集成电路芯片封装技术封装工艺流程课件

第二章第二章第二章 封装工艺流程封装工艺流程第二章前课回顾1.1.微电子封装技术发展的驱动力有哪些方面？微电子封装技术发展的驱动力有哪些方面？2.2.微电子封装技术发展对封装的要求体现在哪里？微电子封装技术发展对封装的要求体现在哪里？ICIC发展发展+ +电子整机发展电子整机发展+ +市场驱动市场驱动= =微电子技术产业微电子技术产业第二章 封装工艺流程概述封装工艺流程概述主要内容 芯片切割芯片切割 芯片贴装芯片贴装 芯片互连芯片互连 成型技术成型技术 去飞边毛刺去飞边毛刺 上焊锡上焊锡 切筋成型与打码切筋成型与打码第二章封装工艺流程概述封装工艺流程概述 芯片封装始于IC晶圆完成之后，包括IC晶圆的粘片固化、互连、成型固化、切筋成形、引线电镀、打码等主要过程。第二章封装工艺流程封装工艺流程第二章 IC芯片获得通常需经过两个过程： IC IC制造和芯片封装制造和芯片封装其中，其中，IC制造属于集成电路制造工艺领域，通常两过程在不同的企业或地区进行：分工协作国际化增强。 芯片测试常在IC制造工艺线上进行，并将有缺陷产品进行标记，以便芯片封装阶段自动剔除不合格芯片。封装工艺流程概述封装工艺流程概述第二章芯片封装的流程又通常分两个阶段：芯片封装的流程又通常分两个阶段： 1）封装材料成型之前的工艺步骤称为前段操作 2）材料成型之后的工艺步骤称为后段操作 其中，前段操作所需的环境洁净度要求高于后段操其中，前段操作所需的环境洁净度要求高于后段操作，但随着芯片的复杂化和微型化，整体操作环境要求作，但随着芯片的复杂化和微型化，整体操作环境要求均得到了提高。均得到了提高。 封装流程分段封装流程分段第二章封装工艺流程封装工艺流程芯片切割芯片切割 当前，晶圆片尺寸不断加大，8英寸和12英寸晶圆使用越来越广泛，为了保证硅圆片质量，圆片厚度相应增加，给芯片切割带来了难度。第二章封装工艺流程封装工艺流程芯片切割芯片切割 以薄型小外形尺寸封装（TSOP）为例，晶圆片电路层厚度为300um，晶圆片厚度为900um,电路层制作完成后，需要对硅片进行背面减薄。问题： 一定厚度衬底材料的作用？一定厚度衬底材料的作用？ 常用的硅片减薄技术有哪几种？常用的硅片减薄技术有哪几种？ 硅片的划片（芯片切割）的操作步骤？硅片的划片（芯片切割）的操作步骤？ 何谓何谓”先划片后减薄先划片后减薄”技术和技术和“减薄划片减薄划片”技术技术？第二章封装工艺流程封装工艺流程芯片贴装芯片贴装 芯片贴装（Die Mount）又称芯片粘贴，是将IC芯片固定于封装基板或引脚架承载座上的工艺过程。 芯片应贴装到引脚架的中间焊盘上，焊盘尺寸要与芯片大小相匹配，大小不匹配会产生什么现象？ 芯片贴装方式主要有四种：共晶粘贴法、焊接粘贴法、导电胶粘贴法和玻璃胶粘贴法。第二章封装工艺流程封装工艺流程芯片贴装方法芯片贴装方法粘结方式粘结方式技术要点技术要点技术优缺点技术优缺点共晶粘共晶粘贴法贴法金属共晶化金属共晶化合物：扩散合物：扩散预型片和芯片背面预型片和芯片背面镀膜镀膜高温工艺、高温工艺、CTE失配失配严重，芯片易开裂严重，芯片易开裂焊接粘焊接粘结法结法锡铅焊料锡铅焊料合金反应合金反应背面镀金或镍，焊背面镀金或镍，焊盘淀积金属层盘淀积金属层导热好，工艺复杂，导热好，工艺复杂，焊料易氧化焊料易氧化导电胶导电胶粘结法粘结法环氧树脂（环氧树脂（填充银）填充银）化学结合化学结合芯片不需预处理芯片不需预处理粘结后固化处理粘结后固化处理或热压结合或热压结合热稳定性不好，吸潮热稳定性不好，吸潮形成空洞、开裂形成空洞、开裂玻璃胶玻璃胶粘结法粘结法绝缘玻璃胶绝缘玻璃胶物理结合物理结合上胶加热至玻璃熔上胶加热至玻璃熔融温度融温度成本低、去除有机成成本低、去除有机成分和溶剂需完全分和溶剂需完全第二章实例：共晶芯片粘贴法实例：共晶芯片粘贴法第二章封装工艺流程封装工艺流程芯片互连芯片互连 芯片互连是指将芯片焊区与电子封装外壳的I/O引线或基板上的金属布线焊区相连接，实现芯片功能的制造技术。 芯片互连的常见方法包括引线键合（又称打线键合）技术（WB）、载带自动键合技术（TAB）和倒装芯片键合技术（FCB）三种。其中，FCB又称为C4可控塌陷芯片互连技术。是微系统封装的 基础技术和专有技术第二章WB中，引线过长引起短路，压焊过重引起引线损伤、芯片断裂，压焊过轻或芯片表面膨胀会导致虚焊等。TAB和FCB中，芯片凸点高度不一致，点阵凸点与基板的应力不匹配也会引起基板变形、焊点失效。封装工艺流程封装工艺流程芯片互连芯片互连第二章即：将芯片与引线框架包装起来。金属封装、塑料封装、陶瓷封装等；塑料封装最常用方式，占90%的市场。塑料封装的成型技术包括：v 转移成型技术 （主要方法）v 喷射成型技术v 预成型技术封装材料成型技术封装材料成型技术第二章封装材料成型技术封装材料成型技术 塑料等高分子聚合物是当前使用较多的封装成型材料，塑料等高分子聚合物是当前使用较多的封装成型材料，塑料材料通常分为热固性聚合物和热塑性聚合物两种。塑料材料通常分为热固性聚合物和热塑性聚合物两种。 热固性和热塑性聚合物的区别？热固性和热塑性聚合物的区别？ 热塑性聚合物：聚合物分子间以物理力聚合而成，加热时可熔融，并能溶于适当溶剂中。热塑性聚合物受热时可塑化，冷却时则固化成型，并且可反复进行。 热固性聚合物：低温时聚合物是塑性或流动的，当加热热固性聚合物：低温时聚合物是塑性或流动的，当加热到一定温度时，聚合物分子发生交联反应，形成刚性固体，到一定温度时，聚合物分子发生交联反应，形成刚性固体，并不能反复加热使之塑性流动，不可回收利用。并不能反复加热使之塑性流动，不可回收利用。 第二章 当前使用的封装材料多为高分子聚合材料，以当前使用的封装材料多为高分子聚合材料，以塑料封装为例，成型技术主要包括以下几种：塑料封装为例，成型技术主要包括以下几种：1 转移成型技术（转移成型技术（Transfer Molding） 热固性塑料转移成型工艺是将热固性塑料转移成型工艺是将“热流道注塑热流道注塑”和和“压力压力成型成型” 组合工艺。传统热流道注塑成型中，熔体腔室中保组合工艺。传统热流道注塑成型中，熔体腔室中保持一定的温度，在外加压力作用下塑封料进入芯片模具型持一定的温度，在外加压力作用下塑封料进入芯片模具型腔内，获得一定形状的芯片外形。腔内，获得一定形状的芯片外形。 封装材料成型技术封装材料成型技术第二章封装材料转移成型过程封装材料转移成型过程1 1、芯片及完成互连的框架置于模具中；、芯片及完成互连的框架置于模具中；2 2、将塑封料预加热后放入转移成型机转移罐中；、将塑封料预加热后放入转移成型机转移罐中；3 3、在一定温度和转移成型活塞压力作用下，塑封、在一定温度和转移成型活塞压力作用下，塑封料注射进入浇道，通过浇口进入模具型腔；料注射进入浇道，通过浇口进入模具型腔；4 4、塑封料在模具内降温固化，保压后顶出模具进、塑封料在模具内降温固化，保压后顶出模具进一步固化。一步固化。第二章 喷射成型工艺是将混有喷射成型工艺是将混有引发剂和促引发剂和促进剂进剂的两种聚酯分别从喷枪两侧喷出，的两种聚酯分别从喷枪两侧喷出，同时将塑封料树脂由喷枪中心喷出，使同时将塑封料树脂由喷枪中心喷出，使其与引发剂和促进剂均匀混合，沉积到其与引发剂和促进剂均匀混合，沉积到模具型腔内，当沉积到一定厚度时，用模具型腔内，当沉积到一定厚度时，用辊轮压实，使纤维浸透树脂，排除气泡，辊轮压实，使纤维浸透树脂，排除气泡，固化后成型。固化后成型。 封装材料成型技术封装材料成型技术2 2 喷射成型技术（喷射成型技术（Inject MoldingInject Molding）第二章封装材料成型技术封装材料成型技术3 预成型技术（预成型技术（Pre-Molding） 预成型工艺是将封装材料预先做成封装芯片外形对应预成型工艺是将封装材料预先做成封装芯片外形对应的形状，如陶瓷封装，先做好上下陶瓷封盖后，在两封盖的形状，如陶瓷封装，先做好上下陶瓷封盖后，在两封盖间高温下采用硼硅酸玻璃等材料进行密封接合。间高温下采用硼硅酸玻璃等材料进行密封接合。第二章封装工艺流程封装工艺流程去飞边毛刺去飞边毛刺 毛刺飞边是指封装过程中塑封料树脂溢出、贴带毛边、引线毛刺等飞边毛刺现象。随着成型模具设计和技术的改进，毛刺和飞边现象越来越少。 封装成型过程中，塑封料可能从模具合缝处渗出来，流到外面的引线框架上，毛刺不去除会影响后续工艺。第二章毛刺飞边去除工艺： 介质去毛刺飞边：研磨料和高压空气一起冲洗模块，介质去毛刺飞边：研磨料和高压空气一起冲洗模块，研磨料在去除毛刺的同时，可将引脚表面擦毛，有助于后研磨料在去除毛刺的同时，可将引脚表面擦毛，有助于后续上锡操作。续上锡操作。溶剂去飞边毛刺和水去飞边毛刺： 利用高压液体流冲击模块，利用溶剂的溶解性去除毛利用高压液体流冲击模块，利用溶剂的溶解性去除毛刺飞边，常用于很薄毛刺的去除。刺飞边，常用于很薄毛刺的去除。封装工艺流程封装工艺流程去飞边毛刺去飞边毛刺第二章封装工艺流程封装工艺流程引脚上焊锡引脚上焊锡上焊锡目的： 增加保护性镀层，以增加引脚抗蚀性，并增加其可焊性 上焊锡方法：电镀或浸锡工艺 电镀工艺电镀工艺: :引脚清洗引脚清洗- -电镀槽电镀电镀槽电镀- -烘干烘干浸锡工艺: 去飞边去飞边- -去油和氧化物去油和氧化物- -浸助焊剂浸助焊剂- -加热浸锡加热浸锡- -清洗、烘干清洗、烘干第二章封装工艺流程封装工艺流程切筋成型切筋成型 切筋成型其实是两道工序：切筋和打弯，通常同时完成。 切筋工艺，是指切除框架外引脚之间的堤坝（dam bar）及在框架带上连在一起的地方； 打弯工艺则是将引脚弯成一定的形状，以适合装配的需要。第二章 对于打弯工艺，最主要的问题是引脚变形。对于PTH装配，由于引脚数较少且较粗，基本没有问题。对SMT装配来讲，尤其是高引脚数目框架和微细间距框架器件，一个突出的问题是引脚的非共面性（lead non Coplanarity）。 封装工艺流程封装工艺流程打弯工艺打弯工艺造成非共面性原因：工艺过程处理不恰当工艺过程处理不恰当成型后降温过程引起的框架翘曲成型后降温过程引起的框架翘曲 第二章封装工艺流程封装工艺流程芯片外形芯片外形第二章 打码是在封装模块顶部印上去不掉的、字迹打码是在封装模块顶部印上去不掉的、字迹清楚的字母和标识，包括制造商信息、国家、器清楚的字母和标识，包括制造商信息、国家、器件代码等，主要是为了便于识别和可跟踪。打码件代码等，主要是为了便于识别和可跟踪。打码方法有多种，其中最常用的是印码（方法有多种，其中最常用的是印码（PrintPrint）方）方法：包括油墨印码法：包括油墨印码(ink marking)(ink marking)和激光印码和激光印码(Laser Marking)(Laser Marking)两种。两种。封装工艺流程封装工艺流程打码打码第二章封装工艺流程封装工艺流程打码实例打码实例第二章测试测试 在完成打码工序后，所有器件都要在完成打码工序后，所有器件都要100进行测进行测试。这些测试包括一般的目检、老化试验和最终的试。这些测试包括一般的目检、老化试验和最终的产品测试。产品测试。 封装工艺流程封装工艺流程测试、包装测试、包装包装包装 对于连续生产流程，元件的包装形式应该方便拾对于连续生产流程，元件的包装形式应该方便拾取，且不需作调整就能够应用到自动贴片机上。取，且不需作调整就能够应用到自动贴片机上。