第三章微電子封裝流程演示文稿

第三章微電子封裝流程演示文稿現(xiàn)在是1頁\一共有68頁\編輯于星期一優(yōu)選第三章微電子封裝流程現(xiàn)在是2頁\一共有68頁\編輯于星期一一、塑料封裝工藝流程現(xiàn)在是3頁\一共有68頁\編輯于星期一PBGA：TOPVIEWBOTTOMVIEW以PBGA為例介紹一下封裝制程現(xiàn)在是4頁\一共有68頁\編輯于星期一PBGA的詳細制程（Packageprocess)貼片烘烤離子清除打線接合烘烤植球助焊劑清除晶圓植入晶圓切割晶片黏結(jié)封模烘烤印記單顆化包裝及運送TapingWaferMountDieSawDieAttachMarkingCureMoldingWireBondPlasmaCleaningCureCureBallMountFluxCleanSingulationPacking&Delivery現(xiàn)在是5頁\一共有68頁\編輯于星期一SingulationMoldingSolderBallAttachPackagingProcessSawingWireBondingDieDieAttachWaferWirePackingFinalTestSolderBallMoldingCompoundWafer切割貼片打線&打金線塑模貼錫球單顆化現(xiàn)在是6頁\一共有68頁\編輯于星期一

劃片就是把已制有電路圖形的集成電路圓片切割分離成具有單個圖形(單元功能)的芯片，常用的方法有金剛刀劃片、砂輪劃片和激光劃片等幾種：金剛刀劃片質(zhì)量不夠好，也不便于自動化生產(chǎn)，但設(shè)備簡單便宜，目前已很少使用；激光劃片屬于新技術(shù)范躊，正在推廣試用階段。目前使用最多的是砂輪劃片，質(zhì)量和生產(chǎn)效率都能滿足一般集成電路制作的要求。1、劃片WaferSawing現(xiàn)在是7頁\一共有68頁\編輯于星期一晶圓粘片晶圓切割WaferMountDieSaw晶元切割前首先必須在晶元背面貼上膠帶（BlueTape),并固定在鋼制的框架上，完成晶元粘片（WaferMount&tapeMount)的動作,然后再送進晶元切割機上進行切割。切割是為了分離Wafer上的晶粒（die），切割完后，一顆顆晶粒就井然有序的排列在膠帶上。同時由于框架的支撐可避免膠帶皺褶而使晶粒互相碰撞，并且還可以支撐住膠帶以便于搬運?，F(xiàn)在是8頁\一共有68頁\編輯于星期一wafer鋼制框架現(xiàn)在是9頁\一共有68頁\編輯于星期一現(xiàn)在是10頁\一共有68頁\編輯于星期一Au膜互連線Si芯片現(xiàn)在是11頁\一共有68頁\編輯于星期一WaferSawing割刀藍色膠帶DIwater去離子水現(xiàn)在是12頁\一共有68頁\編輯于星期一*刀片轉(zhuǎn)速

:

30,000~40,000rpmFullCutting(105%)*DIWater（去離子水的作用）：

洗去硅的殘留碎片

電阻系數(shù):16~18Mohm

水的沖洗速度:80~100mm/sec

切割方法：:單步切割（single)

分步切割

(step)

斜角切割(bevel)AlNi金剛石小顆粒(3~6micrometer)*

易產(chǎn)生的問題

:DieCrack

（晶片破裂）鋸口寬度Blade現(xiàn)在是13頁\一共有68頁\編輯于星期一現(xiàn)在是14頁\一共有68頁\編輯于星期一

WaferFeedingDirectionSawBladeWaferWaferMount

TapeWaferSawingStageSpindleSpeedWaferTapeSpeedWaterNozzleWaferWash/DryStage現(xiàn)在是15頁\一共有68頁\編輯于星期一繃片：經(jīng)劃片后仍粘貼在塑料薄膜上的圓片，如需要分離成單元功能芯片而又不許脫離塑料薄膜時，則可采用繃片機進行繃片，即把粘貼在薄膜上的圓片連同框架一起放在繃片機上用一個圓環(huán)頂住塑料薄膜，并用力把它繃開，粘在其上的圓片也就隨之從劃片槽處分裂成分離的芯片。這樣就可將已經(jīng)分離的但仍與塑料薄膜保持粘連的芯片．連同框架一起送入自動裝片機上進行芯片裝片?，F(xiàn)在裝片機通常附帶有繃片機構(gòu)。分片：當(dāng)需人工裝片時，則需要進行手工分片，即把已經(jīng)經(jīng)過劃片的圓片倒扣在絲絨布上，背面墊上一張濾紙，再用有機玻璃棒在其上面進行搟壓，則圓片由于受到了壓應(yīng)力而沿著劃片槽被分裂成分離的芯片。然后仔細地把圓片連同絨布和濾紙一齊反轉(zhuǎn)過來，揭去絨布，芯片就正面朝上地排列在濾紙上，這時便可用真空氣鑷子將單個芯片取出，并存放在芯片分居盤中備用。2、繃片和分片現(xiàn)在是16頁\一共有68頁\編輯于星期一Dieattach

3、基板的金屬化布線在基板的表面形成與外界通信的薄膜型金屬互連線現(xiàn)在是17頁\一共有68頁\編輯于星期一4、芯片裝片把集成電路芯片核接到外殼底座(如多層陶瓷封裝)或帶有引線框架的封裝基板上的指定位置，為絲狀引線的連接提供條件的工藝，稱之為裝片。由于裝片內(nèi)涵多種工序，所以從工藝角度習(xí)慣上又稱為粘片、燒結(jié)、芯片鍵合和裝架。根據(jù)目前各種封裝結(jié)構(gòu)和技術(shù)要求，裝片的方法可歸納為導(dǎo)電膠粘接法、銀漿或低溫玻璃燒結(jié)法和低熔點合金的焊接法等幾種，可根據(jù)產(chǎn)品的具體要求加以選擇。Dieattach粘接劑芯片金屬化布線芯片芯片現(xiàn)在是18頁\一共有68頁\編輯于星期一現(xiàn)在是19頁\一共有68頁\編輯于星期一黏結(jié)方法：

1.共晶黏結(jié)法。

2.玻璃膠黏結(jié)法。

3.高分子膠黏結(jié)法。

4.焊接黏結(jié)法?，F(xiàn)在是20頁\一共有68頁\編輯于星期一共晶黏結(jié)法。原理：利用金-硅和金在3wt%金。363?C時產(chǎn)生的共晶（Eutectic)反應(yīng)特性進行IC晶片的粘結(jié)固定。實現(xiàn)步驟：1.將IC晶片置于已鍍有金膜的基板晶片座上，加熱到425?C，然后由金-硅之間的相互擴散作用完成結(jié)合。

2.通常在熱氮氣的環(huán)境中進行，防止硅高溫氧化。

3.基板與晶片反應(yīng)前先相互磨擦（Scrubbing),以除去氧化層，加反映界面的潤濕性，否則會導(dǎo)致孔洞(void)產(chǎn)生而使結(jié)合強度與熱傳導(dǎo)性降低。同時也造成應(yīng)力不均勻而導(dǎo)致IC晶片破裂損壞。優(yōu)化步驟：1.IC晶片背面鍍有一薄層的金

2.基板的晶片座上植入預(yù)型片（Perform).厚度約25mm，面積約為晶片的三分之一的金-2wt%硅合金薄片。用于彌補基板孔洞平整度不佳造成的不完全結(jié)合。用于大面積晶片的結(jié)合。

3.由于預(yù)型片成分并非金硅完全互溶的合金，硅團塊仍會有氧化現(xiàn)象，所以還必須有交互摩擦的動作，還必須在氮氣環(huán)境下反應(yīng)。

4.預(yù)型片不能過量使用，否則會造成材料溢流，降低可靠度

5.預(yù)型片也能用不易氧化的純金片。不過結(jié)合溫度較高?，F(xiàn)在是21頁\一共有68頁\編輯于星期一玻璃膠黏結(jié)法。適用于陶瓷等較低成本的晶片粘結(jié)技術(shù)3種涂膠的方法:

1.戳?。╯tamping)2.網(wǎng)?。⊿creenPrinting)3.點膠（SyringeTransfer)放好晶片后加熱，除去膠中的有機成分，并使玻璃熔融結(jié)合。優(yōu)點：無孔洞，優(yōu)良的穩(wěn)定性，低殘余應(yīng)力，低濕氣含量缺點：粘結(jié)熱處理過程中，冷卻溫度要謹慎控制以防結(jié)合破裂

膠中有機成分必須完全除去，否則有害封裝時結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和可靠度。現(xiàn)在是22頁\一共有68頁\編輯于星期一高分子膠黏結(jié)法。高分子材料與銅引腳材料的熱膨脹系數(shù)相近，是塑料封裝的常用晶片粘結(jié)法3種涂膠的方法:

1.戳?。╯tamping)2.網(wǎng)?。⊿creenPrinting)3.點膠（SyringeTransfer)高分子膠材料：環(huán)氧樹脂（Epoxy)或聚亞硫胺步驟：放置IC晶片，加熱完成粘結(jié)優(yōu)點：高分子膠中可填入銀等金屬以提高熱傳導(dǎo)性；膠材可以制成固體膜狀再熱壓結(jié)合；成本低又能配合自動化生產(chǎn)。缺點：熱穩(wěn)定性較差，易導(dǎo)致有機成分泄漏而影響封裝可靠度現(xiàn)在是23頁\一共有68頁\編輯于星期一焊接黏結(jié)法。另一種利用合金反應(yīng)進行晶片粘結(jié)的方法，也在熱氮氣環(huán)境中進行常見的焊料：金-硅；金-錫；金-鍺等硬性合金與鉛-錫；鉛-銀-銦等軟質(zhì)合金優(yōu)點：有優(yōu)良的熱傳導(dǎo)性硬性合金：良好的抗疲勞（Fatigue)與抗?jié)撟儯–reep)特性；但易產(chǎn)生熱膨脹系數(shù)差異引起應(yīng)力破壞問題軟性合金：軟質(zhì)焊料能改善硬性合金的缺點，但是使用前必須在晶片背面先鍍上多層金屬薄膜以促進焊料的潤濕。現(xiàn)在是24頁\一共有68頁\編輯于星期一

最早的辦法是采用拉絲焊、合金焊和點焊。直到1964年集成電路才開始采用熱壓焊和超聲焊。集成電路的芯片與封裝外殼的連接方式，目前可分為有引線控合結(jié)構(gòu)和無引線鍵合結(jié)構(gòu)兩大類。有引線鍍合結(jié)構(gòu)就是我們通常所說的絲焊法，即用金絲或鋁絲實行金—金鍵合，金—鋁銀鍵合或鋁—鋁鍵合。由于它們都是在一定壓力下進行的焊接，所以又稱鍵合為壓焊。5、引線鍵合粘接劑芯片金屬化布線芯片金絲現(xiàn)在是25頁\一共有68頁\編輯于星期一WireBonding現(xiàn)在是26頁\一共有68頁\編輯于星期一

密封技術(shù)就是指在集成電路制作過程中經(jīng)過組裝和檢驗合格后對其實行最后封蓋，以保證所封閉的空腔中能具有滿意的氣密性，并且用質(zhì)譜儀或放射性氣體檢漏裝置來進行測定，判斷其漏氣速率是否達到了預(yù)定的指標。通常都是以金屬、玻璃和陶瓷為主進行密封，并稱它們?yōu)闅饷苄苑庋b；而塑料封襲則稱非氣密性封裝。6、封模現(xiàn)在是27頁\一共有68頁\編輯于星期一塑模（Molding)作用： 將晶片與外界隔絕 避免上面的金線被破壞 防止?jié)駳膺M入產(chǎn)生腐蝕 避免不必要的訊號破壞 有效地將晶片產(chǎn)生的熱排出到外界 能夠用手拿步驟：

1.導(dǎo)線架或基板放到框架上預(yù)熱

2.框架放于壓膜機內(nèi)的封裝模上

3.壓模機關(guān)閉模穴，壓模，將半融化的樹脂擠入模具中

4.樹脂填充完畢，硬化，開模完成?，F(xiàn)在是28頁\一共有68頁\編輯于星期一

塑料封裝生產(chǎn)的特點，就是在集成電路的生產(chǎn)過程中，通過組裝可以一次加工完畢，而不需由外殼生產(chǎn)廠進行配套，因而其工作量可大為降低，適合于大批量的自動化生產(chǎn)，已成為集成電路的主要封裝形式之一?，F(xiàn)在是29頁\一共有68頁\編輯于星期一

塑料封裝的成型方法有滴涂法、浸漬涂敷法、填充法、澆鑄法和遞模成型法。應(yīng)根據(jù)封裝的對象、可靠性水平和生產(chǎn)批量的不同選用合適的成型方法。

塑料封裝成型方法現(xiàn)在是30頁\一共有68頁\編輯于星期一

①滴涂成型法用滴管把液體樹脂滴涂到鍵合后的芯片上，經(jīng)加熱后固化成型，又稱軟封裝?，F(xiàn)在是31頁\一共有68頁\編輯于星期一

滴涂法工藝操作簡單，成本低，不需要專用的封裝設(shè)備和模具，適用于多品種小批量生產(chǎn)，但封裝的可靠性差，封裝外形尺寸不一致，不適合大批量生產(chǎn)，其工藝流程是現(xiàn)在是32頁\一共有68頁\編輯于星期一②浸漬涂敷法成型把元、器件待封裝部位浸漬到樹脂溶液中，使樹脂包封在其表面，經(jīng)加熱固化成型。現(xiàn)在是33頁\一共有68頁\編輯于星期一

浸漬涂敷法工藝操作筒單，成本低，不需要專用的封裝設(shè)備和模具，但封裝的可籌性差，封裝外形不一致，表面浸漬的樹脂量不易均勻，其工藝流程是現(xiàn)在是34頁\一共有68頁\編輯于星期一

③填充法成型把元器件待封裝部位放入外殼(塑料或金屬殼)內(nèi)，再用液體樹脂填平經(jīng)加熱固化成現(xiàn)在是35頁\一共有68頁\編輯于星期一

填充法工藝操作簡單，成本低，防潮性能好，適合選用不同材料的外殼，但生產(chǎn)效率較低，樹脂量不易控制．且可靠性差，其工藝流程是現(xiàn)在是36頁\一共有68頁\編輯于星期一④澆鑄法成型把元器件待封裝部位放入鑄模內(nèi)，用液體樹脂灌滿，經(jīng)加熱固化成型現(xiàn)在是37頁\一共有68頁\編輯于星期一澆鑄法成型工藝操作簡單，成本低，封裝外形尺寸一致，防潮性能較好，但封接后不易脫模，生產(chǎn)效率低．可靠性也差，其工藝流程是現(xiàn)在是38頁\一共有68頁\編輯于星期一⑤遞模成型塑料包封機上油缸壓力，通過注塑桿和包封模的注塑頭、傳送到被預(yù)熱的模塑料上，使模塑料經(jīng)澆道、澆口緩促的擠入型腔，并充滿整個腔體，把芯片包封起來。此方法稱為遞模成型法現(xiàn)在是39頁\一共有68頁\編輯于星期一用EMC塑模的過程（EMCMoldingProcess）預(yù)熱現(xiàn)在是40頁\一共有68頁\編輯于星期一現(xiàn)在是41頁\一共有68頁\編輯于星期一

遞模成型工藝操作簡單，勞動強度低，封裝后外形一致性好，成品率高，且耐濕性能好，適合大批量工業(yè)化生產(chǎn)，但一次性投資多，占用生產(chǎn)場地大，當(dāng)更換封裝品種時，需要更換專用的包封模具和輔助工具。遞模成型法是集成電路的主要封裝形式，其工藝流程是現(xiàn)在是42頁\一共有68頁\編輯于星期一塑模Molding現(xiàn)在是43頁\一共有68頁\編輯于星期一影響mold質(zhì)量的幾個主要因素Mold參數(shù)的影響：預(yù)熱情況；Mold的溫度；壓模時間；壓模壓強Mold芯片的影響：模道的設(shè)計；Gate的設(shè)計；芯片表面情況；

Gate的位置Mold材料的影響：密度；黏性；凝膠時間；濕度Mold操作面影響：OP的訓(xùn)練熟練度；對工作知識的了解設(shè)計對Mold質(zhì)量的影響：芯片的設(shè)計；襯板的設(shè)計；封裝的設(shè)計；金線長度；金線的直徑現(xiàn)在是44頁\一共有68頁\編輯于星期一目的：用于適當(dāng)?shù)谋鎰eIC元件內(nèi)容：生產(chǎn)的記號，如商品的規(guī)格，制造者，機種，批號等要求：印字清晰且不脫落方式：按印式－像印章一樣直接印字在膠體上轉(zhuǎn)印式－padprint,使用轉(zhuǎn)印頭，從字模上沾印再印字在膠體上雷射式－lasermark,用laser光印字7、印字（Mark)現(xiàn)在是45頁\一共有68頁\編輯于星期一MarkingMarking(Laser/ink)ABCWorldLeadingWaferFAB現(xiàn)在是46頁\一共有68頁\編輯于星期一印字（Mark)機臺現(xiàn)在是47頁\一共有68頁\編輯于星期一8、植球：SoldballattachSolderBallAttachSolderBall貼錫球現(xiàn)在是48頁\一共有68頁\編輯于星期一現(xiàn)在是49頁\一共有68頁\編輯于星期一PBGA結(jié)構(gòu)：OrganicSubstrateDieWireEMCAdhesiveSolderBall現(xiàn)在是50頁\一共有68頁\編輯于星期一現(xiàn)在是51頁\一共有68頁\編輯于星期一9、單顆化：SingulationSawSingulationRouterABC27DecABC27DecABC27DecABC27DecPunch現(xiàn)在是52頁\一共有68頁\編輯于星期一PBGA現(xiàn)在是53頁\一共有68頁\編輯于星期一目的：確認封裝后的元件的可用性，找出不良原因，提升良率檢測內(nèi)容：引腳的平整性；共面度；腳距；印字清晰度；膠體外觀完整性；可靠性檢測10、檢測（Inspection)現(xiàn)在是54頁\一共有68頁\編輯于星期一11、直插式（leadframe）封裝工藝SawingWireBondingMoldDieAttachPackingTrimmingWaferFormingFinalTestLeadFrameTinPlatingSnPb/SnBiBondingWireEMCSawBladeCapillaryDie現(xiàn)在是55頁\一共有68頁\編輯于星期一

先將I／O引線沖制成引線框架，然后在芯片固定引線架的中央芯片區(qū)，再將芯片的各焊區(qū)用WB焊到其他引線鍵合區(qū)，這就完成了裝架及引線焊接工序，接下來就是完成塑封工序這一步了。先按塑封件的大小制成一定規(guī)格的上下塑封模具，模具有數(shù)十個甚至數(shù)百個相同尺寸的空腔．每個腔體間有細通道相連。將焊接內(nèi)引線好的引線框架放到模具的各個腔體中，塑封時，先將塑封料加熱至150-180℃，待其充分軟化熔融后，再加壓將塑封料壓到各個腔體中，略待