微电子封装流程-课件

微电子封装流程一、塑料封装工艺流程PBGA:TOP VIEWBOTTOM VIEW以PBGA为例介绍一下封装制程PBGA的详细制程(Package process)贴片烘烤离子清除打线接合烘烤植球助焊剂清除晶圆植入晶圆切割晶片黏结封模烘烤印记单颗化包装及运送TapingWafer MountDie SawDie AttachMarkingCureMoldingWire BondPlasma CleaningCureCureBall MountFlux CleanSingulationPacking&DeliverySingulationMoldingSolder Ball AttachPackaging ProcessSawingWire BondingDieDie AttachWaferWirePackingFinal TestSolder BallMolding poundWafer切割贴片打线&打金线塑模贴锡球单颗化 划片就是把已制有电路图形的集成电路圆片切割分离成具有单个图形(单元功能)的芯片,常用的方法有金刚刀划片、砂轮划片与激光划片等几种:金刚刀划片质量不够好,也不便于自动化生产,但设备简单廉价,目前已特别少使用;激光划片属于新技术范踌,正在推广试用时期。目前使用最多的是砂轮划片,质量与生产效率都能满足一般集成电路制作的要求。1、划片Wafer Sawing晶圆粘片晶圆切割Wafer MountDie Saw晶元切割前首先必须在晶元背面贴上胶带(Blue Tape),并固定在钢制的框架上,完成晶元粘片(Wafer Mount&tape Mount)的动作,然后再送进晶元切割机上进行切割。切割是为了分离Wafer上的晶粒(die),切割完后,一颗颗晶粒就井然有序的排列在胶带上。同时由于框架的支撑可避免胶带皱褶而使晶粒互相碰撞,同时还能够支撑住胶带以便于搬运。wafer钢制框架Au膜互连线Si芯片Wafer Sawing割刀蓝色胶带DI water去离子水*刀片转速刀片转速 :30,00040,000 rpm30,00040,000 rpm Full Cutting(105%)Full Cutting(105%)*DI WaterDI Water(去离子水的作用去离子水的作用):):洗去硅的残留碎片洗去硅的残留碎片 电阻系数电阻系数:1618 Mohm:1618 Mohm 水的冲洗速度水的冲洗速度 :80100 mm/sec :80100 mm/sec 切割方法切割方法:单步切割单步切割(single)single)分步切割分步切割 (step)(step)斜角切割斜角切割 (b(bevelevel)AlAlNiNi金刚石小颗粒金刚石小颗粒(36 micro meter)(36 micro meter)*易产生的问题易产生的问题 :Die Crack:Die Crack(晶片破裂晶片破裂)锯口宽度锯口宽度Blade Wafer Feeding DirectionSaw BladeWaferWafer Mount TapeWafer Sawing StageSpindle SpeedWaferTape SpeedWater NozzleWafer Wash/Dry Stage绷片:经划片后仍粘贴在塑料薄膜上的圆片,如需要分离成单元功能芯片而又不许脱离塑料薄膜时,则可采纳绷片机进行绷片,即把粘贴在薄膜上的圆片连同框架一起放在绷片机上用一个圆环顶住塑料薄膜,并用力把它绷开,粘在其上的圆片也就随之从划片槽处分裂成分离的芯片。如此就可将差不多分离的但仍与塑料薄膜保持粘连的芯片、连同框架一起送入自动装片机上进行芯片装片。现在装片机通常附带有绷片机构。分片:当需人工装片时,则需要进行手工分片,即把差不多经过划片的圆片倒扣在丝绒布上,背面垫上一张滤纸,再用有机玻璃棒在其上面进行擀压,则圆片由于受到了压应力而沿着划片槽被分裂成分离的芯片。然后认真地把圆片连同绒布与滤纸一齐反转过来,揭去绒布,芯片就正面朝上地排列在滤纸上,这时便可用真空气镊子将单个芯片取出,并存放在芯片分居盘中备用。2、绷片与分片 Die attach 3、基板的金属化布线 在基板的表面形成与外界通信的薄膜型金属互连线 4、芯片装片 把集成电路芯片核接到外壳底座(如多层陶瓷封装)或带有引线框架的封装基板上的指定位置,为丝状引线的连接提供条件的工艺,称之为装片。由于装片内涵多种工序,因此从工艺角度习惯上又称为粘片、烧结、芯片键合与装架。依照目前各种封装结构与技术要求,装片的方法可归纳为导电胶粘接法、银浆或低温玻璃烧结法与低熔点合金的焊接法等几种,可依照产品的具体要求加以选择。Die attach粘接剂芯片金属化布线芯片芯片黏结方法:1、共晶黏结法。2、玻璃胶黏结法。3、高分子胶黏结法。4、焊接黏结法。共晶黏结法。原理:利用金-硅与金在3wt%金。363C时产生的共晶(Eutectic)反应特性进行IC晶 片的粘结固定。实现步骤:1、将IC晶片置于已镀有金膜的基板晶片座上,加热到425C,然后 由金-硅之间的相互扩散作用完成结合。2、通常在热氮气的环境中进行,防止硅高温氧化。3、基板与晶片反应前先相互磨擦(Scrubbing),以除去氧化层,加 反映界面的润湿性,否则会导致孔洞(void)产生而使结合强度 与热传导性降低。同时也造成应力不均匀而导致IC晶片破裂损坏。优化步骤:1、IC晶片背面镀有一薄层的金 2、基板的晶片座上植入预型片(Perform)、厚度约25mm,面积约为晶片的三分之一 的金-2wt%硅合金薄片。用于弥补基板孔洞平整度不佳造成的不完全结合。用于 大面积晶片的结合。3、由于预型片成分并非金硅完全互溶的合金,硅团块仍会有氧化现象,因此还必须 有交互摩擦的动作,还必须在氮气环境下反应。4、预型片不能过量使用,否则会造成材料溢流,降低可靠度 5、预型片也能用不易氧化的纯金片。只是结合温度较高。玻璃胶黏结法。适用于陶瓷等较低成本的晶片粘结技术3种涂胶的方法:1、戳印(stamping)2、网印(Screen Printing)3、点胶(Syringe Transfer)放好晶片后加热,除去胶中的有机成分,并使玻璃熔融结合。优点:无孔洞,优良的稳定性,低残余应力,低湿气含量缺点:粘结热处理过程中,冷却温度要谨慎控制以防结合破裂 胶中有机成分必须完全除去,否则有害封装时结构的稳定性与可靠度。高分子胶黏结法。高分子材料与铜引脚材料的热膨胀系数相近,是塑料封装的常用晶片粘结法3种涂胶的方法:1、戳印(stamping)2、网印(Screen Printing)3、点胶(Syringe Transfer)高分子胶材料:环氧树脂(Epoxy)或聚亚硫胺步骤:放置IC晶片,加热完成粘结优点:高分子胶中可填入银等金属以提高热传导性;胶材能够制成固体膜状再热压结合;成本低又能配合自动化生产。缺点:热稳定性较差,易导致有机成分泄漏而影响封装可靠度焊接黏结法。另一种利用合金反应进行晶片粘结的方法,也在热氮气环境中进行常见的焊料:金-硅;金-锡;金-锗等硬性合金 与 铅-锡;铅-银-铟等软质合金优点:有优良的热传导性硬性合金:良好的抗疲劳(Fatigue)与抗潜变(Creep)特性;但易产生热膨胀系数差异引起 应力破坏问题软性合金:软质焊料能改善硬性合金的缺点,然而使用前必须在晶片背面先镀上多层金属 薄膜以促进焊料的润湿。最早的方法是采纳拉丝焊、合金焊与点焊。直到1964年集成电路才开始采纳热压焊与超声焊。集成电路的芯片与封装外壳的连接方式,目前可分为有引线控合结构与无引线键合结构两大类。有引线镀合结构就是我们通常所说的丝焊法,即用金丝或铝丝实行金金键合,金铝银键合或铝铝键合。由于它们都是在一定压力下进行的焊接,因此又称键合为压焊。5、引线键合粘接剂芯片金属化布线芯片金丝Wire Bonding 密封技术就是指在集成电路制作过程中经过组装与检验合格后对事实上行最后封盖,以保证所封闭的空腔中能具有满意的气密性,同时用质谱仪或放射性气体检漏装置来进行测定,判断其漏气速率是否达到了预定的指标。通常都是以金属、玻璃与陶瓷为主进行密封,并称它们为气密性封装;而塑料封袭则称非气密性封装。6、封模塑模(Molding)Molding)作用:将晶片与外界隔绝幸免上面的金线被破坏防止湿气进入产生腐蚀幸免不必要的讯号破坏有效地将晶片产生的热排出到外界能够用手拿步骤:1、导线架或基板放到框架上预热 2、框架放于压膜机内的封装模上 3、压模机关闭模穴,压模,将半融化的树脂挤入模具中 4、树脂填充完毕,硬化,开模完成。塑料封装生产的特点,就是在集成电路的生产过程中,通过组装能够一次加工完毕,而不需由外壳生产厂进行配套,因而其工作量可大为降低,适合于大批量的自动化生产,已成为集成电路的主要封装形式之一。塑料封装的成型方法有滴涂法、浸渍涂敷法、填充法、浇铸法与递模成型法。应依照封装的对象、可靠性水平与生产批量的不同选用合适的成型方法。塑料封装成型方法 滴涂成型法 用滴管把液体树脂滴涂到键合后的芯片上,经加热后固化成型,又称软封装。滴涂法工艺操作简单,成本低,不需要专用的封装设备与模具,适用于多品种小批量生产,但封装的可靠性差,封装外形尺寸不一致,不适合大批量生产,其工艺流程是浸渍涂敷法成型 把元、器件待封装部位浸渍到树脂溶液中,使树脂包封在其表面,经加热固化成型。浸渍涂敷法工艺操作筒单,成本低,不需要专用的封装设备与模具,但封装的可筹性差,封装外形不一致,表面浸渍的树脂量不易均匀,其工艺流程是 填充法成型 把元器件待封装部位放入外壳(塑料或金属壳)内,再用液体树脂填平经加热固化成 填充法工艺操作简单,成本低,防潮性能好,适合选用不同材料的外壳,但生产效率较低,树脂量不易控制、且可靠性差,其工艺流程是 浇铸法成型 把元器件待封装部位放入铸模内,用液体树脂灌满,经加热固化成型浇铸法成型工艺操作简单,成本低,封装外形尺寸一致,防潮性能较好,但封接后不易脱模,生产效率低、可靠性也差,其工艺流程是 递模成型 塑料包封机上油缸压力,通过注塑杆与包封模的注塑头、传送到被预热的模塑料上,使模塑料经浇道、浇口缓促的挤入型腔,并充满整个腔体,把芯片包封起来。此方法称为递模成型法用EMCEMC塑模的过程(EMCEMC Molding Process Molding Process)预热 递模成型工艺操作简单,劳动强度低,封装后外形一致性好,成品率高,且耐湿性能好,适合大批量工业化生产,但一次性投资多,占用生产场地大,当更换封装品种时,需要更换专用的包封模具与辅助工具。递模成型法是集成电路的主要封装形式,其工艺流程是塑模 MoldingMolding影响mold质量的几个主要因素Mold Mold 参数的影响:预热情况;MoldMold的温度;压模时间;压模压强Mold Mold 芯片的影响:模道的设计;GateGate的设计;芯片表面情况;GateGate的位置Mold Mold 材料的影响:密度;黏性;凝胶时间;湿度Mold Mold 操作面影响:OPOP的训练熟练度;对工作知识的了解设计对MoldMold质量的影响:芯片的设计;衬板的设计;封装的设计;金线长度;金线的直径目的:用于适当的辨别IC元件内容:生产的记号,如商品的规格,制造者,机种,批号等要求:印字清楚且不脱落方式:按印式像印章一样直截了当印字在胶体上 转印式pad print,使用转印头,从字模上沾印再印字在胶体上 雷射式laser mark,用laser光印字7 7、印字(Mark)Mark)MarkingMarking(Laser/ink)Marking(Laser/ink)ABCWorld Leading Wafer FAB印字(Mark)Mark)机台8 8、植球:Sold ball attachSold ball attachSolder Ball AttachSolder Ball贴锡球PBGA结构:Organic SubstrateDieWireEMCAdhesiveSolder Ball9 9、单颗化:SingulationSingulationSaw SingulationSaw SingulationRouterRouterABC27 DecABC27 DecABC27 DecABC27 DecPunchPunchPBGA目的:确认封装后的元件的可用性,找出不良原因,提升良率检测内容:引脚的平整性;共面度;脚距;印字清楚度;胶体外观完整性;可靠性检测1010、检测(Inspection)Inspection)11111111、直插式、直插式(lead framelead framelead framelead frame)封装工艺封装工艺SawingWire BondingMoldDie AttachPackingTrimmingWaferFormingFinal TestLead FrameTin PlatingSnPb/SnBiBonding WireEMCSaw BladeCapillaryDie 先将IO引线冲制成引线框架,然后在芯片固定引线架的中央芯片区,再将芯片的各焊区用WB焊到其他引线键合区,这就完成了装架及引线焊接工序,接下来就是完成塑封工序这一步了。先按塑封件的大小制成一定规格的上下塑封模具,模具有数十个甚至数百个相同尺寸的空腔、每个腔体间有细通道相连。将焊接内引线好的引线框架放到模具的各个腔体中,塑封时,先将塑封料加热至150-180,待其充分软化熔融后,再加压将塑封料压到各个腔体中,略待儿分钟固化后,就完成了注塑封装工作,然后开模,整修塑封毛刺,再切断备引线框架不必要的连接部分。然后剪切、打弯、成形与镀锡。工艺中如何控制好模塑时的压力、粘度,并保持塑封时流道及腔体设计之间的综合平衡,是优化模塑器件的关键。Trim芯片芯片引线架Lead frameLead frameLead frameLead frame的的 MoldMoldMoldMold图示图示:Lead FrameLead FrameMoldMoldChipChip剪切/成型:Trim/Form前续动作:trim:去除残胶De-flash Form:电镀Plating :增加引脚的导电性与抗氧化性剪切目的:将整条导线架上差不多封装好的封装体独立分开,同时把多 余的材料去掉成型的目的:将外引脚压成各种预先设计好的形状,以便以后装置到 电路板上使用Dambar Cutting剪切:TrimTrimmingTrimming剪切:Trim电镀:Tim Plating 镀锡Solder platingSolder platingIC芯片引线架导线丝铝膜外引线封装树脂粘胶剂成本较低打弯:成型:Form成型:FormFormingForming金属引线架陶瓷封装外壳导电胶芯片低熔点玻璃陶瓷盖板散热性好、密封性好成本较高二、陶瓷封装工艺流程三、金属封装工艺流程感谢您的聆听！感谢您的聆听！