半导体封装流程完整课件

LogoIntroduction of IC Assembly ProcessIC封装工艺简介封装工艺简介Introduction of IC Assembly PrLogoIntroduction of IC Assembly Process一、概念一、概念 半导体芯片封装是指利用膜技术及细微加工半导体芯片封装是指利用膜技术及细微加工技术，将芯片及其他要素在框架或基板上布局、技术，将芯片及其他要素在框架或基板上布局、粘贴固定及连接，引出接线端子并通过可塑性绝粘贴固定及连接，引出接线端子并通过可塑性绝缘介质灌封固定，构成整体立体结构的工艺。此缘介质灌封固定，构成整体立体结构的工艺。此概念为狭义的封装定义。更广义的封装是指封装概念为狭义的封装定义。更广义的封装是指封装工程，将封装体与基板连接固定，装配成完整的工程，将封装体与基板连接固定，装配成完整的系统或电子设备，并确保整个系统综合性能的工系统或电子设备，并确保整个系统综合性能的工程。将前面的两个定义结合起来构成广义的封装程。将前面的两个定义结合起来构成广义的封装概念。概念。Introduction of IC Assembly PrLogo半导体封装的目的及作用半导体封装的目的及作用 第一，保护：半导体芯片的生产车间都有非常严格的生产第一，保护：半导体芯片的生产车间都有非常严格的生产条件控制，恒定的温度（条件控制，恒定的温度（2303）、恒定的湿度（）、恒定的湿度（5010%）、）、严格的空气尘埃颗粒度控制（一般介于严格的空气尘埃颗粒度控制（一般介于1K到到10K）及严格的静）及严格的静电保护措施，裸露的装芯片只有在这种严格的环境控制下才不电保护措施，裸露的装芯片只有在这种严格的环境控制下才不会失效。但是，我们所生活的周围环境完全不可能具备这种条会失效。但是，我们所生活的周围环境完全不可能具备这种条件，低温可能会有件，低温可能会有-40、高温可能会有、高温可能会有60、湿度可能达到、湿度可能达到100%，如果是汽车产品，其工作温度可能高达，如果是汽车产品，其工作温度可能高达120以上，为以上，为了要保护芯片，所以我们需要封装。了要保护芯片，所以我们需要封装。第二，支撑：支撑有两个作用，一是支撑芯片，将芯片固第二，支撑：支撑有两个作用，一是支撑芯片，将芯片固定好便于电路的连接，二是封装完成以后，形成一定的外形以定好便于电路的连接，二是封装完成以后，形成一定的外形以支撑整个器件、使得整个器件不易损坏。支撑整个器件、使得整个器件不易损坏。半导体封装的目的及作用 第一，保护：半导体芯片Logo半导体封装的目的及作用半导体封装的目的及作用 第三，连接：连接的作用是将芯片的电极和外界的电路连第三，连接：连接的作用是将芯片的电极和外界的电路连通。引脚用于和外界电路连通，金线则将引脚和芯片的电路连通。引脚用于和外界电路连通，金线则将引脚和芯片的电路连接起来。载片台用于承载芯片，环氧树脂粘合剂用于将芯片粘接起来。载片台用于承载芯片，环氧树脂粘合剂用于将芯片粘贴在载片台上，引脚用于支撑整个器件，而塑封体则起到固定贴在载片台上，引脚用于支撑整个器件，而塑封体则起到固定及保护作用。及保护作用。第四，可靠性：任何封装都需要形成一定的可靠性，这是第四，可靠性：任何封装都需要形成一定的可靠性，这是整个封装工艺中最重要的衡量指标。原始的芯片离开特定的生整个封装工艺中最重要的衡量指标。原始的芯片离开特定的生存环境后就会损毁，需要封装。芯片的工作寿命，主要决于对存环境后就会损毁，需要封装。芯片的工作寿命，主要决于对封装材料和封装工艺的选择。封装材料和封装工艺的选择。半导体封装的目的及作用 第三，连接：连接的作用LogoIC Process FlowCustomer客客 户户IC DesignIC设计设计Wafer Fab晶圆制造晶圆制造Wafer Probe晶圆测试晶圆测试Assembly&TestIC 封装测试封装测试SMTIC组装组装IC Process FlowCustomerIC DesiLogoIC Package（IC的封装形式）的封装形式）Package-封装体：封装体：指芯片（指芯片（Die）和不同类型的框架（）和不同类型的框架（L/F）和塑封料（）和塑封料（EMC）形成的不同外形的封装体。形成的不同外形的封装体。IC Package种类很多，可以按以下标准分类：种类很多，可以按以下标准分类：按封装材料划分为：按封装材料划分为：金属封装、陶瓷封装、塑料封装金属封装、陶瓷封装、塑料封装 按照和按照和PCB板连接方式分为：板连接方式分为：PTH封装和封装和SMT封装封装 按照封装外型可分为：按照封装外型可分为：SOT、SOIC、TSSOP、QFN、QFP、BGA、CSP等；等；IC Package（IC的封装形式）Package-封LogoIC Package（IC的封装形式）的封装形式）按封装材料划分为：按封装材料划分为：金属封装陶瓷封装 塑料封装金属封装主要用于军工或航天技术，无金属封装主要用于军工或航天技术，无商业化产品；商业化产品；陶瓷封装优于金属封装，也用于军事产陶瓷封装优于金属封装，也用于军事产品，占少量商业化市场；品，占少量商业化市场；塑料封装用于消费电子，因为其成本低，塑料封装用于消费电子，因为其成本低，工艺简单，可靠性高而占有绝大部分的工艺简单，可靠性高而占有绝大部分的市场份额；市场份额；IC Package（IC的封装形式）按封装材料划分为：LogoIC Package（IC的封装形式）的封装形式）按与按与PCB板的连接方式划分为：板的连接方式划分为：PTHSMTPTH-Pin Through Hole,通孔式；通孔式；SMT-Surface Mount Technology，表面贴装式。，表面贴装式。目前市面上大部分目前市面上大部分IC均采为均采为SMT式式的的SMTIC Package（IC的封装形式）按与PCB板的连接LogoIC Package（IC的封装形式）的封装形式）按封装外型可分为：按封装外型可分为：SOT、QFN、SOIC、TSSOP、QFP、BGA、CSP等；等；决定封装形式的两个关键因素决定封装形式的两个关键因素:封装效率。芯片面积封装效率。芯片面积/封装面积，尽量接近封装面积，尽量接近1:1；引脚数。引脚数越多，越高级，但是工艺难度也相应增加；引脚数。引脚数越多，越高级，但是工艺难度也相应增加；其中，其中，CSP由于采用了由于采用了Flip Chip技术和裸片封装，达到了技术和裸片封装，达到了 芯片面积芯片面积/封装面积封装面积=1:1，为目前最高级的技术；，为目前最高级的技术；封装形式和工艺逐步高级和复杂封装形式和工艺逐步高级和复杂IC Package（IC的封装形式）按封装外型可分为：LogoIC Package（IC的封装形式）的封装形式）QFNQuad Flat No-lead Package 四方无引脚扁平封装四方无引脚扁平封装 SOICSmall Outline IC 小外形小外形IC封装封装 TSSOPThin Small Shrink Outline Package 薄小外形封装薄小外形封装 QFPQuad Flat Package 四方引脚扁平式封装四方引脚扁平式封装 BGABall Grid Array Package 球栅阵列式封装球栅阵列式封装 CSPChip Scale Package 芯片尺寸级封装芯片尺寸级封装 IC Package（IC的封装形式）QFNQuad LogoIC Package Structure（IC结构图）结构图）TOP VIEWSIDE VIEWLead Frame 引线框架引线框架Gold Wire 金金 线线Die Pad 芯片焊盘芯片焊盘Epoxy 银浆银浆Mold Compound塑封料塑封料IC Package Structure（IC结构图）TOPLogoRaw Material in Assembly(封装原材料封装原材料)【Wafer】晶圆晶圆晶圆是指硅半导体集成电路制作所用的硅晶片，由于其形状为晶圆是指硅半导体集成电路制作所用的硅晶片，由于其形状为圆形，故称为晶圆；在硅晶片上可加工制作成各种电路元件结圆形，故称为晶圆；在硅晶片上可加工制作成各种电路元件结构，而成为有特定电性功能之构，而成为有特定电性功能之IC产品。产品。Raw Material in Assembly(封装原材料LogoRaw Material in Assembly(封装原材料封装原材料)【Lead Frame】引线框架引线框架提供电路连接和提供电路连接和Die的固定作用；的固定作用；主要材料为铜，会在上面进行镀银、主要材料为铜，会在上面进行镀银、NiPdAu等材料；等材料；L/F的制程有的制程有Etch和和Stamp两种；两种；易氧化，存放于氮气柜中，湿度小易氧化，存放于氮气柜中，湿度小 于于40%RH;除了除了BGA和和CSP外，其他外，其他Package都会采用都会采用Lead Frame，BGA采用的是采用的是Substrate；Raw Material in Assembly(封装原材料LogoRaw Material in Assembly(封装原材料封装原材料)【Gold Wire】焊接金线焊接金线实现芯片和外部引线框架的电性和物实现芯片和外部引线框架的电性和物 理连接；理连接；金线采用的是金线采用的是99.99%的高纯度金；的高纯度金；同时，出于成本考虑，目前有采用铜同时，出于成本考虑，目前有采用铜 线和铝线工艺的。优点是成本降低，线和铝线工艺的。优点是成本降低，同时工艺难度加大，良率降低；同时工艺难度加大，良率降低；线径决定可传导的电流；线径决定可传导的电流；0.8mil，1.0mil，1.3mils，1.5mils和和2.0mils；Raw Material in Assembly(封装原材料LogoRaw Material in Assembly(封装原材料封装原材料)【Mold Compound】塑封料塑封料/环氧树脂环氧树脂主要成分为：环氧树脂及各种添加剂（固化剂，改性剂，脱主要成分为：环氧树脂及各种添加剂（固化剂，改性剂，脱 模剂，染色剂，阻燃剂等）；模剂，染色剂，阻燃剂等）；主要功能为：在熔融状态下将主要功能为：在熔融状态下将Die和和Lead Frame包裹起来，包裹起来，提供物理和电气保护，防止外界干扰；提供物理和电气保护，防止外界干扰；存放条件：零下存放条件：零下5保存，常温下需回温保存，常温下需回温24小时；小时；Raw Material in Assembly(封装原材料LogoRaw Material in Assembly(封装原材料封装原材料)成分为环氧树脂填充金属粉末（成分为环氧树脂填充金属粉末（Ag）；）；有三个作用：将有三个作用：将Die固定在固定在Die Pad上；上；散热作用，导电作用；散热作用，导电作用；-50以下存放，使用之前回温以下存放，使用之前回温24小时小时；【Epoxy】银浆银浆-环氧树脂环氧树脂Raw Material in Assembly(封装原材料LogoTypical Assembly Process FlowFOL/前段前段EOL/中段中段Plating/电镀电镀EOL/后段后段Final Test/测试测试Typical Assembly Process FlowLogoFOL Front of Line前段工艺前段工艺BackGrinding磨片磨片Wafer晶圆晶圆Wafer Mount晶圆安装晶圆安装Wafer Saw晶圆切割晶圆切割Wafer Wash晶圆清洗晶圆清洗Die Attach芯片粘接芯片粘接Epoxy Cure银浆固化银浆固化Wire Bond引线焊接引线焊接2nd Optical第二道光检第二道光检3rd Optical第三道光检第三道光检EOLFOL Front of Line前段工艺BackWafeLogoFOL Back Grinding磨片磨片Taping粘胶带粘胶带BackGrinding磨片磨片De-Taping去胶带去胶带将从晶圆厂出来的将从晶圆厂出来的Wafer晶圆进行背面研磨，来减薄晶圆晶圆进行背面研磨，来减薄晶圆 达到达到 封装需要的厚度（封装需要的厚度（8mils10mils）；）；磨片时，需要在正面（磨片时，需要在正面（Active Area）贴胶带保护电路区域）贴胶带保护电路区域 同时研磨背面。研磨之后，去除胶带，测量厚度；同时研磨背面。研磨之后，去除胶带，测量厚度；FOL Back Grinding磨片TapingBackLogoFOL Wafer Saw晶圆切割晶圆切割Wafer Mount晶圆安装晶圆安装Wafer Saw晶圆切割晶圆切割Wafer Wash清洗清洗将晶圆粘贴在蓝膜（将晶圆粘贴在蓝膜（Mylar）上，使得即使被切割开后，不会散落；）上，使得即使被切割开后，不会散落；通过通过Saw Blade将整片将整片Wafer切割成一个个独立的切割成一个个独立的Dice，方便后面的，方便后面的 Die Attach等工序；等工序；Wafer Wash主要清洗主要清洗Saw时候产生的各种粉尘，清洁时候产生的各种粉尘，清洁Wafer；FOL Wafer Saw晶圆切割Wafer MountWLogoFOL Wafer Saw晶圆切割晶圆切割Wafer Saw MachineSaw Blade(切割刀片切割刀片)：Life Time：9001500M；Spindlier Speed：3050K rpm：Feed Speed：3050/s;FOL Wafer Saw晶圆切割Wafer Saw MaLogoFOL 2nd Optical Inspection二光检查二光检查主要是针对主要是针对Wafer Saw之后在显微镜下进行之后在显微镜下进行Wafer的外观检查，是否有的外观检查，是否有出现废品出现废品。Chipping Die 崩崩 边边FOL 2nd Optical Inspection二光检LogoFOL Die Attach 芯片粘接芯片粘接Write Epoxy点环氧树脂点环氧树脂Die Attach芯片粘接芯片粘接Epoxy Cure环氧树脂固化环氧树脂固化Epoxy Storage：零下零下50度存放；度存放；使用之前回温，除使用之前回温，除去气泡；去气泡；Epoxy Writing：点银浆于点银浆于L/F的的Pad上，上，Pattern可选可选；FOL Die Attach 芯片粘接Write EpoxLogo第一步：顶针从蓝膜下面将芯片往上顶、同时真空吸嘴将芯片往上吸，将芯片与膜蓝脱离。FOL Die Attach 芯片粘接芯片粘接第一步：顶针从蓝膜下面将芯片往上顶、同时真空吸嘴将芯片往上吸Logo第二步：将液态环氧树脂涂到引线框架的台载片台上。FOL Die Attach 芯片粘接芯片粘接第二步：将液态环氧树脂涂到引线框架的台载片台上。FOL DLogo第三步：将芯片粘贴到涂好环氧树脂的引线框架上。FOL Die Attach 芯片粘接芯片粘接第三步：将芯片粘贴到涂好环氧树脂的引线框架上。FOL DiLogoFOL Epoxy Cure环氧树脂环氧树脂固化固化环氧树脂固化：环氧树脂固化：-175C，1个小时；个小时；N2环境，防止氧化：环境，防止氧化：Die Attach质量检查：质量检查：Die Shear（芯片剪切力）（芯片剪切力）FOL Epoxy Cure环氧树脂固化环氧树脂固化：DiLogoFOL Wire Bonding 引线焊接引线焊接利用高纯度的金线（利用高纯度的金线（Au）、铜线（、铜线（Cu）或铝线（）或铝线（Al）把）把 Pad 和引线通过焊接的方法连接起来。和引线通过焊接的方法连接起来。Pad是芯片上电路的外接点，是芯片上电路的外接点，引线是引线框架上的引线是引线框架上的 连接点。连接点。引线焊接是封装工艺中最为关键的一部工艺。引线焊接是封装工艺中最为关键的一部工艺。FOL Wire Bonding 引线焊接利用高纯度的金线LogoFOL Wire Bonding 引线焊接引线焊接Key Words：Capillary：陶瓷劈刀。：陶瓷劈刀。W/B工艺中最核心的一个工艺中最核心的一个Bonding Tool，内部为，内部为空心，中间穿上金线，并分别在芯片的空心，中间穿上金线，并分别在芯片的Pad和和引线框架引线框架的引线上形成第一的引线上形成第一和第二焊点；和第二焊点；EFO：打火杆。用于在形成第一焊点时的烧球。打火杆打火形成高温，：打火杆。用于在形成第一焊点时的烧球。打火杆打火形成高温，将外露于将外露于Capillary前端的金线高温熔化成球形，以便在前端的金线高温熔化成球形，以便在Pad上形成第一上形成第一焊点（焊点（Bond Ball）；）；Bond Ball：第一焊点。指金线在：第一焊点。指金线在Cap的作用下，在的作用下，在Pad上形成的焊接点，上形成的焊接点，一般为一个球形；一般为一个球形；Wedge：第二焊点。指金线在：第二焊点。指金线在Cap的作用下，在的作用下，在Lead Frame上形成的焊上形成的焊接点，一般为月牙形（或者鱼尾形）；接点，一般为月牙形（或者鱼尾形）；W/B四要素：压力（四要素：压力（Force）、超声（）、超声（USG Power）、时间（）、时间（Time）、）、温度（温度（Temperature）；）；FOL Wire Bonding 引线焊接Key WordLogoFOL Wire Bonding 引线焊接引线焊接EFO打火杆在磁打火杆在磁嘴前烧球嘴前烧球Cap下降到芯片的下降到芯片的Pad上，加上，加Force和和Power形成第一焊点形成第一焊点Cap牵引金牵引金线上升线上升Cap运动轨迹形成运动轨迹形成良好的良好的Wire LoopCap下降到下降到Lead Frame形成焊接形成焊接Cap侧向划开，将金侧向划开，将金线切断，形成鱼尾线切断，形成鱼尾Cap上提，完成一次上提，完成一次动作动作FOL Wire Bonding 引线焊接EFO打火杆在磁LogoFOL Wire Bonding 引线焊接引线焊接Wire Bond的质量控制：的质量控制：Wire Pull、Stitch Pull（金线颈部和尾部拉力）（金线颈部和尾部拉力）Ball Shear（金球推力）（金球推力）Wire Loop（金线弧高）（金线弧高）Ball Thickness（金球厚度）（金球厚度）Crater Test（弹坑测试）（弹坑测试）Intermetallic（金属间化合物测试）（金属间化合物测试）SizeThicknessFOL Wire Bonding 引线焊接Wire BonLogoFOL 3rd Optical Inspection三光检查三光检查检查检查Die Attach和和Wire Bond之后有无各种废品之后有无各种废品FOL 3rd Optical Inspection三光检LogoEOL End of Line后段工艺后段工艺Molding注塑注塑EOLLaser Mark激光打字激光打字PMC高温固化高温固化De-flash/Plating去溢料去溢料/电镀电镀Trim/Form切筋切筋/成型成型4th Optical第四道光检第四道光检Annealing电镀退火电镀退火EOL End of Line后段工艺MoldingEOLLogoEOL Molding（注塑）（注塑）为了防止外部环境的冲击，利用塑封料为了防止外部环境的冲击，利用塑封料 把引线键合完成后的产品封装起把引线键合完成后的产品封装起 来的过程，并需要加热硬化。来的过程，并需要加热硬化。Before MoldingAfter MoldingEOL Molding（注塑）为了防止外部环境的冲击，利用LogoEOL Molding（注塑）（注塑）Molding Tool（模具）（模具）EMC（塑封料）为黑色块状，低温存储，使用前需先回温。其特（塑封料）为黑色块状，低温存储，使用前需先回温。其特 性为：在高温下先处于熔融状态，然后会逐渐硬化，最终成型。性为：在高温下先处于熔融状态，然后会逐渐硬化，最终成型。Molding参数：参数：Molding Temp：175185C；Clamp Pressure：30004000N；Transfer Pressure：10001500Psi；Transfer Time：515s；Cure Time：60120s；CavityL/FL/FEOL Molding（注塑）Molding Tool（模LogoEOL Molding（注塑）（注塑）Molding Cycle-块状塑封料放入模块状塑封料放入模具孔中具孔中-高温下，塑封料开高温下，塑封料开始熔化，顺着轨道始熔化，顺着轨道流向孔穴中流向孔穴中-从底部开始，逐渐从底部开始，逐渐覆盖芯片覆盖芯片-完全覆盖包裹完毕，完全覆盖包裹完毕，成型固化成型固化EOL Molding（注塑）Molding Cycle-LogoEOL Laser Mark（激光打字）（激光打字）在产品（在产品（Package）的正面或者背面）的正面或者背面激光刻字。内容有：产品名称，生产激光刻字。内容有：产品名称，生产日期，生产批次等；日期，生产批次等；BeforeAfterEOL Laser Mark（激光打字）在产品（PackaLogoEOL Post Mold Cure（模后固化）（模后固化）用于用于Molding后塑封料的固化，保护后塑封料的固化，保护IC内部结构，消除内部应力。内部结构，消除内部应力。Cure Temp：175+/-5C；Cure Time：8HrsESPEC Oven4hrsEOL Post Mold Cure（模后固化）用于MolLogoEOL De-flash（去溢料）（去溢料）BeforeAfter目的：目的：去溢料的目的在于去除模具后在管体周围引线之间的目的在于去除模具后在管体周围引线之间 多余的溢料；多余的溢料；方法：弱酸浸泡，高压水冲洗；方法：弱酸浸泡，高压水冲洗；EOL De-flash（去溢料）BeforeAfter目LogoEOL Plating（电镀）（电镀）Before PlatingAfter Platingp 利用金属和化学的方法，在引线框架的表面利用金属和化学的方法，在引线框架的表面 镀上一层镀层，以防止外界环境的影响（潮湿镀上一层镀层，以防止外界环境的影响（潮湿 和热）。并且使元器件在和热）。并且使元器件在PCB板上容易焊接及板上容易焊接及 提高导电性。提高导电性。p 电镀一般有两种类型：电镀一般有两种类型：Pb-Free：无铅电镀，采用的是：无铅电镀，采用的是99.95%的高纯的高纯 度的锡（度的锡（Tin），为目前普遍采用的技术，符合），为目前普遍采用的技术，符合 Rohs的要求；的要求；Tin-Lead：铅锡合金。：铅锡合金。Tin占占85%，Lead占占 15%，由于不符合，由于不符合Rohs，目前基本被淘汰；，目前基本被淘汰；EOL Plating（电镀）Before PlatingLogoEOL Post Annealing Bake（电镀退火）（电镀退火）目的：目的：让无铅电镀后的产品在高温下烘烤一段时间，目的在于让无铅电镀后的产品在高温下烘烤一段时间，目的在于 消除电镀层潜在的晶须生长的问题消除电镀层潜在的晶须生长的问题;条件：条件：150+/-5C;2Hrs；晶须晶须晶须，是指锡在长晶须，是指锡在长时间的潮湿环境和时间的潮湿环境和温度变化环境下生温度变化环境下生长出的一种须状晶长出的一种须状晶体，可能导致产品体，可能导致产品引脚的短路引脚的短路。EOL Post Annealing Bake（电镀退火）LogoEOL Trim&Form（切筋成型）（切筋成型）Trim：将一条片的引线框架切割成单独的：将一条片的引线框架切割成单独的Unit（IC）的过程；）的过程；Form：对切筋后的：对切筋后的IC产品进行引脚成型，达到工艺需要求的形状，产品进行引脚成型，达到工艺需要求的形状，并放置进并放置进Tube或者或者Tray盘中；盘中；EOL Trim&Form（切筋成型）Trim：将一条片