《集成电路封装工艺项目教程（活页式）》 课件 项目3 芯片粘接

芯片粘接项目导读本项目从芯片粘接工艺任务入手，先让读者对芯片粘接工艺有一个初步了解；然后详细介绍芯片粘接工序中的物料准备、设备准备、芯片粘接生产作业等职业技能。通过芯片粘接工艺的任务实施，让读者进一步了解芯片粘接工艺。知识目标1.了解芯片粘接工艺2.掌握芯片粘接的工艺操作3.掌握芯片粘接的质量评估4.会识读芯片粘接工艺相关的随件单技能目标1.能正确操作芯片粘接的设备，设置相关设备的常规参数2.能正确排查芯片粘接设备常见异常教学重点1．芯片粘接的工艺2．检验芯片粘接的质量教学难点芯片粘接工艺的实施建议学时6学时推荐教学方法从任务入手，通过芯片粘接的操作，让读者了解芯片粘接的工艺操作，进而通过芯片粘接工序的操作，熟悉芯片粘接的质量评估推荐学习方法勤学勤练、动手操作是学好芯片粘接工艺的关键，动手完成芯片粘接工艺任务实施，通过“边做边学”达到更好的学习效果芯片粘接知识准备1.了解芯片粘接的工艺、作用、材料和要求2.了解芯片粘接的实训设备3.识读芯片粘接的现场作业指导书知识目标知识准备知识准备在集成电路的生产过程中，芯片粘接，又称芯片贴装，是一个非常重要的环节，不仅确保电子元件之间的物理连接，还影响电性能、信号完整性、可靠性和系统寿命，它直接影响到芯片的成品率和质量。随着集成度的不断提高以及多芯片系统的出现，芯片粘接技术变得越来越重要。目前，芯片贴装的方法主要包括有共晶粘贴法、导电胶粘贴法、玻璃胶粘贴法、焊接粘贴法等。激光芯片贴装和倒装芯片贴装等先进芯片贴装技术的发展是为了满足现代高性能、高密度应用的需求。虽然每种技术都有其优点和挑战，但它们都努力实现最佳的热管理、可靠的机械粘合和高效的电气互连。随着行业不断突破小型化和性能的界限，新的芯片贴装技术和材料无疑将会出现，从而进一步推动电子设备的进步。一、芯片粘接工艺1.芯片粘接的目的

完成划片的晶圆，其芯片（晶粒）已经处于分离状态，但此时的芯片还不能直接投入市场使用，还需要完成从裸露状态到包裹状态的转变，也就是要将其制成常见的成品芯片。要完成这一转变需经过一系列的操作工序，首先通过芯片粘接来实现芯片（晶粒）在封装基板或引线框架上的固定。

芯片粘接工序将芯片从蓝膜上转移到基板或引线架上，为封装基板或引线框架作为芯片的外部电极打好基础。一、芯片粘接工艺2.芯片粘接工艺芯片粘接又称装片、粘片、贴片、固晶等，简称DA（DieAttach）或DB（DieBond），它是把芯片（指晶粒）固定到引线框架或基板指定位置的工艺，固定芯片的位置称为芯片座或晶粒座。芯片粘接是后续在芯片上进行各种作业的基础。2.芯片粘接工艺芯片粘接方法共晶粘贴法玻璃胶粘贴法导电胶粘贴法焊接粘贴法一、芯片粘接工艺3.芯片粘接的质量要求（1）使芯片和封装框架之间产生牢靠的物理性连接；（2）提供热量的传导以及对内部应力的缓冲吸收。（a）装片位置错误（b）溢胶造成引脚相连（c）漏装

（d）装歪一、芯片粘接工艺1.装片机装片机又称固晶机、粘片机，是一台通过视觉识别系统与传送系统来进行芯片粘接的设备，它主要包括吸嘴、顶针、点胶头、传动轨道、载片台、摄像头、上/下料机构等部件。二、芯片粘接材料与设备2.高温烘箱高温烘箱简称烘箱，是一种进行高温加热的设备，可以提供洁净无尘、持续稳定的高温环境。为了使芯片与引线框架之间焊接牢固，芯片粘接收料后，一般会进一步高温固化。二、芯片粘接材料与设备3.芯片粘接材料（1）银浆银浆是由高纯度（99.9%）的金属银微粒、粘合剂、溶剂、助剂所组成的机械混合物浆料，有一定的粘稠度。点胶头与银浆，如图所示。在芯片粘接中，银浆的作用主要包括固定芯片、散热和导电，其通常存放在-50℃的环境下，使用之前需要回温，除去气泡。二、芯片粘接材料与设备3.芯片粘接材料（2）点胶头点银浆的装置结构包括装银浆的针筒和出银浆的点胶头。点胶头图左图所示二、芯片粘接材料与设备3.芯片粘接材料（3）引线框架引线框架作为集成电路的芯片载体，绝大部分的半导体集成块中都需要使用引线框架。它提供了固定芯片的底座、连通芯片与外界的引脚。主要材质为铜，也有铁或铁镍，或在表面镀铜的。二、芯片粘接材料与设备3.芯片粘接材料（4）引线框架盒引线框架盒也称料盒，是封装前道工序中用来传递产品的一种辅助工具，不同的引线框架需要对应型号的料盒装载。料盒的腔体侧壁有一定数量的凹槽来装载框架，两侧有滑盖防止转移时框架划出料盒。二、芯片粘接材料与设备3.芯片粘接材料（5）顶针顶针是较细的针状金属，可顶起芯片（晶粒），便于芯片的拾取操作，安装于装片机载片台的下方。根据芯片的大小选择顶针规格，以及单PIN或多PIN。二、芯片粘接材料与设备三、芯片粘接现场作业指导书参照企业中各工艺的现场作业指导书模式，本实验中设置了对应的作业指导书，帮助了解作业工位信息以及作业流程。现场作业指导书主要介绍装片工位、设备主界面以及装片流程等。（a）①装片（芯片粘接）工位主要包括装片位置、质检位置和高温烘烤位置等，如图a和b所示；（b）三、芯片粘接现场作业指导书（c）②设备主要界面有装片机的Bond界面、Setup界面等，如图c、d、e所示；（d）（e）三、芯片粘接现场作业指导书③装片流程主要包括物料准备、设备准备、设备运行等，如图f所示。（f）三、芯片粘接现场作业指导书1.认识芯片粘接2.芯片粘接实训设备3.芯片粘接现场作业指导书课程小结知识准备芯片粘接任务六芯片粘接工艺实施1.认识装片作业的设备与物料信息2.了解物料及辅料领取的操作流程3.了解芯片粘接工序的设备操作流程4.了解芯片粘接工序的首检流程5.了解芯片粘接中的高温固化原理及操作流程6.了解芯片粘接中入库的操作流程知识目标任务六芯片粘接工艺实施任务描述（1）根据生产安排，领取待装片晶圆物料；（2）根据产品信息，领取引线框架、点胶头等材料；（3）将银浆、晶圆、引线框架、引线框架盒等物料，装载到装片机对应位置；（4）根据作业产品，在装片机界面调取装片程序；（5）在装片机界面，调整图像、取芯位置等；（6）运行装片设备，先生产一条引线框架，到装片质检区检查质量，进行首检；（7）完成批量生产后，检查芯片粘接的质量；（8）利用高温烘箱，设置烘烤时间和温度后，完成装片后框架的高温固化作业；（9）完成物料回库与物料交接。1．物料领取

物料领取的操作，需要根据生产排班，从氮气柜中领取待装片晶圆，并将物流从待生产库中导出。操作步骤如下：（1）查看生产安排。到生产排班屏幕下方，单击显示屏确认生产安排。（2）领取晶圆。到待装片产品区，从氮气柜中选择本次作业的晶圆，如图所示。一、芯片粘接物料准备1．物料领取（3）出库物流信息。单击扫描枪，扫描工艺流程卡（随件单）上的信息条码，输入作业的工位号，单击“出库”按键，完成物流出库。（4）放至工位。单击晶圆框架盒，将出库后的物料转移至装片区，如图所示。一、芯片粘接物料准备2．辅料领取除了待装片的晶圆，装片作业还需要领取空引线框架、点胶头、银浆、引线框架盒（收料盒）等材料，且型号需与作业产品匹配。操作步骤如下：（1）到辅料区。按照地面指示，前往辅料区，如图所示。一、芯片粘接物料准备2．辅料领取（2）领取辅料。根据作业芯片与随件单信息，依次选择对应型号的空引线框架、点胶头、银浆和收料引线框架盒，如图所示。选择后单击“确定”进行领取。（3）放至工位。单击小推车，将领取的辅料转移至装片工位。一、芯片粘接物料准备切换Materials界面

3．装片机装料（1）安装银浆（即银胶）：切换Materials界面；

移出银浆模组；安装银胶；退回银浆模组。安装银胶银胶安装完毕一、芯片粘接物料准备3．装片机装料（2）装载晶圆：

拿取晶圆；放置晶圆。一、芯片粘接物料准备3．装片机装料（3）装载空引线框架：拿取空引线框架；放置引线框架。键合图一、芯片粘接物料准备1．调取引线框架与料盒程序（1）单击装片机显示屏的“Setup”按钮，进入参数设置界面，然后对引线框架、料盒载具、点胶、焊接的参数进行设置，设置完成后点击“确定”按钮进行确定，如图所示。二、装片机准备与生产运行1．调取引线框架与料盒程序（2）参数设置完成后，依次单击“Setup

DataSetup

PackageFile”按钮，切换到封装文件调用界面，选择对应的引线框架与料盒程序，单击“LoadPackage”按钮调用，如图所示。二、装片机准备与生产运行（1）返回参数设置界面；（2）进入芯片编程界面;（3）自动校正;（4）设定合格芯片。晶圆方向歪斜校正后的图像2．进行芯片编程二、装片机准备与生产运行（1）进入焊接设置界面;（2）开启顶针编辑;（3）对齐顶针、取芯、吸嘴位置；（4）返回生产界面。3．对三点一线BondingProcess界面顶针编辑二、装片机准备与生产运行4．装片机生产运行

在装片机生产运行时，先按单片生产模式进行首条框架装片，然后检查装片质量，装片合格后继续批量生产。（1）选择单片生产模式。（2）运行装片机。如图所示二、装片机准备与生产运行4．装片机生产运行（3）取出首条框架（4）检查装片质量（5）装回收料区（6）选择连续生产模式（7）继续运行二、装片机准备与生产运行5．装片机运行过程（1）对单条框架进行装片：选择单片生产模式；运行装片机。（2）点胶点银浆时，要保证银浆在晶粒座上的覆盖范围大于75%。二、装片机准备与生产运行（3）首检芯片的位置是否正确；芯片表面有没有异常；引线框架有没有异常；蓝膜有没有异常。（4）收料5．装片机运行过程二、装片机准备与生产运行

注意：在芯片粘接过程中，若遇到设备开机、设备调试、换批、换班等情况，需要对第一个完成芯片粘接的引线框架进行首检，以保证后续批量生产时产品的质量。1.银浆固化

银浆固化也称为高温固化。为使芯片与引线框架之间焊接牢固，保证装片牢固并去除水分，需进行银浆固化作业。一般情况下，将贴装完成的引线框架放于烘干箱中，在175℃的环境下高温烘烤一个小时。三、芯片粘接高温固化与作业结批1.银浆固化（1）转移至烘烤区装片完成后，将收料区的引线框架盒放到旁边的小推车上，然后依据指示，将推车推到烘烤区。三、芯片粘接高温固化与作业结批1.银浆固化（2）设置烘烤温度与时间根据工程指令单，在高温烘箱的操作盘上，设置烘烤的温度与时间。三、芯片粘接高温固化与作业结批1.银浆固化（3）放入物料打开箱门，将待烘烤引线框架放入；（4）运行烤箱

单击“Run”键，运行高温烘箱。三、芯片粘接高温固化与作业结批1.银浆固化（5）取出物料烘烤完成，温度开始下降，待降温结束后，此时物料已经冷却到室温，开启烘箱门将烘烤完成的引线框架取出。三、芯片粘接高温固化与作业结批2.抽检三、芯片粘接高温固化与作业结批

为监控芯片粘接过程中的质量情况，需要进行抽检工作。在银浆固化后，抽检员随机抽取若干个已完成的芯片粘接进行检查，抽检员根据抽检情况在抽检记录单上做好记录。3.作业结批本批次合格产品装片作业完成后，回到待生产库，交接至下一道工序，等待继续生产。（1）入库将装片制品转移至物流系统处，在系统中将物料信息入库。三、芯片粘接高温固化与作业结批入库3.作业结批（2）存放将装片制品存放至待键合产品的氮气柜中。注意：在完成结批后，要对工位进行除尘、清理，防止出现异物残留。完成粘接的芯片，可以进入引线键合工序。存放三、芯片粘接高温固化与作业结批1.装片作业的设备与物料信息2.物料及辅料领取的操作流程3.芯片粘接工序的设备操作流程4.芯片粘接工序的首检流程5.芯片粘接中的高温固化原理及操作流程6.芯片粘接中入库的操作流程课程小结任务六芯片粘接工艺实施芯片粘接任务七芯片粘接质量检查及异常处理1.了解芯片粘接中的常见故障现象2.了解芯片粘接中常见故障的分析和处理知识目标任务七芯片粘接质量检查及异常处理任务描述（1）判断芯片粘接过程中不同的异常现象，分析其产生的原因。（2）针对异常进行排查与处理。（3）重新运行并检查异常是否已排除。一、取芯失败1.异常现象与原因通过装片机显示屏查看报警内容，发现吸嘴连续取芯失败，单击“关闭”按钮，关闭报警对话框。一、取芯失败2.异常排查与处理（1）检查吸嘴（2）检查顶针（3）进入顶针更换模式（4）更换顶针一、取芯失败3.重新运行并检查（1）更换新的顶针后，单击显示界面上的“AutoBond”按钮，进行设备的试运行。（2）根据设备试运行的情况，若没有出现取芯失败的现象以及设备正常运行，取芯失败异常处理完毕。二、芯片装偏二、芯片装偏1.异常现象与原因

通过装片机显示屏查看报警内容，发现芯片的装片位置存在差异，需要重新设置装片位置。芯片装偏异常，如图所示。二、芯片装偏2.异常排查与处理（1）进入焊接设置界面（2）装片位置设置（3）保存设置。二、芯片装偏3.重新运行并检查（1）参数设置完成后，单击显示界面上的“AutoBond”按钮，进行设备的试运行。（2）根据设备试运行的情况，芯片没有出现破损或装偏现象以及设备正常运行，芯片装偏异常处理完毕。1.芯片粘接故障的分类2.芯片粘接故障分析及处理课程小结任务七芯片粘接质量检查及异常处理关键知识梳理1．芯片粘接（DieBonding或DieMount）也称芯片贴装，是将集成电路芯片固定在封装基板或引线框架上的工艺过程，以便于后续的制造作业。分割后的芯片（晶粒）可以被独立的拾取出来进行芯片粘接，芯片牢固且准确的粘接在引线框架上是顺利进行引线键合的基础。

此处芯片粘接中的“芯片”即晶粒，是产业中通常使用的名称。2．在芯片粘接时，需要的原材料主要有银浆、引线框架。（1）银浆是由高纯度（99.9%）的金属银微粒、粘合剂、溶剂、助剂所组成的机械混合物浆料，有一定的粘稠度。（2）银浆的作用主要包括固定芯片、散热和导电，其通常存放在-50℃的环境下，使用之前需要回温，除去气泡。关键知识梳理（3）引线框架作为集成电路的芯片载体，是一种借助于键合材料（金丝、铝丝、铜丝），实现芯片内部电路引出端与外引线的电气连接，形成电气回路的关键结构件，它起到了和外部导线连接的桥梁作用。（4）引线框架具有散热、导电以及机械支撑等作用。3．在芯片粘接工艺中，把已切割下来的芯片贴装到引线框架中间的芯片座上，芯片座的尺寸要与芯片大小相匹配。（1）若芯片座尺寸太大，在键合时会导致引线跨度太大，在转移成型塑封的过程中，会由于流动产生的应力，而造成引线弯曲及芯片位移等现象；若芯片座尺寸太小，则芯片会超出芯片座的位置，影响键合与塑封。（2）芯片粘接主要有共晶粘贴法（金-硅合金）、焊接粘贴法（铅-锡合金）、玻璃胶粘贴法以及导电胶粘贴法（环氧树脂粘接）等4种贴装方法。关键知识梳理（3）对芯片粘接工艺检查时，常见的不合格现象有歪片、错装、漏装、误装、碎片以及溢胶等。4．芯片粘接设备即装片机，又称固晶机、粘片机，是一台通过视觉识别系统与传送系统来进行芯片粘接的设备。装片机主要包括吸嘴、顶针、点胶头、传动轨道、载片台、摄像头、上/下料机构等部件。5．高温烘箱简称烘箱，是一种进行高温加热的设备，可以提供洁净无尘、持续稳定的高温环境。为了使芯片与引线框架之间焊接牢