《集成电路制造工艺项目化实践》 课件 项目8 芯片塑封与成型

芯片塑封与成型项目8项目导读

本项目从涂胶工艺任务入手，先让读者对光刻工艺有一个初步了解；然后详细介绍涂胶、曝光和显影等专业技能。通过曝光和显影工艺的任务实施，让读者进一步了解光刻工艺。知识目标1.了解光刻工艺2.掌握涂胶、曝光和显影的工艺操作3.掌握涂胶、曝光和显影的质量评估4.会识读涂胶、曝光和显影工艺相关的随件单技能目标1.能正确操作涂胶、曝光和显影的设备，设置相关设备的常规参数2.能正确排查涂胶、曝光和显影的常见故障教学重点1．涂胶、曝光和显影的工艺2．检验涂胶、曝光和显影的质量教学难点涂胶、曝光和显影的实施建议学时6学时推荐教学方法

从任务入手，通过涂胶的操作，让读者了解涂胶的工艺操作，进而通过曝光和显影的操作，熟悉曝光和显影的质量评估推荐学习方法

勤学勤练、动手操作是学好光刻工艺的关键，动手完成涂胶、曝光和显影任务实施，通过“边做边学”达到更好的学习效果塑料封装采用塑料封装工艺，使用塑封机、高温烘箱以及热固性塑料（塑封料），完成将框架上裸露的芯片、键合线等结构被环氧树脂包裹起来的塑料封装任务。在塑料封装时，要避免填充不足、粘模、溢料以及气孔等不合格现象。目前使用的封装材料大部分都是聚合物，即所谓的塑料封装，塑料封装简称塑封，是最为常用的封装方式。它是一种用绝缘的塑料包封电子元件的技术，具有成本低、工艺简单、工作温度低、可靠性高等优点。8.1.1认识塑料封装塑料封装塑封的作用键合之后的芯片（即晶粒）在引线框架上仍处于裸露状态，易受到外部环境的影响而出现损坏或氧化等情况。通过在外部包裹壳体的形式，可以很好的将其保护起来。塑料封装因其工艺简单、成本低、自动化程度高等特点被广泛应用。对裸露芯片进行塑料封装可以有效防止湿气等外部入侵，起到支撑、保护、散热等作用，并且提供了一个可手持的形体。8.1.1认识塑料封装塑料封装塑封的原材料，如图8-1所示。塑封原材料一般采用热固性塑料，也称为塑封料。热固性塑料是以热固性树脂为主要成分而制成的塑料，其特性是：在低温时是塑性的、流动的；温度加热到一定范围时，聚合物分子发生交联反应，形成刚性固体；当加热温度过高时，则聚合物会变软（但不会融化）。塑封料外观，如图8-1所示。8.1.1认识塑料封装图8-1塑封料塑料封装塑封的质量要求塑封前后的外观对比，如图8-2所示。塑封后，框架上裸露的芯片、键合线等结构被环氧树脂包裹，塑封体内部的结构如图8-3所示。8.1.1认识塑料封装图8-2注塑前（左）与注塑后（右）图8-3注塑后结构示意图塑料封装在塑封过程中，会出现不同的异常现象，常见的塑封质量异常及其产生原因，如表8-1所示。8.1.1认识塑料封装8.1.2塑封设备塑封工艺的设备塑封工艺的设备，主要包括自动排片机、高频预热机和塑封机。自动排片机自动排片机是将待注塑的框架条从上料区自动排放于上料架中，并进行预热的设备。高频预热机高频预热机也称为高周波预热机，其主要作用是通过高频（高周波）介质加热的方式对塑封料进行预热。8.1.2塑封设备塑封工艺的设备塑封机塑封机是将已塑化好的熔融状态（即粘流态）的塑封料注入闭合模腔内，经固化定型后获得塑封制品的设备。塑封机主要有设置区和注塑区2部分，其中注塑区完成塑封料的传送、注塑和定型。塑封机外观如图8-4所示。8-4塑封知识目标掌握芯片塑封实施流程能利用虚拟仿真软件，设置相关参数实施芯片塑封技能目标8.1.3塑封实施8.1.3塑封实施芯片塑封流程领料确认参数设置高温固化塑封操作抽检8.1.3塑封实施芯片塑封流程领料确认参数设置高温固化塑封操作抽检8.1.3塑封实施芯片塑封流程领料确认参数设置高温固化塑封操作抽检8.1.3塑封实施塑封操作引线框架预热

设置排片机预热温度和时间8.1.3塑封实施塑封操作引线框架预热引线框架预热8.1.3塑封实施塑封操作塑封料预热图8-12塑封料预热8.1.3塑封实施塑封操作塑封机上料

合模操作8.1.3塑封实施塑封操作塑封机上料投料8.1.3塑封实施塑封操作注塑

注塑8.1.3塑封实施塑封操作开模下料开模下料8.1.3塑封实施芯片塑封流程领料确认参数设置高温固化塑封操作抽检8.1.3塑封实施抽检为了能够及时发现塑封过程中的不良情况并做出处理，质量检查是必不可少的环节，一般分为首检、自检和抽检等3个检查方式。记录抽检结果8.1.3塑封实施芯片塑封流程领料确认参数设置高温固化塑封操作抽检8.1.3塑封实施高温固化高温固化8.1.4塑封常见异常故障排除在塑封过程中，可能会出现塑封体缺损、塑封体气泡等塑封质量问题，以及塑封机未自动开模、塑封机温度异常等设备运行问题。当发现异常时，需要及时处理，故障排除后方可继续生产。塑封质量异常填充不足有规则的填充不足现象，如图8-20所示，无规则的填充不足现象，如图8-21所示。图8-20有规则的填充不足图8-21无规则的填充不足8.1.4塑封常见异常故障排除塑封质量异常粘模常见的粘模现象，如图8-22所示。图8-22常见的粘模现象8.1.4塑封常见异常故障排除塑封质量异常溢料溢料现象，如图8-23所示。图8-23溢料8.1.4塑封常见异常故障排除塑封质量异常气孔产生气孔的现象，如图8-24所示。图8-24气孔8.1.4塑封常见异常故障排除自动开模失败显示屏出现“无法正常开模”的警告，塑封机自动开模失败，如图8-25所示。图8-25异常显示8.1.4塑封常见异常故障排除自动开模失败点击“查看”按键，发现塑封机未自动开模，操作员按动“开模”按钮，手动将模具打开，如图8-26所示。图8-26手动开模8.1.4塑封常见异常故障排除塑封机加热异常塑封机加热异常现象塑封机开启加热一定时间后，其温度没有变化，未达到设定值，如图8-27所示。图8-27塑封机加热异常8.1.4塑封常见异常故障排除塑封机加热异常塑封机加热异常分析塑封机加热异常，可能的原因有加热电源未接通、温度显示异常、加热装置损坏等。塑封机加热异常处理首先检查加热电源是否接通，若确定为设备故障，则有相关技术人员对加热装置或显示装置进行维修。激光打标是芯片打标的方式之一，其利用激光在塑封体上面打上标识，比如制造商信息、批号、产品名称、生产日期等内容。激光打标的作用在塑封之后，塑封体表面是没有任何内容的，此时如果发生混料或散落等情况会很难辨识，且不便于后期对物流的跟踪。所以在塑封之后，大部分工艺会在产品的正面或背面进行打标操作。激光打标就是利用激光在塑封体上面打上去不掉的、字迹清楚的标识，方便后续对元件的跟踪与辨识。8.2.1认识激光打标芯片打标方式在芯片上印字的方式有很多，主要有以下几种。直印式：像印章一样直接将内容印在塑封体上。转印式：使用转印头，从字模上将内容蘸印，再印字在塑封体上。激光刻印式：利用激光直接在塑封体上刻印内容。直印式和转印式均通过油墨实现，油墨打标字迹比较深，对比清晰，但对模块表面要求较高，若模块表面有沾污现象，油墨就不易印上去，且油墨比较容易擦除。8.2.1认识激光打标激光打标精度较高、字迹不易擦除，且不产生机械挤压和应力，不会损害被加工芯片，热影响区域也较小，但相较于油墨打标而言，它的字迹较淡，对比不明显。激光打标效果，如图8-28所示。8.2.1认识激光打标图8-28激光打标效果激光打标是芯片打标的方式之一，其利用激光在塑封体上面打上标识，比如制造商信息、批号、产品名称、生产日期等内容。激光打标的作用在塑封之后，塑封体表面是没有任何内容的，此时如果发生混料或散落等情况会很难辨识，且不便于后期对物流的跟踪。所以在塑封之后，大部分工艺会在产品的正面或背面进行打标操作。激光打标就是利用激光在塑封体上面打上去不掉的、字迹清楚的标识，方便后续对元件的跟踪与辨识。8.2.1认识激光打标芯片打标方式在芯片上印字的方式有很多，主要有以下几种。直印式：像印章一样直接将内容印在塑封体上。转印式：使用转印头，从字模上将内容蘸印，再印字在塑封体上。激光刻印式：利用激光直接在塑封体上刻印内容。直印式和转印式均通过油墨实现，油墨打标字迹比较深，对比清晰，但对模块表面要求较高，若模块表面有沾污现象，油墨就不易印上去，且油墨比较容易擦除。8.2.1认识激光打标激光打标精度较高、字迹不易擦除，且不产生机械挤压和应力，不会损害被加工芯片，热影响区域也较小，但相较于油墨打标而言，它的字迹较淡，对比不明显。激光打标效果，如图8-28所示。8.2.1认识激光打标图8-28激光打标效果知识目标掌握激光打标实施流程能利用虚拟仿真软件，进行激光打标工艺实施技能目标8.2.3激光打标实施激光打标流程领料确认参数设置结批激光打标操作抽检8.2.3激光打标实施激光打标流程领料确认参数设置结批激光打标操作抽检8.2.3激光打标实施领料确认8.2.3激光打标实施操作员领料确认参数设置8.2.3激光打标实施调用打标文件激光打标流程领料确认参数设置结批激光打标操作抽检8.2.3激光打标实施结批8.2.3激光打标实施

随件单填写激光打标工艺在检查打标制品时，常见的不合格现象有打标内容错误、打标字体错误、字迹模糊或缺损等。出现故障时，及时分析原因并做出相应的处理，以减少损失。8.2.4激光打标常见故障图8-35文本内容错误文本内容错误故障现象实际打标的文本内容与要求内容不符。若调用的打标文件名为“HE311768B*Y”，而打标后的芯片批号显示为“HE336512T”，该故障为文本内容错误，如图8-35所示。原因分析：选择了错误的打标文件，即调用时选择的文件与随件单不一致，导致调取了其他芯片的打标内容，此时打标出来的文本或图案内容也是错误的。解决措施：重新调用打标文件。8.2.4激光打标常见故障图8-36字体错误字体错误故障现象实际打标的文本字体与要求不符，如图8-36所示。原因分析打标内容的格式设置错误，可以在编辑界面查看设置效果，排查问题。解决措施出现该问题时，由相关技术人员重新编辑文本的字号、格式等内容。技术员查询字体要求后，将界面左侧的字体改成“Arial”形式，点击“保存”进行确定，如图8-37所示。8.2.4激光打标常见故障图8-37修改文本形式8.2.4激光打标常见故障图8-38字迹缺损字迹模糊缺损故障现象打标出现字迹模糊、有波纹或字迹缺损等现象。本虚拟仿真以字迹缺损为例，其现象如图8-38所示。原因分析由激光不稳定或光路未对准等情况引起。解决措施需要相关技术人员，对激光打标机进行检修。切筋成型是将整条片状的框架条，切割成独立的成品电路的操作。引脚成型后，会将其放进料管或料盘中。切筋成型的作用切筋成型实际上是切筋和成型2道工艺，但大多会在一台机器上同时完成，有时也会分开完成。切筋工艺是切除框架外引脚之间的连接点以及在框架带上连在一起的地方；成型工艺是将引脚弯成一定的形状，以满足装配的需要。切筋：是将整条引线框架上已经封装好的元件独立分开。切筋后的每个独立封装元件是一块树脂硬壳，且侧面伸出许多外引脚。成型：是将已经完成切筋的元件外引脚进行打弯，压成预先设计好的引脚形状，以便于后期在电路板上的使用。8.3.1认识切筋成型切筋成型的质量要求通常用户都有自己严格的尺寸与外观质量要求，但是封装外形一般都要符合JEDEC（固态技术协会）或EIAJ（日本电子机械工业协会）的规格标准。主要参数如下：8.3.1认识切筋成型共面性；引脚位置，它可进一步分为引脚歪斜和引脚偏移；引脚分散；站立高度，对于引脚的外观质量，主要问题是引脚末端的毛刺、焊锡擦伤和焊锡破裂。切筋成型前后的效果，如图8-39所示。8.3.1认识切筋成型图8-39切筋成型示意图切筋机的作用，简单来讲就是将整条片状的框架条切割成独立的电路，并进行引脚成形后放进料管或者料盘中。切筋机的外观，如图8-40所示。8.3.2切筋成型设备图8-40切筋机的外观切筋机主要由上料区、切筋成型区、下料区和显示区等组成。（1）上料区：放置合格的镀锡框架条。（2）切筋成型区：完成切筋与成型的区域。设备启动后，框架条会被送到轨道上，机械滑块将框架条送到指定位置，进行切筋与成型的操作。此时上下模闭合，切断连筋，然后成型冲头下压，将管脚弯成所需的形状，即可完成切筋与成型操作。（3）下料区：成型后的元件，通过下料轨道被收入收料管。（4）显示区：切筋机上有显示屏，主要用来设置该批芯片的参数，调用相关的程序。显示屏上有开关键、紧急键、警示灯等，在机械动作中若有紧急状况发生时，可以立刻采取相关措施。8.3.2切筋成型设备知识目标掌握切筋成型实施流程能利用虚拟仿真软件，进行工艺参数设置、模具选择等进行切筋成型工艺实施技能目标8.3.3切筋成型实施切筋成型流程领料确认参数设置结批设备运行抽检8.3.3切筋成型实施切筋成型流程领料确认参数设置结批设备运行抽检8.3.3切筋成型实施领料确认根据提示信息，操作员领取芯片，并对芯片批号、数量、合格情况进行检查，确保实物与随件单信息一致。若本次共领取芯片良品数为7038个（引线框架为352条），操作员将检查过的芯片放到切筋成型工位上后，记录相关数据，完成随件单对应部分的填写。8.3.3切筋成型实施

设备操作界面参数设置批次创建1）领料完成后，在设备操作界面，点击“批次管理”，对本批次的物料进行批次创建操作，如图8-42所示。8.3.3切筋成型实施

批次创建参数设置批次创建2）根据随件单信息，在“批次管理”界面中填写相关信息8.3.3切筋成型实施模具选择参数设置模具选择

模具是用来制作成型物品的工具。切筋模具是由上模和下模组成，更换不同型号的芯片时，模具需要进行一次性调整，直到产品再次更换。

进入“模具选择”界面，根据随件单，查看产品名称并选择对应的模具。8.3.3切筋成型实施图8-45参数设置参数设置工艺参数设置选择完成相应模具型号后，进入“参数设置”界面，设置相关工艺参数。根据随件单信息，完成参数信息的填写，如图8-45所示。8.3.3切筋成型实施切筋成型流程领料确认参数设置结批设备运行抽检8.3.3切筋成型实施切筋成型流程领料确认参数设置结批设备运行抽检8.3.3切筋成型实施

填写抽检记录单抽检切筋成型过程中，为了及时发现生产中的问题，以保证产品正常的合格率，需要对已经完成切筋成型的成品芯片进行抽检。8.3.3切筋成型实施填写结批单结批

切筋成型工艺操作完成后，由操作员进行结批。8.3.3切筋成型实施图8-51产品未推出在切筋机运行过程中，可能会出现产品未推出、产品电路被损坏、下料区无空料管等故障。出现故障时，应及时分析原因并做出相应的处理，以减少损失。8.3.4切筋成型常见故障产品未推出故障现象显示屏出现“产品未推出”报警提示时，应立即暂停作业，检查原因。产品未推出的故障现象，如图8-51所示。图8-52电路被损坏电路被损坏故障现象在正常加工过程中，芯片在模具中受到损坏。电路被损坏的故障现象，如图8-52所示。8.3.4切筋成型常见故障图8-53收料区无料收料区无料显示屏出现“下料区无料管”报警提示时，应立即暂停作业。到达收料区进行查看，确认收料架上无空料管，点击“上料”，进行补料，如图8-53所示。8.3.4切筋成型常见故障1．塑料封装的作用，是对裸露芯片进行塑料封装可以有效防止湿气等外部入侵，起到支撑、保护、散热等作用，并且提供了一个可手持的形体。2．塑封原材料一般采用热固性塑料，也称为塑封料。热固性塑料是以热固性树脂为主要成分而制成的塑料，其特性是：在低温时是塑性的、流动的；温度加热到一定范围时，聚合物分子发生交联反应，形成刚性固体；当加热温度过高时，则聚合物会变软（但不会融化）。3．塑封工艺的设备，主要包括自动排片机、高频预热机和塑封机。（1）自动排片机是将待注塑的框架条从上料区自动排放于上料架中，并进行预热的设备。关键知识点梳理（2）高频预热机也称为高周波预热机，其主要作用是通过高频（高周波）介质加热的方式对塑封料进行预热。（3）塑封机是将已塑化好的熔融状态（即粘流态）的塑封料注入闭合模腔内，经固化定型后获得塑封制品的设备。4．塑料封装的质量检查，一般分为首检、自检和抽检等3种检查方式。（1）首检是由操作员或检验员对首模产品进行检查，需要在设备开机或调试后、换班后、清模后等情形下进行；（2）自检是由操作员在操作时选择部分检查；（3）抽检是由检验员在生产过程中抽取检查。关键知识点梳理5．激光打标就是利用激光在塑封体上面打上去不掉的、字迹清楚的标识，方便后续对元件的跟踪与辨识。6．在芯片上打标的方式有很多，主要有以下3种。（1）直印式：像印章一样直接将内容印在塑封体上。（2）转印式：使用转印头，从字模上将内容蘸印，再印字在塑封体上。（3）激光刻印式：利用激光直接在塑封体上刻印内容。7．激