微电子封装流程0.ppt

第三章微电子封装工艺流程,一、塑料封装工艺流程,PBGA：,TOPVIEW,BOTTOMVIEW,以PBGA为例介绍一下封装制程,PBGA的详细制程（Packageprocess),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,Taping,WaferMount,DieSaw,DieAttach,Marking,Cure,Molding,WireBond,PlasmaCleaning,Cure,Cure,BallMount,FluxClean,Singulation,Packing&Delivery,Singulation,Molding,SolderBallAttach,PackagingProcess,Sawing,WireBonding,Die,DieAttach,Wafer,Wire,Packing,FinalTest,SolderBall,MoldingCompound,Wafer,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、砂轮划片和激光划片等几种：金刚刀划片质量不够好，也不便于自动化生产，但设备简单便宜，目前已很少使用；激光划片属于新技术范踌，正在推广试用阶段。目前使用最多的是砂轮划片，质量和生产效率都能满足一般集成电路制作的要求。,1、划片,WaferSawing,晶圆粘片,晶圆切割,WaferMount,DieSaw,晶元切割前首先必须在晶元背面贴上胶带（BlueTape),并固定在钢制的框架上，完成晶元粘片（WaferMount&tapeMount)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，并且还可以支撑住胶带以便于搬运。,wafer,钢制框架,Au膜互连线,Si芯片,WaferSawing,割刀,蓝色胶带,DIwater去离子水,*刀片转速:30,00040,000rpmFullCutting(105%),*DIWater（去离子水的作用）：洗去硅的残留碎片电阻系数:1618Mohm,水的冲洗速度:80100mm/sec切割方法：:单步切割（single)分步切割(step)斜角切割(bevel),*易产生的问题:DieCrack（晶片破裂）,锯口宽度,Blade,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，则可采用绷片机进行绷片，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。这样就可将已经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，即把已经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。然后仔细地把圆片连同绒布和滤纸一齐反转过来，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、绷片和分片,Dieattach,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，所以从工艺角度习惯上又称为粘片、烧结、芯片键合和装架。根据目前各种封装结构和技术要求，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和低熔点合金的焊接法等几种，可根据产品的具体要求加以选择。,Dieattach,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-硅和金在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，所以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。不过结合温度较高。,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（ScreenPrinting)3.点胶（SyringeTransfer)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和可靠度。,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（ScreenPrinting)3.点胶（SyringeTransfer)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；胶材可以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，但是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。,最早的办法是采用拉丝焊、合金焊和点焊。直到1964年集成电路才开始采用热压焊和超声焊。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和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，所以又称键合为压焊。,5、引线键合,粘接剂,芯片,金属化布线,芯片,金丝,WireBonding,密封技术就是指在集成电路制作过程中经过组装和检验合格后对其实行最后封盖，以保证所封闭的空腔中能具有满意的气密性，并且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、玻璃和陶瓷为主进行密封，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),作用：将晶片与外界隔绝避免上面的金线被破坏防止湿气进入产生腐蚀避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，通过组装可以一次加工完毕，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、浇铸法和递模成型法。应根据封装的对象、可靠性水平和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和模具，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和模具，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，通过注塑杆和包封模的注塑头、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EMC塑模的过程（EMCMoldingProcess）,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和辅助工具。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Molding,影响mold质量的几个主要因素,Mold参数的影响：预热情况；Mold的温度；压模时间；压模压强Mold芯片的影响：模道的设计；Gate的设计；芯片表面情况；Gate的位置Mold材料的影响：密度；黏性；凝胶时间；湿度Mold操作面影响：OP的训练熟练度；对工作知识的了解设计对Mold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：印字清晰且不脱落方式：按印式像印章一样直接印字在胶体上转印式padprint,使用转印头，从字模上沾印再印字在胶体上雷射式lasermark,用laser光印字,7、印字（Mark),印字（Mark)机台,8、植球：Soldballattach,SolderBallAttach,SolderBall,贴锡球,PBGA结构：,9、单颗化：Singulation,PBGA,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；印字清晰度；胶体外观完整性；可靠性检测,10、检测（Inspection),11、直插式（leadframe）封装工艺,Sawing,WireBonding,Mold,DieAttach,Packing,Trimming,Wafer,Forming,FinalTest,LeadFrame,TinPlating,SnPb/SnBi,BondingWire,EMC,SawBlade,Capillary,Die,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、成形和镀锡。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。,芯片,芯片,引线架,Leadframe的Mold图示：,LeadFrame,Mold,Chip,剪切/成型:Trim/Form,前续动作：trim:去除残胶De-flashForm:电镀Plating:增加引脚的导电性和抗氧化性剪切目的：将整条导线架上已经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,DambarCutting,剪切：Trim,剪切：Trim,电镀：TimPlating镀锡,IC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：Form,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