2.4.3 倒裝芯片鍵合技術(shù) 倒裝焊FCB，F(xiàn)lip Chip Bonding芯片，芯片正面朝下。借助于凸點(diǎn)與基板焊區(qū)直接焊接。這樣就省略了互連線，由互連線產(chǎn)生的雜散電容和電感要比WB和TAB小得多，因此適宜于高頻、高速電路和高密度組裝的運(yùn)用。 第二章 封裝工藝流程第二章 封裝工藝流程電子封裝密度比較 倒裝焊的典型例子是IBM公司的C4(Controlled-Collapse Chip Connection，可控塌陷芯片銜接)技術(shù)。C4技術(shù)的凸緣制備主要經(jīng)過電子束蒸發(fā)、濺散等工藝，將UBM(Under Bump M

28、etallurgy) 堆積在芯片的鋁焊盤上。UBM普通有三層，分別為鉻/鉻-銅50%-50%/銅。第二章 封裝工藝流程凸點(diǎn)芯片的類型。在多層化金屬上可用多種方法構(gòu)成不同尺寸和高度要求的凸點(diǎn)金屬，其分類可按凸點(diǎn)資料分類，也可按凸點(diǎn)構(gòu)造外形進(jìn)展分類。按凸點(diǎn)資料分類：Au凸點(diǎn)、Ni/Sn凸點(diǎn)、Cu凸點(diǎn)、Cu/Pb-Sn凸點(diǎn)In凸點(diǎn)Pb/Sn凸點(diǎn)(C4)按凸點(diǎn)構(gòu)造分類：周邊形、面陣形按凸點(diǎn)外形分類：蘑菇狀、直狀、球形、疊層第二章 封裝工藝流程凸點(diǎn)芯片焊區(qū)多層金屬化第二章 封裝工藝流程凸點(diǎn)芯片的制造工藝蒸發(fā)/濺散凸點(diǎn)制造法電鍍凸點(diǎn)制造法置球及模板印刷制造焊料凸點(diǎn)蒸發(fā)/濺散凸點(diǎn)制造法 這是早期常用的方法，

29、由于它與IC工藝兼容，工藝簡(jiǎn)單成熟。多層金屬和凸點(diǎn)金屬可以一次完成。 工藝流程： 制造掩模板-Si圓片安裝制造好的掩模板-Si圓片光刻掩?？?蒸發(fā)/濺射各金屬層-蒸發(fā)/濺射凸點(diǎn)金屬-去掩模板、去除光刻膠，剝離多余的金屬層-構(gòu)成凸點(diǎn)。 缺陷: 是構(gòu)成的凸點(diǎn)大且低。假設(shè)構(gòu)成一定高度的凸點(diǎn)需求的時(shí)間長(zhǎng)，真空濺散設(shè)備應(yīng)是多源多靶的，價(jià)錢貴。本錢高效率低，不適宜大批量消費(fèi)。第二章 封裝工藝流程蒸發(fā)UBM和凸點(diǎn)流程電鍍凸點(diǎn)制造法 這是目前國際上普遍采用的方法，工藝成熟。加工過程少，工藝簡(jiǎn)單易行，適宜大批量制造各種類型的凸點(diǎn)。根本工序： Si3N4鈍化，用激光燒毀不合格的芯片- 蒸發(fā)/濺散Ti-W-Au-涂

30、光刻膠-光刻電極窗口-腐蝕大面積Au-W-Ti-去膠，保管窗口多層電極-閃濺金屬層Au-貼厚光刻膠膜-套刻出凸點(diǎn)窗口-電鍍Au凸點(diǎn)-去除厚膠膜-腐蝕閃濺Au。第二章 封裝工藝流程第二章 封裝工藝流程第二章 封裝工藝流程置球及模板印刷制造焊料凸點(diǎn)在IC的Al焊區(qū)上構(gòu)成多層金屬后，經(jīng)過掩模板定位放置焊料球，然后在H2或N2氣氛維護(hù)下在回流爐中再流。焊料在掩模板的限制下，以底層金屬為基面收縮成半球狀的焊料凸點(diǎn)。將置焊料球換成印制焊膏也可以制造焊料凸點(diǎn)。由于運(yùn)用了助焊劑，構(gòu)成凸點(diǎn)后要仔細(xì)去除焊劑殘留物。工藝簡(jiǎn)單，本錢較低適用于大尺寸，焊料凸點(diǎn)模板的制造精度要求高第二章 封裝工藝流程置球及模板印刷制造焊

31、料凸點(diǎn)工藝流程 鈍化好的圓片- 覆蓋并固定掩模板- 置Pb-Sn焊料球- H2或N2維護(hù)氣氛下焊料球再流- 焊料冷卻收球- 取下掩模板- Pb-Sn焊料芯片凸點(diǎn)構(gòu)成-第二章 封裝工藝流程第二章 封裝工藝流程凸點(diǎn)芯片的FCB技術(shù) 制造的凸點(diǎn)芯片既可用于厚膜陶瓷基板上進(jìn)展FCB又可在薄膜陶瓷基板上進(jìn)展FCB,還可在PWB上直接將芯片F(xiàn)CB。這些基板既可以是單層的，也可以是多層的，而凸點(diǎn)芯片要倒裝在基板上層的金屬化焊區(qū)上。1FCB互連基板的金屬焊區(qū)制造要使FCB芯片與各類基板互連到達(dá)一定的可靠性要求，關(guān)鍵是安裝互連FCB芯片的基板頂層金屬焊區(qū)要與芯片凸點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)，與凸點(diǎn)金屬具有良好的壓焊或焊料浸潤(rùn)特

32、性。薄膜陶瓷基板的金屬化工藝：蒸發(fā)/濺射-光刻-電鍍厚膜陶瓷基板的金屬化工藝：印制燒結(jié)PCB金屬化：線寬/間距約數(shù)百微米第二章 封裝工藝流程凸點(diǎn)芯片的FCB技術(shù) 2FCB的工藝方法FCB的工藝方法主要有以下幾種： 熱壓FCB法； 再流FCB法(C4)； 環(huán)氧樹脂光固化FCB法； 各向異性導(dǎo)電膠粘接FCB法。第二章 封裝工藝流程熱壓FCB法 運(yùn)用倒裝焊接機(jī)完成對(duì)各種凸點(diǎn)，如Au凸點(diǎn)、Ni-Al凸點(diǎn)、Cu-Pb-Sn凸點(diǎn)的FCB。 倒裝焊接機(jī)是由光學(xué)攝像對(duì)位系統(tǒng)、檢拾熱壓超聲焊頭、準(zhǔn)確定位承片臺(tái)及顯示屏等組成的精細(xì)設(shè)備。 將欲FCB的基板放置在承片臺(tái)上，用檢拾焊頭檢拾帶有凸點(diǎn)的芯片，面朝下對(duì)著基板

33、，一路光學(xué)攝像頭對(duì)著凸點(diǎn)芯片面，一路光學(xué)攝像頭對(duì)著基板上的焊區(qū)，分別進(jìn)展調(diào)準(zhǔn)對(duì)位，并顯示在屏上。待調(diào)準(zhǔn)對(duì)位到達(dá)要求的精度后，即可落下壓焊頭進(jìn)展壓焊。壓焊頭可加熱，并帶有超聲，同時(shí)承片臺(tái)也對(duì)基板加熱，在加熱、加壓、超聲到設(shè)定的時(shí)間后就完成一切凸點(diǎn)與基板焊區(qū)的焊接。 FCB與基板的平行度非常重要，假設(shè)它們不平行，焊接后的凸點(diǎn)形變將有大有小，致使拉力強(qiáng)度也有高有低，有的焊點(diǎn)能夠達(dá)不到運(yùn)用要求。第二章 封裝工藝流程再流FCB法 這種焊接方法專對(duì)各類Pb-Sn焊料凸點(diǎn)進(jìn)展再流焊接，俗稱再流焊接法。這種FCB技術(shù)最早來源于于美國IBM公司，又稱C4技術(shù)，即可控塌陷芯片銜接。C4技術(shù)倒裝焊的特點(diǎn)是：1不但可

34、與光滑平整的陶瓷/硅基板金屬焊區(qū)互連，還能與PWB上的金屬焊區(qū)互連。2C4的芯片凸點(diǎn)運(yùn)用高熔點(diǎn)的焊料如90%Pb-10%Sn,而PWB上的焊區(qū)運(yùn)用低熔點(diǎn)的常規(guī)37%Pb-63%Sn焊料，倒裝焊再流時(shí)，C4凸點(diǎn)不變形，只需低熔點(diǎn)的焊料熔化，這就可以彌補(bǔ)PWB基板的缺陷如凹凸扭曲等產(chǎn)生焊接不均勻問題。3倒裝焊時(shí)Pb-Sn焊料熔化再流時(shí)較高的外表張力會(huì)產(chǎn)生“自對(duì)準(zhǔn)效果，這就使C4芯片倒裝焊時(shí)對(duì)準(zhǔn)精度要求大為寬松。第二章 封裝工藝流程再流FCB法 第二章 封裝工藝流程環(huán)氧樹脂光固化倒裝焊法 這是一種微凸點(diǎn)FCB法。日本曾用這種方法對(duì)6mm6mm芯片勝利進(jìn)展倒裝焊，Au凸點(diǎn)僅為5m5m，節(jié)距只需10m，

35、載有2320個(gè)微凸點(diǎn)。與普通倒裝焊截然不同的是，這里利用光敏樹脂光固化時(shí)產(chǎn)生的收縮力將凸點(diǎn)與基板上謹(jǐn)慎焊區(qū)結(jié)實(shí)地互連在一同，不是“焊接，而是“機(jī)械接觸。第二章 封裝工藝流程各向異性導(dǎo)電膠Anisotropic Conductive Adhesive 在大量的液晶顯示器(LCD)與IC芯片銜接的運(yùn)用中，典型的是運(yùn)用各向異性導(dǎo)電膠薄膜ACAF將TAB的外引線焊接OLB到玻璃顯示板的焊區(qū)上，但最小外引腳焊接OLB outer lead bonding的節(jié)距為70m。而運(yùn)用各向異性導(dǎo)電膠(ACA)可以直接倒裝焊再玻璃基板上，稱為玻璃上芯片(COG)技術(shù)。第二章 封裝工藝流程各向異性導(dǎo)電膠 ACA有熱固

36、型、熱塑型和紫外光(UV)固化型幾種，而以UV型最正確，熱固型次之。 UV型的固化速度快，無溫度梯度，故芯片和基板均不需加熱，因此不需思索由UV照射固化產(chǎn)生的微弱熱量引起的熱不匹配問題。 UV的光強(qiáng)可在1500mW/cm2以上，光強(qiáng)越強(qiáng)，固化時(shí)間越短。普通照射數(shù)秒后，讓ACA到達(dá)“交聯(lián)，這時(shí)可去除壓力，繼續(xù)光照，方可到達(dá)完全固化。光照時(shí)需加壓，100m100m的凸點(diǎn)面積，需加壓0.5N/凸點(diǎn)以上。第二章 封裝工藝流程為了制造更小、精度更高的LCD，就要不斷減少IC芯片的凸點(diǎn)尺寸、凸點(diǎn)節(jié)距或倒裝焊節(jié)距。例如小于50m凸點(diǎn)尺寸或節(jié)距，這樣運(yùn)用ACA常規(guī)倒裝焊方法，將使橫向短路的能夠性隨之添加。為了

37、消除這種不良影響，運(yùn)用ACA倒裝焊方法要加以改良，其中設(shè)置尖峰狀的絕緣介質(zhì)壩就是一種有效的方法。第二章 封裝工藝流程各類倒裝焊工藝方法的比較倒裝焊接后的芯片下填充 倒裝焊后，在芯片與基板間填充環(huán)氧樹脂，不但可以維護(hù)芯片免受環(huán)境如濕汽、離子等污染，利于芯片在惡劣環(huán)境下正常任務(wù)，而且可以使芯片耐受機(jī)械振動(dòng)和沖擊。特別是填充樹脂后可以減少芯片與基板尤其PWB間膨脹失配的影響，即可減小芯片凸點(diǎn)銜接處的應(yīng)力和應(yīng)變。第二章 封裝工藝流程倒裝焊芯片下填充環(huán)氧樹脂填料要求 應(yīng)小于倒裝焊芯片與基板間的間隙，以到達(dá)芯片下各處完全填充覆蓋。填料應(yīng)無揮發(fā)性，由于揮發(fā)能使芯片下產(chǎn)生間隙，從而導(dǎo)致機(jī)械失效。應(yīng)盡能夠減小乃

38、至消除失配應(yīng)力，填料與倒裝芯片凸點(diǎn)銜接處的z方向CTE(Coefficient of Thermal Expansion 熱膨脹系數(shù))應(yīng)大致匹配。為防止PWB產(chǎn)生形變，填料的固化溫度要低一些。要到達(dá)耐熱循環(huán)沖擊的可靠性，填料應(yīng)有高的玻璃轉(zhuǎn)化溫度。對(duì)于存儲(chǔ)器等敏感器件，填充放射性低的填料至關(guān)重要。填料的粒子尺寸在填充溫度操作條件下的填料粘滯性要低，流動(dòng)性要好，即填料的粘滯性應(yīng)隨著溫度的提高而降低。為使倒裝焊互連具有較小的應(yīng)力，填料應(yīng)具有較高的彈性模量和彎曲強(qiáng)度。在高溫高濕環(huán)境條件下，填料的絕緣電阻要高，即要求雜質(zhì)離子Cl-、Na、K等數(shù)量要低。填料抗各種化學(xué)腐蝕的才干要強(qiáng)。第二章 封裝工藝流程填

39、料的填充方法 實(shí)踐填充時(shí)，將倒芯片和基板加熱到70-75，利用加有填料、外形好像“L的注射器，沿著芯片的邊緣雙向注射填料。 由于毛細(xì)管虹吸作用，填料被吸入，并向芯片-基板的中心流動(dòng)。一個(gè)12.7mm見方的芯片，10分鐘可完全充溢縫隙，用料大約0.03ml。 填充后要對(duì)環(huán)氧樹脂進(jìn)展固化。可在烘箱中分段升溫，待到達(dá)固化溫度后，保溫3-4小時(shí)，即可到達(dá)完全固化。第二章 封裝工藝流程2.5 成型技術(shù) 芯片互連完成之后就到了塑料封裝的步驟，即將芯片與引線框架包裝起來。這種成型技術(shù)有金屬封裝、塑料封裝、陶瓷封裝等，但從本錢的角度和其它方面綜合思索，塑料封裝是最為常用的封裝方式，它占據(jù)90%左右的市場(chǎng)。第二

40、章 封裝工藝流程2.5 成型技術(shù)1、塑料封裝的種類和資料 塑料封裝的成型技術(shù)有多種，包括轉(zhuǎn)移成型技術(shù)Transfer Molding、放射成型技術(shù)Inject Molding、預(yù)成型技術(shù)Premolding等，但最主要的是轉(zhuǎn)移成型技術(shù)。轉(zhuǎn)移成型運(yùn)用的資料普通為熱固性聚合物Thermosetting Polymer。 熱固性聚合物是指低溫時(shí)聚合物是塑性的或流動(dòng)的，但將其加熱到一定溫度時(shí)，即發(fā)生所謂的交聯(lián)反響Cross-inking，構(gòu)成剛性固體。假設(shè)繼續(xù)加熱，那么聚合物只能變軟而不能夠熔化、流動(dòng)。第二章 封裝工藝流程2.5 成型技術(shù)2、轉(zhuǎn)移成型工藝流程 將已貼裝芯片并完成引線鍵合的框架帶置于模具

41、中; 將塑封的預(yù)成型塊在預(yù)熱爐中加熱預(yù)熱溫度在90-95之間，然后放入轉(zhuǎn)移成型機(jī)的轉(zhuǎn)移罐中。 在轉(zhuǎn)移成型壓力下，塑封料被擠壓到澆道中，經(jīng)過澆口注入模腔整個(gè)過程中，模具溫度堅(jiān)持在170-175 塑封料在模具中固化，經(jīng)過一段時(shí)間的保壓，使模塊到達(dá)一定的硬度，然后用頂桿頂出模塊，就完成成型過程。第二章 封裝工藝流程2.5 成型技術(shù)3、轉(zhuǎn)移成型設(shè)備 在自動(dòng)化消費(fèi)設(shè)備中，產(chǎn)品的預(yù)熱、模具的加熱和轉(zhuǎn)移成型操作都在同一臺(tái)設(shè)備中完成，并由計(jì)算機(jī)實(shí)施控制。也就是說預(yù)熱、框架帶的放置、模具放置等工序都可以到達(dá)完全自動(dòng)化。第二章 封裝工藝流程轉(zhuǎn)移成型技術(shù)設(shè)備預(yù)加熱器壓機(jī)模具和固化爐轉(zhuǎn)移成型技術(shù)的優(yōu)缺陷技術(shù)和設(shè)備成熟

42、，工藝周期短，本錢低，幾乎沒有后整理，適宜于大批量消費(fèi)塑封料的利用率不高，運(yùn)用規(guī)范的框架資料，不利于運(yùn)用到較先進(jìn)的封裝技術(shù)，對(duì)于高密度封裝有限制2.6 去飛邊毛刺 在塑料封裝中的塑封料樹脂溢出、貼帶毛邊、引線毛刺等統(tǒng)稱為飛邊毛刺景象。例如，塑封料只在模塊外的框架上構(gòu)成薄薄的一層，面積也很小，通常稱為樹脂溢出。假設(shè)滲出部分較多、較厚，那么稱為毛刺或是飛邊毛刺。它會(huì)給后續(xù)工序如切筋成型帶來費(fèi)事，甚至?xí)p壞機(jī)器。第二章 封裝工藝流程2.6 去飛邊毛刺去飛邊毛刺主要工序第二章 封裝工藝流程介質(zhì)去飛邊毛刺溶劑去飛邊毛刺 用介質(zhì)去飛邊毛刺時(shí)，是將研磨料如顆粒狀的塑料球與高壓空氣一同沖洗模塊。在去飛邊毛刺過程中，介質(zhì)會(huì)將框架引腳的外表細(xì)微擦磨，這將有助于焊料和金屬框架的粘連。水去飛邊毛刺 用水去飛邊毛刺工藝是利用高壓的水流來沖擊模塊，有時(shí)也會(huì)將研磨料與高壓水流一同運(yùn)用。用溶劑來去飛邊毛刺通常只適用于很薄的毛刺。溶劑包括N-甲基吡咯烷酮(NMP)或雙甲基呋喃DMF。2.7 上焊錫 封裝后要對(duì)框架外引線進(jìn)展上焊錫處置，目的是在框架引腳上做維護(hù)層和添加其可焊性。上焊錫可用二種方法，電鍍和浸錫。電鍍工序： 清洗-在電鍍槽中進(jìn)展電鍍-沖洗-吹干-烘干在烘箱中浸錫工序： 去飛邊-去油-去氧化物-浸助焊劑-熱浸錫熔融焊錫，Sn/Pb=63/67-清洗-烘干二種方法比較： 浸錫容易引起鍍層不均勻，中間厚，邊上