集成电路封装技术（第二版）课件 项目16 先进封装技术-MCM

集成电路封装是指利用微细加工技术及膜技术，将芯片和其他要素在框架或载板上布置、粘贴固定及连接，并引出接线端子，通过各自绝缘介质固定，构成整体立体结构的工艺。壳体引线框架芯片键合的引线封装结构图总复习全球第一大封测厂商是日月光。大陆三大封测厂是长电科技、通富微电、天水华天。封装的功能结构保护与支撑传递电能传递电信号提供散热通路封装的三个阶段第1阶段：将IC，LSI等各种类型的芯片包封于封装材料（塑料、陶瓷、金属等）中

，制成双列直插封装DIP，球形阵列封装BGA等等。

第2阶段：将封装好的DIP，BGA等安装于印刷电路板上。

第3阶段：将已组装好的印刷电路板安装于主机或箱体上。封装类型——封装材料封装材料来看，封装可以划分为玻璃封装、金属封装、陶瓷封装和塑料封装。其中塑料封装工艺简单，便于自动化生产，占据了90%以上的封装市场份额。金属、陶瓷属于气密性封装，可靠性高，成本高，但通用性低，多用于军工及航天级。塑料属于非气密性封装，防潮性能较差，成本低，通用性高。DIPQFPSOPBGA封装类型——封装外形单边引脚晶体管外形封装TO双边引脚双列直插式封装DIP四边引脚四侧引脚扁平封装QFP底部引脚球栅阵列封装BGA晶圆级芯片尺寸封装WLCSP先进封装技术不再具有典型的引脚，在芯片制造工序中进行封装封装流程封装工艺流程介绍一般而言，集成电路封装始于集成电路晶圆完成之后，基本工艺流程分为前道工序和后道工序。以塑料封装为例，前道工序是指用塑料封装之前的工艺步骤，后道工序是指在塑料封装之后的工艺步骤。芯片粘接贴膜/晶圆划片塑封电镀切筋成型激光打标贴膜/晶圆减薄引线键合前道工序后道工序1.晶圆贴膜封装工艺流程介绍晶圆贴膜是在晶圆表面贴上保护膜的过程，通常采用蓝膜（UV膜）作为保护膜。UV膜具有照射前粘度高，照射后粘度低的特点。晶圆减薄,正面贴膜保护晶圆电路，防止损坏或污染

固定晶圆，防止减薄时发生移动

36DA63.1-01晶圆划片。背面贴膜保护晶圆，防止损坏或污染

固定晶圆，防止划片时发生移动粘附晶粒，防止分离后分散支撑划片后的晶圆，使其保持原来形状2.晶圆减薄封装工艺流程介绍为了满足封装工艺的要求；去掉晶圆背面的氧化物，保证芯片粘接时良好的黏结性；消除晶圆背面的扩散层，防止寄生结的存在；减少串联电阻和提高热可靠性，同时改善欧姆接触。100mm125mm150mm200mm300mm12吋8吋6吋5吋4吋不同尺寸的晶圆有不同的厚度8英寸以下采用定位边，8英寸以上采用定位槽2.晶圆减薄封装工艺流程介绍金刚砂轮直径越大造成的硅片损伤层越厚，为了保证生产效率的同时降低碎片率，减薄过程通常采用不同粗糙度的磨轮分步进行磨削：粗磨快速产出——精磨减小损伤层厚度——湿法腐蚀抛光去除剩余损伤层。结合剂一般有金属（硬度较高）、树脂（硬度较低）等。结合剂硬度越高，刀片使用寿命越长，正崩越多。金刚石颗粒越大，芯片的正崩越大。金刚石颗粒碎屑口袋（Chippocket）结合剂尾端（Bondtail）刀口結合剂尾端硅片工作台刀片3.晶圆划片封装工艺流程介绍4.芯片粘接封装工艺流程介绍金-硅共晶焊接法导电胶粘贴法（树脂粘贴法）铅-锡合金焊接法陶瓷封装与金属封装

塑料封装芯片粘接（装片）的主要方式：导电胶粘贴环氧树脂常用导电胶为银浆，通常存放在-50℃的环境下，使用前需要回温除气泡。银浆粘贴芯片通常称为点胶，点胶时银浆在芯片上的覆盖范围需要超过75%，更换不同参数的银浆或更换不同型号的引线框架均需要更换对应的点胶头。封装工艺流程介绍5.引线键合（WB）英文全称为WireBonding。是将芯片上的焊点以极细的金属导线连接到引线框架上对应的内引脚上，从而完成芯片与芯片外部信号的互联互通。常用的引线键合材料有金线、铝线、铜线，其中使用最多的是金线。芯片互连技术1.引线键合2.倒装芯片3.载带自动键合封装工艺流程介绍5.引线键合属于热超声键合，在超声波作用的同时对加热板和劈刀加热，再施加一定压力完成焊接过程。球焊①烧球：金线在电火花作用下熔成液态，由于表面张力的作用而形成球状；②植球：劈刀下降到芯片焊点表面形成第一焊点；③拉线：劈刀提起，牵引金线上升；④走线：劈刀沿着预定的轨道移动，形成良好的弧形金属线；⑤压焊：劈刀下降到框架引线上形成第二焊点；⑥断尾：劈刀垂直运动，将金线尾部切断；⑦完成：劈刀上提，完成一次键合动作。封装工艺流程介绍6.塑料封装热固性模塑料以热固性环氧树脂和硅微粉为主要成分，是一种通过固化剂（酚醛树脂）固化环氧树脂，硅微粉作为主要填料并辅以其它微量成分，通过特殊工艺制备的复合性材料。它在低温时是塑性的或流动的；但加热到一定温度时，聚合物分子发生交联反应，形成刚性固体；若继续加热，则聚合物只能变软而不能熔化、流动。为了保证芯片避光，模塑料一般通过着色剂染成黑色。塑封前塑封后塑封又称包封，是器件封装过程中关键工序之一，指通过一定的温度和压力，使塑封材料（热固性环氧模塑料）在塑封模具型腔内发生化学反应并固化成型的过程。热固性塑料三大特性1.高温稳定性2.低热膨胀系数3.高机械强度来料整理参数设置预热、上料注塑成型开模下料质量检查高温固化后固化作用：塑料充分固化；改善产品的热机械特性；提高产品可靠性。预热作用：降低密封腔体的内部水分；提高封装效率。塑料封装的成型技术有转移成型技术、喷射成型技术、预成型技术等。其中转移成型技术最为普遍。封装工艺流程介绍6.塑料封装封装工艺流程介绍7.激光打标

激光打标是信息标记的常用方式，它是利用高能量、高密度的激光对工件某一个部分进行照射，使其表层材料汽化或发生颜色变化，从而留下永久性的标记。打标时首先需要试片进行确认，先完成一个框架条的打标，若刻写位置无误、刻写线条均匀、文字图案都清晰无误，打印没有问题，即可开始批量生产。封装工艺流程介绍8.电镀电镀是一种用电解方法沉积具有所需形态的镀层的过程。其目的一般是改变表面的特性，以提供改善外观、耐介质腐蚀、抗磨损以及其它特殊性能，或这些性能的综合。塑封工艺中常用电镀对引脚镀锡。高浓度的锡具有抗腐蚀、耐变色、易钎焊等特点，但它在潮湿或者温度变化的环境中易长出晶须。晶须的生长很有可能会造成芯片的管脚之间发生短路，为了避免这一问题，同时减少镀层内部的应力，要对电镀之后的芯片进行高温退火处理。

（主反应）

金属原子失去n个电子，氧化成正n价的金属离子。

（副反应）

水溶液中的羟基氧化成氧气。阳极：

(主反应)正n价金属离子得到n个电子后还原成金属，成为电镀层。阴极：

（副反应）

水溶液中的氢质子得到电子还原成氢气。①直流电源②镀槽③药水④阳极（电镀的金属）、阴极（加工的工件）⑤连接导线、电排、电缆等电流方向①②④③⑤④封装工艺流程介绍8.电镀封装工艺流程介绍9.切筋成型切筋成型实际是两道工序，但通常同时完成。有时会在一部机器上完成，有时也会分开完成。切筋的目的是要将整条引线框架上已经封装好的元件独立分开。成型的目的则是将已经完成切筋的元件外引脚，压成预先设计好的管脚形状，以便于后期在电路板上的使用。初始切筋成型引脚的发展趋势：由双列直插式(DIP)演变到四边扁平式(QFP)再演变到球栅阵列式(BGA)，封装的引脚数量不断增加，从几十個I/O发展到几百個I/O；厚度的发展趋势：朝薄且表面贴装发展；大小的发展趋势：朝小型化发展，如芯片尺寸级封装(CSP)；功能性的发展趋势：朝多功能发展，由单芯片封装向多芯片封装发展（MCM）；互连方式的发展趋势：由传统的引线键合(WB)向倒装芯片(FC)发展。封装的发展规律硅通孔技术（TSV）硅通孔技术，英文全称为ThroughSiliconVia，是通过在硅片之间垂直打孔来实现芯片互连的方法。其优点是在三维方向达到最大的堆叠密度，大大缩小外形尺寸，改善芯片速度和低功耗性能。重布线层技术（RDL）

RDL是Redistributionlayer的缩写，是将原来设计的芯片线路焊盘位置，通过晶圆级金属布线制程和凸块制程进行改变，使其重新分布，使芯片能适用于不同的封装形式的技术。FC的英文全称是flipchip。是将芯片带有表面键合点的一面面向基座的粘贴封装技术。他具有以下特点：优异的电性能：芯片到基座之间路径最短，为高速信号提供了良好的电连接。高密度互连：重量和外型尺寸均有所减小。一次性整体互连：减少了封装工艺步骤。形成金凸块的工艺流程：溅射UBM-光刻形成电镀金的窗口-电镀金-去光刻胶-金属刻蚀-退火。UBM即UnderBumpMetallurgy的缩写。是焊料凸块和芯片压焊区之间的金属过渡层。UBM一般由几层金属构成，由下而上通常是粘附层、扩散阻挡层和浸润层。主要采用溅射、蒸发、化学镀、电镀等方法来形成UBM。光刻形成电镀金的窗口时需控制开口的尺寸大小、开口的角度、侧墙的平整度等工艺参数。倒装芯片技术（FC）题型（满分100）1.单选（10道题，每个2分，共20分）2.填空（5个空，每空2分，共10分）3.判断（10道题，每个2分，共20分）4.名词解释（3道题，每个6分，共18分）5.简答题（4道题，每个8分