第三章 微电子封装流程

1、第三章第三章 微电子封装工艺流程微电子封装工艺流程 一、塑料封装工艺流程一、塑料封装工艺流程 PBGA： TOP VIEWBOTTOM VIEW 以以PBGA为例介绍一下封装制程为例介绍一下封装制程 PBGA的详细制程的详细制程（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 Taping Wafer MountDie SawDie Attach MarkingCureMoldingWire Bond Plasma CleaningCure CureBall MountFlux Clean Singul

2、ationPacking&Delivery SingulationMoldingSolder Ball Attach Packaging Process SawingWire Bonding Die Die Attach Wafer Wire PackingFinal Test Solder Ball Molding Compound 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 具有单个图形具有单个图形(单元功能单元功能)的芯片，常用的方法有金刚刀划片、的芯片，常用的方法有金刚刀划片、 砂

3、轮划片和激光划片等几种：金刚刀划片质量不够好，也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；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。路制作的要求。 1、划片、划片 Wafer Sawing 晶圆粘片 晶圆切割 Wafer Mount Die Saw 晶元切割前首先必须在晶元背面贴上胶带（Blue Tape),

4、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，并且还可以支撑住胶带以便于 搬运。 wafer 钢制框 架 Au膜互连线膜互连线 Si芯片芯片 Wafer Sawing 割刀 蓝色胶带 DI water 去离子水 Blade Wafer Feeding Direction Saw Blade Wafer Wafer Mount Tape Wafer Sawing Stage

5、 Spindle Speed Wafer Tape Speed Water Nozzle Wafer Wash/Dry Stage 绷片绷片：经划片后仍粘贴在塑料薄膜上的圆片，如需要分离成：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

6、就可将已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。机构。 分片分片：当需人工装片时，则需要进行手工分片，即把已经经：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

7、 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。芯片分居盘中备用。 2、绷片和分片、绷片和分片 Die attach 3、基板的金属化布线、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、芯片装片 把集成电路芯片核接到外壳底座把集成电路

8、芯片核接到外壳底座(如多层陶瓷封装如多层陶瓷封装) 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法和低熔点

9、合金的焊接法等几种，可根据产品的具体要 求加以选择。求加以选择。 Die attach 粘接剂粘接剂 芯片芯片 金属化布线金属化布线 芯片芯片 芯片芯片 黏结方法：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：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（Scrub

10、bing),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：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

11、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：优点：无孔洞，优良的稳定性，低残余应力，低湿气含量 缺点：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种涂胶的方法种涂胶的方法: 1.戳印（

12、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：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：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：优点：有优良的热传导性 硬性合金：良好的抗疲劳（Fatigue)与抗潜

13、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。直到最早的办法是采用拉丝焊、合金焊和点焊。直到1964年年 集成电路才开始采用热压焊和超声焊。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是我们通常所说的

14、丝焊法，即用金丝或铝丝实行金金金 键合，金键合，金铝银键合或铝铝银键合或铝铝键合。由于它们都是在一定压铝键合。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。力下进行的焊接，所以又称键合为压焊。 5、引线键合、引线键合 粘接剂粘接剂 芯片芯片 金属化布线金属化布线 芯片芯片 金丝金丝 Wire Bonding 密封技术就是指在集成电路制作过程中经过组装和检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有满意的气密性，并且用质谱仪或放

15、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，并称它们为都是以金属、玻璃和陶瓷为主进行密封，并称它们为气密气密 性封装；而塑料封袭则称非气密性封装。性封装；而塑料封袭则称非气密性封装。 6、封模、封模 塑模（塑模（Molding)Molding) 作用：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：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

16、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，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，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。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、可靠性法、浇铸法和递模

17、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。水平和生产批量的不同选用合适的成型方法。 塑料封装成型方法塑料封装成型方法 滴涂成型法滴涂成型法 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。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，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，其工艺流程是封装外形尺寸不一致，不适合大批量生产，

18、其工艺流程是 浸浸渍涂敷法成型渍涂敷法成型 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。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，其工艺流程是渍的树脂量不易均匀，其工艺流程是 填充法成型填充法成型 把元器件待封装部位放入外壳把元器件待封装部位放入外壳(塑料或金属壳塑料或金属壳)内，再用液内，再用液 体树脂填平

19、经加热固化成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，其工艺流程是靠性差，其工艺流程是 浇铸法成型浇铸法成型 把元器件待封装部位放入铸模内，用液体树脂灌满，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，生产效率致，防潮性能较好，但封接后不易脱模，生

20、产效率 低可靠性也差，其工艺流程是低可靠性也差，其工艺流程是 递模成型递模成型 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 法称为法称为递模成型法递模成型法 用用EMCEMC塑模的过程（塑模的过程（EMC Molding ProcessEMC Molding Process） 预热 递模成型工艺操作简单，劳动强度低，封装后外形一致性递模成型工艺

21、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。递模成型法是集成电路的 主要封装形式主要封装形式，其工艺流程是，其工艺流程是 塑模塑模 MoldingMolding 影影响响mold质质量的几量的几个个主要因素主要因素 Mold Mold 参数的影响：参数的影响：预热情况；预热情况；MoldMold的温度；压模时

22、间；压模压强的温度；压模时间；压模压强 Mold Mold 芯片的影响：芯片的影响：模道的设计；模道的设计；GateGate的设计；芯片表面情况；的设计；芯片表面情况； GateGate的位置的位置 Mold Mold 材料的影响：材料的影响：密度；黏性；凝胶时间；湿度密度；黏性；凝胶时间；湿度 Mold Mold 操作面影响：操作面影响：OPOP的训练熟练度；对工作知识的了解的训练熟练度；对工作知识的了解 设计对设计对MoldMold质量的影响：质量的影响：芯片的设计；衬板的设计；封装的设计；芯片的设计；衬板的设计；封装的设计； 金线长度；金线的直径金线长度；金线的直径 目的：用于适当的辨别

23、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、印字（Mark)Mark) Marking ABC World Leading Wafer FAB 印字印字（Mark)Mark)机台机台 8 8、植球：、植球：Sold ball attachSold ball attach Solder Ball Attach Solder Ball 贴锡球 PBGA结构： Organic Substra

24、te Die Wire EMC Adhesive Solder Ball 9 9、单颗化：、单颗化：SingulationSingulation ABC 27 Dec ABC 27 Dec ABC 27 Dec ABC 27 Dec 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 1010、检测、检测（Inspection)Inspection) Sawing Wire Bonding Mold Die Attach Packing Trimming Wafer Forming Final T

25、est Lead Frame Tin Plating SnPb/ SnBi Bonding Wire EMC Saw Blade Capillary Die 先将先将IO引线冲制成引线框架，然后在芯片固定引线架的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中央芯片区，再将芯片的各焊区用WB焊到其他引线键合区，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，先将塑封料加热至封时，先将塑封料加热至150-180，待其充分软化熔融后，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