半導(dǎo)體封裝流程完整

IntroductionofICAssemblyProcess

IC封裝工藝簡(jiǎn)介IntroductionofICAssemblyProcess一、概念

半導(dǎo)體芯片封裝是指利用膜技術(shù)及細(xì)微加工技術(shù)，將芯片及其他要素在框架或基板上布局、粘貼固定及連接，引出接線端子并通過(guò)可塑性絕緣介質(zhì)灌封固定，構(gòu)成整體立體結(jié)構(gòu)的工藝。此概念為狹義的封裝定義。更廣義的封裝是指封裝工程，將封裝體與基板連接固定，裝配成完整的系統(tǒng)或電子設(shè)備，并確保整個(gè)系統(tǒng)綜合性能的工程。將前面的兩個(gè)定義結(jié)合起來(lái)構(gòu)成廣義的封裝概念。半導(dǎo)體封裝的目的及作用

第一，保護(hù)：半導(dǎo)體芯片的生產(chǎn)車間都有非常嚴(yán)格的生產(chǎn)條件控制，恒定的溫度（230±3℃）、恒定的濕度（50±10%）、嚴(yán)格的空氣塵埃顆粒度控制（一般介于1K到10K）及嚴(yán)格的靜電保護(hù)措施，裸露的裝芯片只有在這種嚴(yán)格的環(huán)境控制下才不會(huì)失效。但是，我們所生活的周圍環(huán)境完全不可能具備這種條件，低溫可能會(huì)有-40℃、高溫可能會(huì)有60℃、濕度可能達(dá)到100%，如果是汽車產(chǎn)品，其工作溫度可能高達(dá)120℃以上，為了要保護(hù)芯片，所以我們需要封裝。第二，支撐：支撐有兩個(gè)作用，一是支撐芯片，將芯片固定好便于電路的連接，二是封裝完成以后，形成一定的外形以支撐整個(gè)器件、使得整個(gè)器件不易損壞。半導(dǎo)體封裝的目的及作用第三，連接：連接的作用是將芯片的電極和外界的電路連通。引腳用于和外界電路連通，金線則將引腳和芯片的電路連接起來(lái)。載片臺(tái)用于承載芯片，環(huán)氧樹脂粘合劑用于將芯片粘貼在載片臺(tái)上，引腳用于支撐整個(gè)器件，而塑封體則起到固定及保護(hù)作用。第四，可靠性：任何封裝都需要形成一定的可靠性，這是整個(gè)封裝工藝中最重要的衡量指標(biāo)。原始的芯片離開特定的生存環(huán)境后就會(huì)損毀，需要封裝。芯片的工作壽命，主要決于對(duì)封裝材料和封裝工藝的選擇。ICProcessFlowCustomer客戶ICDesignIC設(shè)計(jì)WaferFab晶圓制造WaferProbe晶圓測(cè)試Assembly&TestIC封裝測(cè)試SMTIC組裝ICPackage（IC的封裝形式）Package--封裝體：指芯片（Die）和不同類型的框架（L/F）和塑封料（EMC）形成的不同外形的封裝體。ICPackage種類很多，可以按以下標(biāo)準(zhǔn)分類：按封裝材料劃分為：金屬封裝、陶瓷封裝、塑料封裝按照和PCB板連接方式分為：PTH封裝和SMT封裝按照封裝外型可分為：SOT、SOIC、TSSOP、QFN、QFP、BGA、CSP等；ICPackage（IC的封裝形式）

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)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)品，占少量商業(yè)化市場(chǎng)；塑料封裝用于消費(fèi)電子，因?yàn)槠涑杀镜停に嚭?jiǎn)單，可靠性高而占有絕大部分的市場(chǎng)份額；ICPackage（IC的封裝形式）按與PCB板的連接方式劃分為：

PTHSMTPTH-PinThroughHole,通孔式；SMT-SurfaceMountTechnology，表面貼裝式。目前市面上大部分IC均采為SMT式的SMTICPackage（IC的封裝形式）按封裝外型可分為：SOT、QFN

、SOIC、TSSOP、QFP、BGA、CSP等；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；其中，CSP由于采用了FlipChip技術(shù)和裸片封裝，達(dá)到了

芯片面積/封裝面積=1:1，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ICPackage（IC的封裝形式）

QFN—QuadFlatNo-leadPackage四方無(wú)引腳扁平封裝SOIC—SmallOutlineIC小外形IC封裝TSSOP—ThinSmallShrinkOutlinePackage薄小外形封裝QFP—QuadFlatPackage四方引腳扁平式封裝BGA—BallGridArrayPackage球柵陣列式封裝CSP—ChipScalePackage芯片尺寸級(jí)封裝ICPackageStructure（IC結(jié)構(gòu)圖圖）TOPVIEWSIDEVIEWLeadFrame引線框框架GoldWire金線線DiePad芯片焊焊盤Epoxy銀漿MoldCompound塑封料料RawMaterialinAssembly(封裝原原材料料)【W(wǎng)afer】】晶圓晶圓是是指硅硅半導(dǎo)導(dǎo)體集集成電電路制制作所所用的的硅晶晶片，，由于于其形形狀為為圓形形，故故稱為為晶圓圓；在在硅晶晶片上上可加加工制制作成成各種種電路路元件件結(jié)構(gòu)構(gòu)，而而成為為有特特定電電性功功能之之IC產(chǎn)品。。RawMaterialinAssembly(封裝原原材料料)【LeadFrame】引線框框架提供電電路連連接和和Die的固定定作用用；主要材材料為為銅，，會(huì)在在上面面進(jìn)行行鍍銀銀、NiPdAu等材料料；L/F的制程程有Etch和Stamp兩種；；易氧化化，存存放于于氮?dú)鈿夤裰兄校瑵駶穸刃⌒∮谟?0%RH;除了BGA和CSP外，其其他Package都會(huì)采采用LeadFrame，BGA采用的的是Substrate；RawMaterialinAssembly(封裝原原材料料)【GoldWire】】焊接金金線實(shí)現(xiàn)芯芯片和和外部部引線線框架架的電電性和和物理理連接接；金線采采用的的是99.99%的高純純度金金；同時(shí)，，出于于成本本考慮慮，目目前有有采用用銅線線和鋁鋁線工工藝的的。優(yōu)優(yōu)點(diǎn)是是成本本降低低，同同時(shí)時(shí)工藝藝難度度加大大，良良率降降低；；線徑?jīng)Q決定可可傳導(dǎo)導(dǎo)的電電流；；0.8mil，1.0mil，1.3mils，1.5mils和2.0mils；RawMaterialinAssembly(封裝原原材料料)【MoldCompound】】塑封料料/環(huán)氧樹樹脂主要成成分為為：環(huán)環(huán)氧樹樹脂及及各種種添加加劑（（固化化劑，，改性性劑，，脫模模劑，，染色色劑，，阻燃燃劑等等）；；主要功功能為為：在在熔融融狀態(tài)態(tài)下將將Die和LeadFrame包裹起起來(lái)，，提提供供物理理和電電氣保保護(hù)，，防止止外界界干擾擾；存放條條件：：零下下5°保存，，常溫溫下需需回溫溫24小時(shí)；；RawMaterialinAssembly(封裝原原材料料)成分為為環(huán)氧氧樹脂脂填充充金屬屬粉末末（Ag）；有三個(gè)個(gè)作用用：將將Die固定在在DiePad上；散散熱熱作用用，導(dǎo)導(dǎo)電作作用；；-50°以下存存放，，使用用之前前回溫溫24小時(shí)；【Epoxy】】銀漿---環(huán)氧樹樹脂TypicalAssemblyProcessFlowFOL/前段EOL/中段Plating/電鍍EOL/后段FinalTest/測(cè)試FOL–FrontofLine前段工工藝BackGrinding磨片Wafer晶圓WaferMount晶圓安安裝WaferSaw晶圓切切割WaferWash晶圓清清洗DieAttach芯片粘粘接EpoxyCure銀漿固固化WireBond引線焊接2ndOptical第二道光檢檢3rdOptical第三道光檢檢EOLFOL–BackGrinding磨片Taping粘膠帶BackGrinding磨片De-Taping去膠帶將從晶圓廠廠出來(lái)的Wafer晶圓進(jìn)行背背面研磨，，來(lái)減薄晶晶圓達(dá)達(dá)到封封裝需要的的厚度（8mils~10mils）；磨片時(shí)，需需要在正面面（ActiveArea）貼膠帶保保護(hù)電路區(qū)區(qū)域同同時(shí)研磨背背面。研磨磨之后，去去除膠帶，，測(cè)量厚度度；FOL–WaferSaw晶圓切割WaferMount晶圓安裝WaferSaw晶圓切割WaferWash清洗將晶圓粘貼貼在藍(lán)膜（（Mylar）上，使得得即使被切切割開后，，不會(huì)散落落；通過(guò)SawBlade將整片Wafer切割成一個(gè)個(gè)個(gè)獨(dú)立的的Dice，方便后面面的DieAttach等工序；WaferWash主要清洗Saw時(shí)候產(chǎn)生的的各種粉塵塵，清潔Wafer；FOL–WaferSaw晶圓切割WaferSawMachineSawBlade(切割刀片)：LifeTime：900~1500M；SpindlierSpeed：30~50Krpm：FeedSpeed：30~50/s;FOL–2ndOpticalInspection二光檢查主要是針對(duì)對(duì)WaferSaw之后在顯微微鏡下進(jìn)行行Wafer的外觀檢查查，是否有有出現(xiàn)廢品品。ChippingDie崩邊FOL–DieAttach芯片粘接WriteEpoxy點(diǎn)環(huán)氧樹脂脂DieAttach芯片粘接EpoxyCure環(huán)氧樹脂固固化EpoxyStorage：

零下50度存放；使用之前回回溫，除去去氣泡；EpoxyWriting：

點(diǎn)銀漿漿于L/F的Pad上，Pattern可選；第一步：頂頂針從藍(lán)膜膜下面將芯芯片往上頂頂、同時(shí)真真空吸嘴將將芯片往上上吸，將芯芯片與膜藍(lán)藍(lán)脫離。FOL–DieAttach芯片粘接第二步：將將液態(tài)環(huán)氧氧樹脂涂到到引線框架架的臺(tái)載片片臺(tái)上。FOL–DieAttach芯片粘接第三步：將將芯片粘貼貼到涂好環(huán)環(huán)氧樹脂的的引線框架架上。FOL–DieAttach芯片粘接FOL–EpoxyCure環(huán)氧樹脂固化環(huán)氧樹脂固固化：-175°°C，1個(gè)小時(shí)；N2環(huán)境，防止止氧化：DieAttach質(zhì)量檢查：：DieShear（芯片剪切切力）FOL–WireBonding引線焊接利用高純度度的金線（（Au）、銅線線（Cu）或鋁線（（Al）把Pad和引線通過(guò)過(guò)焊接的方方法連接起起來(lái)。Pad是芯片上電電路的外接接點(diǎn)，引線線是引線框框架上的連連接點(diǎn)。。引線焊接是是封裝工藝藝中最為關(guān)關(guān)鍵的一部部工藝。FOL–WireBonding引線焊接KeyWords：Capillary：陶瓷劈刀刀。W/B工藝中最核核心的一個(gè)個(gè)BondingTool，內(nèi)部為空空心，中間間穿上金線線，并分別別在芯片的的Pad和引線框架的引線上形形成第一和和第二焊點(diǎn)點(diǎn)；EFO：打火桿。。用于在形形成第一焊焊點(diǎn)時(shí)的燒燒球。打火火桿打火形形成高溫，，將外露于于Capillary前端的金線線高溫熔化化成球形，，以便在Pad上形成第一一焊點(diǎn)（BondBall）；BondBall：第一焊點(diǎn)點(diǎn)。指金線線在Cap的作用下，，在Pad上形成的焊焊接點(diǎn)，一一般為一個(gè)個(gè)球形；Wedge：第二焊點(diǎn)點(diǎn)。指金線線在Cap的作用下，，在LeadFrame上形成的焊焊接點(diǎn)，一一般為月牙牙形（或者者魚尾形））；W/B四要素：壓壓力（Force）、超聲（（USGPower）、時(shí)間（（Time）、溫度（（Temperature）；FOL–WireBonding引線焊接EFO打火桿在磁磁嘴前燒球球Cap下降到芯片片的Pad上，加Force和Power形成第一焊焊點(diǎn)Cap牽引金線上上升Cap運(yùn)動(dòng)軌跡形形成良好的的WireLoopCap下降到LeadFrame形成焊接Cap側(cè)向劃開，，將金線切切斷，形成成魚尾Cap上提，完成成一次動(dòng)作作FOL–WireBonding引線焊接WireBond的質(zhì)量控制制：WirePull、StitchPull（金線頸部部和尾部拉拉力）BallShear（金球推力力）WireLoop（金線弧高高）BallThickness（金球厚度度）CraterTest（彈坑測(cè)試試）Intermetallic（金屬間化化合物測(cè)試試）SizeThicknessFOL–3rdOpticalInspection三光檢查檢查DieAttach和WireBond之后有無(wú)各種種廢品EOL–EndofLine后段工藝Molding注塑EOLLaserMark激光打字PMC高溫固化De-flash/Plating去溢料/電鍍Trim/Form切筋/成型4thOptical第四道光檢Annealing電鍍退火EOL–Molding（注塑）為了防止外部部環(huán)境的沖擊擊，利用塑封封料把引線鍵合完完成后的產(chǎn)品品封裝起來(lái)來(lái)的的過(guò)程，并需需要加熱硬化化。BeforeMoldingAfterMoldingEOL–Molding（注塑）MoldingTool（模具）EMC（塑封料）為為黑色塊狀，，低溫存儲(chǔ)，，使用前需先先回溫。其特特性性為：在高溫溫下先處于熔熔融狀態(tài)，然然后會(huì)逐漸硬硬化，最終成成型。Molding參數(shù)：MoldingTemp：175~185°C；ClampPressure：3000~4000N；TransferPressure：1000~1500Psi；TransferTime：5~15s；CureTime：60~120s；CavityL/FL/FEOL–Molding（注塑）MoldingCycle-塊狀塑封料放放入模具孔中中-高溫下，塑封封料開始熔化化，順著軌道道流向孔穴中中-從底部開始，，逐漸覆蓋芯芯片-完全覆蓋包裹裹完畢，成型型固化EOL–LaserMark（激光打字））在產(chǎn)品（Package）的正面或者者背面激光刻刻字。內(nèi)容有有：產(chǎn)品名稱稱，生產(chǎn)日期期，生產(chǎn)批次次等；BeforeAfterEOL–PostMoldCure（模后固化））用于Molding后塑封料的固固化，保護(hù)IC內(nèi)部結(jié)構(gòu)，消消除內(nèi)部應(yīng)力力。CureTemp：175+/-5°C；CureTime：8HrsESPECOven4hrsEOL–De-flash（去溢料）BeforeAfter目的：去溢料的目的在于去去除模具后在在管體周圍引引線之間多多余的溢料料；

方法：：弱酸浸泡，，高壓水沖洗洗；EOL–Plating（電鍍）BeforePlatingAfterPlating利用金屬和化化學(xué)的方法，，在引線框架架的表面鍍鍍上一層鍍層層，以防止外外界環(huán)境的影影響（潮濕和和熱）。并并且使元器件件在PCB板上容易焊接接及提提高導(dǎo)導(dǎo)電性。電鍍一般有兩兩種類型：Pb-F