半导体制造之封装技术

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2018/8/30 Thursday,#,半导体制造之封装技术,YDD,2018/8/30,说明：封装测试占微电子器件成本的三分之一,封装定义：,最初,的定义是保护电路芯片免受周围环境的影响（包括物理、化学的影响）,。,芯片,封装：,利用,（膜技术）及（微细加工技术），将芯片及其他要素在框架或基板上布置、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，构成整体结构的工艺,。,电子封装,工程：,将,基板、芯片封装体和分立器件等要素，按电子整机要求进行连接和装配，实现一定电气、物理性能，转变为具有整机或系统形式的整机装置或设备,。,封装的作用：,集成电路,封装能保护芯片不受或者少受外界环境的影响，并为之提供一个良好的工作条件，以使集成电路具有稳定、正常的功能,。,封装的性能要求,电源分配,信号分配,散热通道,机械支撑,环境保护,封装,封装的技术层次,第一,层次：,芯片,层次的封装，是指把集成电路芯片与封装基板或引脚架之间的粘贴固定电路连线与封装保护的工艺，使之成为易于取放输送，并可与下一层次的组装进行连接的模块元件。,第二层次：,将数个第一层次完成的封装与其他电子元器件组成一个电子卡的工艺。,第三层次：,将数个第二层次完成的封装组成的电路卡组合成在一个主电路版上使之成为一个部件或子系统的工艺。,第四层次：,将数个子系统组装成为一个完整,电子产品,的工艺,过程。,三级封装,母板,二级封装,PWB,或卡,一级封装,多芯片组件,零级封装,芯片互连,封装的分类,1,、按照,封装中组合集成电路芯片的数目，芯片封装可分为：单芯片封装与多芯片封装两大类,；,2,、按照,密封的材料区分，可,分为：高分子材料,和陶瓷为主的种类,；,3,、按照,器件与电路板互连方式，封装可区分,为：引脚,插入型和表面贴装型两大类；,4,、按照,引脚分布形态区分，封装元器件,有：单边,引脚，双边引脚，四边引脚，底部引脚四种,。,5,、常见,的单边引脚,有：单列,式封装与交叉引脚式封装,；,6,、双边,引脚元器件,有：双列,式封装小型化封装；,7,、四边,引脚有四边扁平封装,；,8,、底部,引脚有金属罐式与点阵列式封装,。,半导体,行业对芯片封装技术水平的划分存在不同的标准，目前国内比较通行的标准是采取封装芯片与基板的连接方式来划分，总体来讲，集成电路封装封装技术的发展可分为四个阶段：,第一,阶段：,20,世纪,80,年代以前（插孔原件时代）。封装的主要技术是针脚插装（,PTH,），其特点是插孔安装到,PCB,上，主要形式有,SIP,、,DIP,、,PGA,，它们的不足之处是密度、频率难以提高，难以满足高效自动化生产的,要求。,封装发展的阶段,第二,阶段：,20,世纪,80,年代中期（表面贴装时代）。表面贴装封装的主要特点是引线代替针脚，引线为翼形或丁形，两边或四边引出，节距为,1.27,到,0.4mm,，适合于,3-300,条引线，表面贴装技术改变了传统的,PTH,插装形式，通过细微的引线将集成电路贴装到,PCB,板上。主要形式为,SOP,（小外型封装）、,PLCC,（塑料有引线片式载体）、,PQFP,（塑料四边引线扁平封装）、,J,型引线,QFJ,和,SOJ,、,LCCC,（无引线陶瓷芯片载体）等。,它们,的主要优点是引线细、短，间距小，封装密度提高；电气性能提高；体积小，重量轻；易于自动化生产。它们所存在的不足之处是在封装密度、,I/O,数以及电路频率方面还是难以满足,ASIC,、微处理器发展的需要,。,封装发展的阶段,第三,阶段：,20,世纪,90,年代出现了第二次飞跃，进入了面积阵列封装时代。,该,阶段主要的封装形式有焊球阵列封装（,BGA,）、芯片尺寸封装（,CSP,）、无引线四边扁平封装（,PQFN,）、多芯片组件（,MCM,）。,BGA,技术使得在封装中占有较大体积和重量的管脚被焊球所替代，芯片与系统之间的连接距离大大缩短，,BGA,技术的成功开发，使得一直滞后于芯片发展的封装终于跟上芯片发展的步伐。,CSP,技术解决了长期存在的芯片小而封装大的根本矛盾，引发了一场集成电路封装技术的革命,。,封装发展的阶段,第四,阶段：进入,21,世纪，迎来了微电子封装技术堆叠式封装时代，它在封装观念上发生了革命性的变化，从原来的封装元件概念演变成封装,系统。,封装发展的阶段,3D,晶片堆叠技术,堆叠式存储模块,目前,，以全球半导体封装的主流正处在第三阶段的成熟期，,PQFN,和,BGA,等主要封装技术进行大规模生产，部分产品已开始在向第四阶段发展。,微机,电系统（,MEMS,）芯片就是采用堆叠式的三维封装。,封装工艺流程,封装工艺流程,1.,封装工艺流程 一般可以分为两个部分，用塑料封装之前的工艺步骤成为前段操作，在成型之后的工艺步骤成为后段操作,2.,芯片封装技术的基本工艺流程 硅片减薄 硅片切割 芯片贴装，芯片互联 成型技术 去飞边毛刺 切筋成型 上焊锡打码等工序,3.,硅片的背面减薄技术主要有磨削，研磨，化学机械抛光，干式抛光，电化学腐蚀，湿法腐蚀，等离子增强化学腐蚀，常压等离子腐蚀等,4.,先划片后减薄：在背面磨削之前将硅片正面切割出一定深度的切口，然后再进行背面磨削。,5.,减薄划片：在减薄之前，先用机械或化学的方式切割处切口，然后用磨削方法减薄到一定厚度之后采用,ADPE,腐蚀技术去除掉剩余加工量实现裸芯片的自动分离。,6.,芯片贴装的方式四种：共晶粘贴法，焊接粘贴法，导电胶粘贴法，和玻璃胶粘贴法。,共晶粘贴法：利用金,-,硅合金（一般是,69%Au,，,31%,的,Si,），,363,度时的共晶熔合反应使,IC,芯片粘贴固定,。,封装工艺流程,7.,为了获得最佳的共晶贴装所采取的方法，,IC,芯片背面通常先镀上一层金的薄膜或在基板的芯片承载座上先植入预芯片,8.,芯片互连常见的方法有，打线键合，载在自动键合（,TAB,）和倒装芯片键合。,9.,打线键合技术有，超声波键合，热压键合，热超声波键合。,10.TAB,的关键技术：,1,芯片凸点制作技术,2TAB,载带制作技术,3,载带引线与芯片凸点的内引线焊接和载带外引线焊接技术。,11.,凸点芯片的制作工艺，形成凸点的技术：蒸发,/,溅射涂点制作法，电镀凸点制作法置球及模板印刷制作，焊料凸点发，化学镀涂点制作法，打球凸点制作法，激光法。,12.,塑料封装的成型技术，,1,转移成型技术，,2,喷射成型技术，,3,预成型技术但最主要的技术是转移成型技术，转移技术使用的材料一般为热固性聚合物。,13.,减薄后的芯片有如下优点：,1,、薄的芯片更有利于散热；,2,、减小芯片封装体积；,3,、提高机械性能、硅片减薄、其柔韧性越好，受外力冲击引起的应力也越小；,4,、晶片的厚度越薄，元件之间的连线也越短，元件导通电阻将越低，信号延迟时间越短，从而实现更高的性能；,5,、减轻划片加工量减薄以后再切割，可以减小划片加工量，降低芯片崩片的发生率,。,封装工艺流程,14.,波峰焊：波峰焊的工艺流程包括上助焊剂、预热以及将,PCB,板在一个焊料波峰上通过，依靠表面张力和毛细管现象的共同作用将焊剂带到,PCB,板和元器件引脚上，形成焊接点。,波峰焊是将熔融的液态焊料，借助于泵的作用，在焊料槽液面形成特定形状的焊料波，装了元器件的,PCB,置于传送链上，经某一特定的角度以及一定的进入深度穿过焊料波峰而实现焊点的焊接过程。,再流焊：是通过预先在,PCB,焊接部位施放适量和适当形式的焊料，然后贴放表面组装元器件，然后通过重新熔化预先分配到印制板焊盘上的焊膏，实现表面组装元器件焊端或引脚与印制板焊盘之间机械与电气连接的一种成组或逐点焊接工艺。,15.,打线键合（,WB,）：将细金属线或金属带按顺序打在芯片与引脚架或封装基板的焊垫上形成电路互连。打线键合技术有超声波键合、热压键合、热超声波键合。,载带自动键合（,TAB,）：将芯片焊区与电子封装外壳的,I/O,或基板上的金属布线焊区用具有引线图形金属箔丝连接的技术工艺。,倒装芯片键合（,FCB,）：芯片面朝下，芯片焊区与基板焊区直接互连的一种方法。,16.,芯片互连：将芯片焊区与电子封装外壳的,I/O,或基板上的金属布线焊区相连接，只有实现芯片与封装结构的电路连接才能发挥已有的功能,。,随着,物联网时代和全球终端电子产品渐渐走向多功能整合及低功耗设计，因而使得可将多颗裸晶整合在单一封装中的,SiP,技术日益受到关注。除了既有的封测大厂积极扩大,SiP,制造产能外，晶圆代工业者与,IC,基板厂也竞相投入此一技术，以满足市场需求。,SIP,的,定义,：根据,国际半导体路线组织（,ITRS,）的定义：,SiP,为将多个具有不同功能的有源电子元件与可选无源器件，以及诸如,MEMS,或者光学器件等其他器件优先组装到一起，实现一定功能的单个标准封装件，形成一个系统或者子系统。因此，从架构上来讲，,SiP,是将多种功能芯片，包括处理器、存储器等功能芯片集成在一个封装内，从而实现一个基本完整的功能,。,先进封装技术,SIP,SOC,的,定义,：将,原本不同功能的,IC,，整合在一颗芯片中。藉由这个方法，不单可以缩小体积，还可以缩小不同,IC,间的距离，提升芯片的计算速度。,SoC,称为系统级芯片，也有称片上系统，意指它是一个产品，是一个有专用目标的集成电路，其中包含完整系统并有嵌入软件的全部内容。同时它又是一种技术，用以实现从确定系统功能开始，到软,/,硬件划分，并完成设计的整个过程。,随着,封装技术持续演进，加上终端电子产品朝向轻薄短小趋势，因此，对,SiP,需求亦逐渐提升。,SiP,生产线须由基板、晶片、模组、封装、测试、系统整合等生态系共同组成，才能够顺利发展。反之，若缺乏完整生态系，便难以推动,SiP,技术具体实现。,由于,SiP,技术可将多种晶片封装于单一封装体内而自成系统，因此具有高整合性与微型化特色，适合应用于体积小、多功能、低功耗等特性的电子产品。,以,各种应用来看，若将原本各自独立的封装元件改成以,SiP,技术整合，便能缩小封装体积以节省空间，并缩短元件间的连接线路而使电阻降低，提升电性效果，最终呈现微小封装体取代大片电路载板的优势，又仍可维持各别晶片原有功能。因此，高整合性与微型化特色，使,SiP,成为近年来封装技术发展趋势,。,此外，因,SiP,是将相关电路以封装体完整包覆，因此可增加电路载板的抗化学腐蚀与抗应力（,Anti-stress,）能力，可提高产品整体可靠性，对产品寿命亦能提升。,相,较于,SoC,来说，,SiP,毋须进行新型态晶片设计与验证，而是将现有不同功能的晶片，以封装技术进行整合。,大致上,来说，现阶段,SiP,常用的基本封装技术，包括普遍应用于智慧型手机的,Package on Package,（,PoP,）技术，将逻辑,IC,与记忆体,IC,进行封装体堆叠。将主动与被动元件内埋于基板的嵌入式技术（,Embedded,），以及多晶片封装（,MCP,）、多晶片模组（,MCM,）、,Stacking Die,、,PiP,、,TSV 2.5D IC,、,TSV 3D IC,等，也属于,SiP,技术范畴,。,智慧型手机扮演,SiP,成长驱动主力,与,个人电脑时代相比，行动装置产品对,SiP,的需求较为普遍。就以智慧型手机来说，上网功能已是基本配备，因此与无线网路相关的,Wi-Fi,模组便会使用到,SiP,技术进行整合。,基于,安全性与保密性考量所发展出的指纹辨识功能，其相关晶片封装亦需要,SiP,协助整合与缩小空间，使得指纹辨识模组开始成为,SiP,广泛应用的市场；另外，压力触控也是智慧型手机新兴功能之一，内建的压力触控模组（,Force Touch,）更是需要,SiP,技术的协助。,除此之外,，将应用处理器（,AP,）与记忆体进行整合的处理器模组，以及与感测相关的,MEMS,模组等，亦是,SiP,技术的应用范畴,。,穿戴装置,/,物联网驱动,SiP,需求上扬,全球