电子封装工艺设备概述-文档在线预览

陈仁章

机电工程学院桂林电子科技大学封装工艺与设备的关系电子产品封装概述半导体封装技术半导体封装技术发展的5个阶段：封装技术将一个或多个芯片有效和可靠地封装互连起来，以达到：

1，提供给芯片电流通路；2，引入或引出芯片上的信号；3，导出芯片工作时产生的热量；4，保护和支撑芯片，防止恶劣环境对它的影响。IC发展的历程及其封装形式膜IC（无源）厚膜IC薄膜IC有源半导体ICIC双极型MOS型小规模IC（SSI）中规模IC（MSI）大规模IC（LSI）超大规模IC（VLSI）特大规模IC（ULSI）混合IC（HLC）先进HISQFPBGACSP3DFC系MC统M/封装（Sip/Sop)MCP微机电系统（MEMS/MOEMS）系统级芯片（SoC)封装工艺与设备工艺设备先进的封装设备和制造工艺是密不可分的，没有设备的工艺无疑是之上谈兵，没有工艺的设备则必然是无源之水。设备与工艺要紧密结合在一起。促进决定先进封装技术晶圆处理工艺设备晶圆测试工艺设备晶圆测试技术：晶圆上芯片的探针测试，确定其功能与性能；是制造工艺中降低成本的一种手段。前道制芯工艺探针测试台晶圆背面磨削减薄晶圆探针测试台即探针台，用来测试晶圆上每个芯片电路特性的。通过探针卡实现芯片上每个焊区与测试仪的稳定连接，由测试仪判定芯片的好坏。主要完成：1，电气测试2，参数测试探针测试台的分类用于各种半导体器件芯片的电能参数测试，用手动控制进行器件特性分析和工艺验证分析。在人工完成第一个芯片对准后，按程序实现晶圆上所有芯片测试功能的测试设备。主要包括：1，X-Y向工作台2，可编程承片台3，探针卡/探针卡支架4，打点器、探边器5，操作手柄6，与测试仪相连的通信接口CJ-5型双电测四探针测试仪晶圆减薄工艺设备主要方式：磨削、研磨、化学机械抛光（CMP）、干式抛光（dry

polishing）、电化学腐蚀（electrochemical

etching）、湿法腐蚀（wet

etching）、等离子辅助化学腐蚀（PACE）、常压等离子腐蚀（ADPE）①旋转工作台磨削（surface

grinding

on

arotary

table）D≤100mm，工作台4旋转做圆周进给运动。②晶圆自旋转磨削（wafer

rotating

grinding）晶圆和磨轮绕各自的轴回旋，磨轮垂直向下进行纵向切入磨削。磨轮进给系统向下运动的速度越小，对未加工材料破坏越小。纵向切入：将旋转的研削磨轮自上而下地切入自旋的被加工物，并研削加工至规定厚度尺寸的研削方法。晶圆减薄机关键零部件⑴承片台⑵分度工作台⑶空气静压电主轴⑷磨轮进给系统⑸折臂机械手研磨应力去除技术化学机械式抛光（CMP）湿式化学腐蚀(wet

etching)干式腐蚀(dry

etching)干式抛光(dry

polishing)目的：去除研磨后的变质层，使芯片的强度得到提高。晶圆划片工艺设备

划切刃具支撑（金刚刀支架、主轴或激光器）、Z向划切深度控制、Y向分度定位、X向划切进给以及θ向平行调整。具备四维基本运动。①砂轮划片机X轴：带动被划材料快速进入开槽划片运动。Y轴：带动空气空气主轴准确送进所需划切槽距。Z轴：主轴升降，实现所需的开槽和划片深度。θ轴：实现所需划切角度。②干式激光划片机砂轮式划片具固有的划切道宽度问题，激光划片机大大减小其宽度。③微水导激光划片机主要优势：消除热影响区。微水导激光基本原理传统激光总会有能量残留在划切道上，该能量的累积和传导是造成热损伤的主要原因。而微水导激光因水柱的作用，将每个脉冲残留的热量迅速带走，不会积累在工件上。芯片互连工艺设备芯片键合技术

将芯片安装固定在封装基板或外壳上，常用的键合材料包括导电环氧树脂、金属焊料等。分共晶键合和黏合剂键合两种方式。共晶键合：涂敷共晶键合材料，加热、加压，并驱动芯片往复摩擦。黏合剂键合：涂布黏合剂，然后放置芯片，在烘箱中加热固化，形成键合界面。芯片键合设备主要组成部分：①承片台：承载着芯片的蓝膜框架，驱动其在XY两个方向运动以便取芯。②点胶系统：涂覆黏合剂，分点蘸式和喷涂式。③键合头：完成芯片的拾取和放置，分摆臂式和直线式。④视觉系统：由光路、照明和摄像头组成。用于芯片自动定位。⑤物料传输系统：负责料条（引线框架或PCB基板）的自动操作。⑥上/下机箱及基座：固定支撑设备以及容纳电系控制系统和其他附件。芯片键合机芯片键合机的关键技术是：整机运动控制、点浆、芯片拾取机构以及图像识别系统。芯片键合设备的关键在于高速、精确、可靠地拾取和放置芯片。键合头运动的精度和速度是保证设备精度、可靠性、一致性和效率的关键。引线键合技术WB

互连工艺确立芯片和外部的电气连接。半导体内部的互连方式分为引线连接和非引线连接两种。引线连接即引线键合（wire

bonding）非引线连接分为载带自动键合（TAB）与倒装芯片（FC）两种。TABFC引线键合设备主要组成部分：①XY工作台：提供形成复杂线弧形状所需的键合面内的高速精度运动。②键合头：提供键合过程中垂直于键合面的运动，同时承载超声波换能器、线夹、电子打火杆等小构件。③视觉系统：由光路、照明和摄像头组成。用于芯片自动定位和焊后检查。④物料传输系统：负责料条（引线框架或PCB基板）的自动操作。⑤上/下机箱及基座：固定支撑设备以及容纳电系控制系统和其他附件。引线键合机引线键合主要工艺参数：键合温度：指外部提供的温度。常安装传感器监控瞬态温度。键合时间：键合时间长，引线球吸收能量多，键合点直径大，界面强度大，但键合点过大会超出焊盘边界导致空洞生成。超声功率：对键合球的变形起主导作用。超声波的水平振动是导致焊盘破裂的最大原因。键合压力：增大超声功率通常需要增大键合压力，但压力过大会阻碍键合工具的运动。线弧控制：IC封装尺寸减小以及I/O引脚增加，线弧间距越来越近。载带自动焊技术

载带自动焊（TAB）是一种将IC芯片安装和互连到柔性金属化聚合物载带上的

IC组装技术。载带内引线键合到IC芯片上，外引线键合到常规封装或PWB上。焊接过程：⑴对位

⑵焊接⑶抬起

⑷芯片传送（1）供片（2）冲压焊接（3）回应气密封装工艺大多能防止液体及气体渗透。金属封装：尺寸严格、精度高、金属零件便于大量生产、价格低、性能优良陶瓷封装：提供IC芯片气密性的密封保护，具有优良的可靠度。塑封设备模塑技术的工艺设备包括：①排片机：对线框进行塑封前的自动排片以及预热处理，实现工序自动化。②预热机：对塑封料的预热、产品的预热。③传递模压机：通过加压，将热固性材料引入闭合模腔内制造塑封元件。④铸模设备：将所需的原料分别置于两组容器中搅拌，再输入铸孔中使其

发生聚合反应完成塑封。⑤去溢料机：清除塑料封装中塑封树脂溢出、贴带毛边、引线毛刺。先进封装工艺设备球栅阵列（BGA）封装工艺是按二维（平面）排列的焊料球与印刷线路板连接后的集成电路外部封装形式。典型BGA封装结构倒装芯片键合工艺设备芯片以凸点阵列结构与基板直接安装互连。优点：1，克服了引线键合焊区中心极限问题。2，在芯片的I/O分布更便利。3，为高频率、大功率器件提供更完善的信号厚膜电路工艺设备⑴丝网印刷机：采用丝网印刷将定量的焊膏涂覆在PCB各制定位置上。⑵厚膜电路光刻机：进一步提高丝网印刷的精细度。⑶烧结炉：加热隧道，传送产品的部件。⑷激光调阻机：高能激光脉冲聚焦在被调片阻上，改变横截面调阻。A.激光器；B.光束定位系