集成電路封裝知識簡介

1、封裝制程簡介晶粒測試及切割 長 晶晶圓切割設(shè)計導(dǎo)線架 測試 封裝 制造 光罩 晶圓光罩設(shè)計邏輯設(shè)計封 裝化學(xué)品 CADCAE材料設(shè)備儀器資金人力資源服務(wù)支援貨運海關(guān)科學(xué)圓區(qū)成品測試IC產(chǎn)業(yè)體系Wire, Solder, Tape, Underfill Material什么是電子封裝電子封裝乃是將前制程加工完成后所提供晶圓中之每一顆IC晶粒獨立分離，并外接信號線至導(dǎo)線架上而予以包覆，使其最終形成與外界電源相連之通路。Wafer(晶圓):外觀為一圓薄盤,底材為Si,一面長有微細(xì)電路Die, Chip(晶粒): 呈方形,附於wafer上互相連接,每個之間均隔 有寬線(切割道),排列如下名詞簡釋Die

2、, Chip檢測製程封膠製程最終產(chǎn)品構(gòu) 裝 製 程 簡 介黏晶製程銲線製程晶圓切割半 導(dǎo) 體 製 程Oxidization(氧化處理)Lithography(石板印刷)Etching(蝕刻)Diffusion Ion Implantation(擴(kuò)散離子植入)Deposition(沉澱)Wafer Inspection(晶圓檢查)Dicing(晶圓切割)Mounting(黏晶)Bonding(銲線)Molding(封膠) Testing(測試)Wafer Cutting(晶圓切斷)Wafer Grinding(晶圓研磨)Forming(成型)Marking(打字)Trimming(修剪)IC製造

3、開始前段結(jié)束後段構(gòu)裝開始製造完成Wafer FABAssy & F/test三 種 不 同 的 連 接 方 式Wire BondingFlip ChipBondingTABBonding封 裝 之 目 的從現(xiàn)在起傳統(tǒng)之構(gòu)裝1. 保護(hù)元件2. 連接3. 散熱4. 協(xié)助測試 低成本/高可靠度 小而薄之塑膠構(gòu)裝1. 電子連接與隔離2. I/O 位置標(biāo)準(zhǔn)化3. 散熱4. 協(xié)助測試5. 保護(hù)元件 元件至最後系統(tǒng) 模擬與評估 給與最佳之封裝組合封 裝 型 式資料來源：Michael Pecht, “Integrated Circuit, Hybrid, and Multichip Module Packa

4、ge Design Guidelines,” pp. 50-51Packaging Evolution1970s Dual-in-line packaging (DIPS)1980s Quad flat packaging (QFP)1990s Ball Grid arrays (BGA)2000s Single level integrated module (SLIM)Figure. Packaging EvolutionPackaging EvolutionFigure. Single-Chip Packaging Evolution leading to Multichip Packa

5、gingIC 元 件 和 封 裝 趨 勢Prepared by:Peng xu dongTSOP封裝流程介紹內(nèi)容：封裝外觀尺寸TSOP II 54LD的內(nèi)部構(gòu)造工藝流程前道工藝貼膜 WTP研磨 GRD拋光 Polish上片 W-M揭膜 WDP目檢 V-I切割 SAW清洗 DWC紫外線照射 U-V切割后檢查 PSI晶片粘結(jié) DBD銀膠固化 CRG打線結(jié)合 WBD打線后檢查 PBI 主要內(nèi)容后道工藝塑封 MLD塑封后固化 PMC背印 BMK正印 PTP切筋 TRM電鍍 SDP電鍍后烘烤 APB切筋成型 T-F引腳檢查 LSI烘烤（去濕) UBK最終目檢 FVI包裝 P-K出貨檢查 OQC入庫 W-

6、H封裝外觀尺寸SMICSMICTSOPTSOP II 54LD內(nèi)部構(gòu)造ItemsThickness (mm) NominalThickness (mils)Package thickness (A4)1.00039.37Lead frame thick (A2)0.1275Lead frame materialAlloy 42A42Die thickness (A1)0.27911Tape thickness(A6)0.1004Down set Depth (DS)0.0502(A7)0.2108Top balance (A5)0.25410Bottom balance(A3)0.2389.3

7、7A5A5A2DSA1A6A7A3A5 工藝流程（前道工藝）晶圓表面貼膜(WTP)晶圓保護(hù)膜背面正面定義：在晶圓的表面貼上一層保護(hù)膜目的：在晶圓背部研磨過程中，對晶圓表面電路提供保護(hù)主要失效：1. 切割毛邊 （cut burr）2. 雙層膠帶（double tape）3. 膠帶脫落（tape peeling）4. 外來物（F/M under protective tape ）5. 氣泡（Bubble ）設(shè)備與材料：貼膜機(jī)：待定膠帶：待定主要控制參數(shù)：貼膜壓力貼膜速度貼膜溫度定義：研磨晶圓的背面，減薄晶圓厚度目的：根據(jù)封裝尺寸要求，減薄晶圓厚度到芯片規(guī)定厚度主要失效：1. 晶圓碎裂 （wafer

8、 broken）2. 邊緣破損（edge chipping）收集數(shù)據(jù)：1. 表面粗糙度2. 表面平整度3. 最終厚度設(shè)備與材料：研磨機(jī)研磨輪去離子水主要控制參數(shù)：主軸轉(zhuǎn)速吸盤轉(zhuǎn)速進(jìn)給速度晶圓初始厚度晶圓目標(biāo)厚度粗磨量精磨量晶圓背面研磨(GRD)晶圓背面研磨輪真空吸盤 工藝流程（前道工藝）定義：拋光研磨過的晶圓背面目的：減少晶圓研磨時產(chǎn)生的加工應(yīng)力。主要失效：1. 晶圓碎裂 （wafer broken）2. 邊緣破損（edge chipping）收集數(shù)據(jù)：1. 表面粗糙度2. 表面平整度3. 最終厚度設(shè)備與材料：拋光機(jī)拋光輪拋光劑去離子水主要控制參數(shù)：主軸轉(zhuǎn)速吸盤轉(zhuǎn)速拋光步驟拋光壓力拋光時間拋光

9、劑流量晶圓背面真空吸盤拋光輪*選項: 晶圓背面拋光(POLISHING) 工藝流程（前道工藝）拋光的影響 工藝流程（前道工藝）拋光表面 拋光后，研磨痕跡完全被消除； Pitch mark of grind wheel was removed after polishing. 能減小操作中晶圓損壞的風(fēng)險。 Damage and handling risk were reduced. 定義：在晶圓背面貼一層膜把晶圓固定在晶圓框架上。目的：便于芯片切割和芯片焊接。主要失效：1. 氣泡 （bubble）2. 外來物（F/M under protective tape ）設(shè)備與材料：上片機(jī)滾輪膠帶主要控

10、制參數(shù)：上片壓力上片速度上片溫度上片(W-M)晶圓背面真空吸盤側(cè)面圖（示意圖）正面圖晶圓框架晶圓框架晶圓框架晶圓 工藝流程（前道工藝）上片后圖片定義：去掉晶圓表面的保護(hù)膜主要失效：1. 晶圓碎裂 （wafer broken） 設(shè)備與材料：去膜機(jī)滾輪去膜膠帶主要控制參數(shù)：去膜壓力去膜速度去膜溫度晶圓正面?zhèn)让鎴D（示意圖）真空吸盤滾輪保護(hù)膜去膜(WDP) 工藝流程（前道工藝）目檢(V-I)設(shè)備與材料：厚度測量儀粗糙度測量儀顯微鏡主要控制參數(shù)：NA定義：研磨后檢查目的：檢查研磨質(zhì)量檢查主要內(nèi)容：晶圓厚度研磨（拋光）后晶圓粗糙度廢品 工藝流程（前道工藝）定義：切割晶圓，將IC分離開主要失效：見PSI廢品

11、標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備與材料：切割機(jī)刀片去離子水主要控制參數(shù)：晶圓厚度芯片尺寸膠帶型號刀片型號刀片轉(zhuǎn)速切割高度切割速度測高頻率真空吸盤刀片芯片切割(SAW) 工藝流程（前道工藝）芯片切割后圖片檢查主要內(nèi)容：晶圓mount方向是否與鍵合圖一致芯片名稱，芯片ID是否與鍵合圖所示相符廢品刮痕Scratch腐蝕Pad Corrosion 金屬鍍層的短路Metallization bridging 刮劃Scribe裂紋Crack碎片Chipping金屬鍍層的附著Metallization adherence 金屬鍍層的氣孔Metallization void玻璃鈍化保護(hù)層失效 Glassivation defect

12、外來物質(zhì)Foreign material 設(shè)備與材料：高倍顯微鏡主要控制參數(shù)：NA切割后檢查(PSI) 工藝流程（前道工藝）傳統(tǒng)銀膠粘結(jié)工藝設(shè)備與材料：粘片機(jī)銀膠/膠帶框架吸嘴頂針主要機(jī)器參數(shù)：揀片力粘結(jié)力粘結(jié)時間揀片時間粘結(jié)溫度點膠壓力頂針?biāo)俣软斸樃叨染辰Y(jié)(Die Bonding)框架加熱銀膠膠帶膠帶粘結(jié)工藝固化固化 工藝流程（前道工藝）DBD Simulation晶片粘結(jié)(Die Bonding)芯片銀膠主要工藝參數(shù)：BLTDie tiltFillet heightWettingDie placementDie shearBLTFillet heightDie Tilt框架焊盤芯片銀膠

13、所有蘭色區(qū)域為WettingX1X2Y2Y1Die placement X=(X2-X1)/2Die placement Y=(Y2-Y1)/2 工藝流程（前道工藝）打線結(jié)合(Wire Bonding)Bonding PadL/F PadEpoxyGold WireInner LeadDie(Chip) Tie BarDie 俯視圖正視圖 工藝流程（前道工藝）Wb Simulation設(shè)備與材料：打線機(jī)金線劈刀主要機(jī)器參數(shù)：超聲波功率焊接壓力焊接持續(xù)的時間焊接溫度打線結(jié)合(Wire Bonding)主要工藝參數(shù)：ball shear testwire pull testball bond si

14、zeBall placementPad Cractering Test Loop Height Test Reject(see PBI reject criteria)見下頁圖示 工藝流程（前道工藝）打線后圖片打線結(jié)合(Wire Bonding)Loop Height推力拉力Wire pull testBall shear testX2X1Y2Y1Ball placement testBall placement X=(X2-X1)/2Ball placement Y=(Y2-Y1)/2 工藝流程（前道工藝）檢查主要內(nèi)容：實際連線是否與鍵合圖一致芯片名稱，芯片ID是否與鍵合圖所示相符廢品帶墨點

15、的芯片/邊緣的芯片 Ink Die / Edge Die擦痕Scratches芯片碎削Die Chip芯片碎削導(dǎo)致芯片有裂紋碎裂Die Crack芯片位置Die placement芯片翹起Die Tilt浸漬Wetting環(huán)氧浸漬氣孔Epoxy Void在芯片/引腳上的環(huán)氧樹脂Epoxy on die/lead外來物在芯片上Foreign material on die外來物在引腳上Foreign material on lead引線框架氧化Lead frame Discoloration設(shè)備與材料：高倍顯微鏡主要控制參數(shù)：NA打線后檢查(PBI) 工藝流程（前道工藝）檢查主要內(nèi)容：廢品Tie

16、 Bar 彎折Bent Tie Bar引線框架彎折受損Bent Frame引腳短路Lead Short引腳損傷(內(nèi)引腳或外引腳)Bent lead引線斷裂Broken Wire漏絲Missing Wire有受損的引線Damaged Wire重疊連接的錯誤Re-bonding Defect絲尾Wire Tail線交叉Wire Cross金線線環(huán)高度Loop Height引線下塌Sagging Wire金球或焊接短路Ball bond short to metallization or ball bond short引線短路Wire Short焊接尺寸Bond size too big or to

17、o small打線后檢查(PBI) 工藝流程（前道工藝）Mold的定義:用熱硬化性樹脂(Compound)將D/B,W/B結(jié)束后的半成品封裝成型的過程。Mold工藝的目的電子連接與隔離I/O位置標(biāo)準(zhǔn)化便于熱量散發(fā)保護(hù)元件協(xié)助測試 工藝流程（后道Mold） Mold使用的材料: 直接材料： 已焊好芯片和金線的半成品 (圖 1) 塑封料 Compound (圖 2)(圖 1)(圖 2) 間接材料： 清模膠，脫模膠，脫模劑 工藝流程（后道Mold） Mold 設(shè)備 工藝流程（后道Mold）推片L/F進(jìn)料 抓片 (In pick up)FeederShifterStageLoadingUn-loadi

18、ngCarrier (Degating) 抓片 (pick up)放片出料封裝成型 Molding Mold 的工藝流程 工藝流程（后道Mold） Mold 的重要參數(shù)：(參照OI文件） 溫度 Temperature:1755oC 塑封時間 Cure Time55120S 合模壓力 Package Pressure4060T 注塑時間 Transfer Time515S 注塑壓力 Transfer Pressure12T 預(yù)熱時間 Preheat Time 28S 工藝流程（后道Mold） 注塑封裝過程：1. Put product into buttom chaseButtom chasep

19、roductCompoundPlunger2. Put compound into plunger pot3. Closed molding & InjectingTop chaseMold gate4. Open mold & Take product outBottom chase 工藝流程（后道Mold） Mold后集成塊外型圖框架 Lead frame料餅Mold Cull塑封本體Package 工藝流程（后道Mold） 工藝流程（后道PMC） Post Mold Cure的定義及作用:后固化是將產(chǎn)品放置于高溫烘箱內(nèi)進(jìn)行烘烤，使塑封料固化更徹底并與芯片及框架結(jié)合更緊密，以提高產(chǎn)品的可靠

20、性和穩(wěn)定性 工藝流程（后道Marking）Marking的定義及作用: Marking就是在在封裝模塊的頂表面印上去不掉的、字跡清楚的字母和標(biāo)識，包括制造商的信息、國家、器件代碼等 。其主要的目的是為了識別并可跟蹤。 SMICTSOP 54IImarking 工藝流程（后道Marking）Marking的方法:油墨印字（ink marking):工藝過程有點象敲橡皮圖章，因為一般確實是用橡膠來刻制打碼所用的標(biāo)識。油墨通常是高分子化合物，常常是基于環(huán)氧或酚醛的聚合物，需要進(jìn)行熱固化，或使用紫外光固化。 激光印字（laser marking):激光印碼是利用激光技術(shù)在模塊表面刻寫標(biāo)識。 Ink m

21、arkLaser markLaser mark on surface 工藝流程（后道Marking）Ink marking的特性:對模塊表面要求比較高，若模塊表面有沾污現(xiàn)象，油墨就不易印上去。油墨比較容易被擦去。 加工后需要用加熱或紫外光的方式進(jìn)行固化。CompoundInternal CrosslinkingAdsorptionDiffusionReactive CrossbridgeInk 油墨 工藝流程（后道Marking）Laser marking的特性:對模塊表面的要求相對較低。不易被擦去 。不需要后固化工序。 激光印碼的缺點是它的字跡較淡 。 工藝流程（后道Trim）Trim的定義

22、及作用:切除引腳之間的連筋，使引腳與引腳分離連筋 Dambar 工藝流程（后道Solder Plating）Solder Plating - SDPPlating 的定義:用電化學(xué)的方法使金屬或非金屬制品表面沉積出一層金屬的過程。 Solder Plating工藝的目的提供易焊表面增強(qiáng)抗腐蝕能力增強(qiáng)導(dǎo)電性改善外觀 工藝流程（后道Solder Plating）DI Rinse I / Air Wipe Auto LoaderElectric DegreaseHPWJRinse I / Air Wipe Activation(Cu/A42)Descaling(Cu/A42)上料軟化MF,EE,去油

23、脂沖洗,吹干去除MF,EE去除氧化物活化金屬表面DI Rinse II / Air WipePlating IPlating IIPlating IIITin lead D/O Rinse/ Air WipeWater SaverRinse /Air Wipe電鍍 流程 作用流程 作用沖洗,吹干 DI Spray Rinse III Hot DI Spray RinseAir knivesHot Air DryerAuto UnloaderBelt StripperStripper D/O Rinse熱DI水沖洗吹干產(chǎn)品烘干產(chǎn)品下料去除皮帶上 的焊料Belt Spray RinseBelt A

24、ir KnivesBelt Hot Air DryerLoader吹干皮帶烘干皮帶皮帶產(chǎn)品無鉛Annealing退火按要求送到下道工序Pre-Dipping 沖洗,吹干預(yù)浸沖洗,吹干沖洗,吹干沖洗,吹干沖洗,吹干沖洗,吹干 工藝流程（后道Solder Plating）Solder Plating電鍍 - SDP原材料:純錫球；前處理藥水（電解除膠液，電解褪銀劑，）電鍍液（電鍍酸，電鍍錫，添加劑），后處理藥水（中和液），褪鍍液。 配置條件大于3M的去離子水自來水壓縮空氣抽風(fēng)電 工藝流程（后道Solder Plating）Solder Plating電鍍- SDP控制參數(shù): 溶液濃度；溫度；電流；

25、電壓；常見問題掉片撞片產(chǎn)品污染厚度問題 工藝流程（后道Solder Plating）Solder Plating電鍍- SDP設(shè)備檢查:上料檢查下料 檢查上料位置檢查液位檢查傳動機(jī)構(gòu)檢查鋼帶夾子檢查清洗系統(tǒng)檢查吹風(fēng)系統(tǒng)檢查 工藝流程（后道Solder Plating）Solder Plating Visual Inspection電鍍檢驗- SPI目的:檢查電鍍后產(chǎn)品的外觀質(zhì)量和鍍層厚度，合金含量設(shè)備:10-40X顯微鏡X-RF X-RAY測厚儀防靜電手套，指套 工藝流程（后道Solder Plating）Solder Plating Visual Inspection電鍍檢驗- SPI方式: A。人眼通過顯微鏡來檢查產(chǎn)品的外觀缺陷 B。通過儀器的射線穿透反射來檢查鍍層厚度和組份 C。產(chǎn)品全檢；產(chǎn)品抽檢；厚度測量常見缺陷:MISSING PL