集成电路技术导论 课件 项目五 芯片封装

项目五芯片封装课程：集成电路技术导论

目录一项目前导二任务一封装前道工艺虚拟仿真三任务二封装后道工艺虚拟仿真01项目前导目录01项目导读02学习目标03学习重难点04任务描述项目导读▌发展历程

我国芯片封装技术历经起步探索（1980-2000年）、规模升级（2001-2010年）、先进追赶（2011-2020年）、领跑突破（2021年至今）四阶段，完成从引进模仿到自主创新、从传统封装到先进封装的跨越，国产头部企业已跻身全球前列。▌实训项目本项目围绕半导体封装全流程，设置两大核心任务，涵盖前道、后道八大核心工艺，实现全流程沉浸式训练。▌项目目标

项目各任务衔接紧密，覆盖核心知识点与技能点，助力提升半导体封装实操能力，培育严谨精益求精的工匠精神。学习目标知识目标掌握封装前道与后道八大核心工艺的定义、作用及核心流程；熟悉各工艺关键参数、质量要求及常见不良现象；了解各工艺核心设备的功能、操作规范及辅料的选择与使用要求。技能目标能熟练操作虚拟仿真软件，准确设置关键参数；能完成工艺质量检验，判断产品是否符合标准；能识读生产信息，完成随件单识读、物料领取与登记出库/入库等操作。素养目标培养严谨细致的工程态度，严格遵循工业标准与安全规范；提升问题解决能力与创新思维；树立行业规范意识，理解严谨性与重要性，为职业岗位奠定责任意识与专业素养。学习重难点学习重点•封装前道与后道八大工艺核心作用及流程衔接关系•各工艺核心参数，工艺虚拟仿真全流程操作•关键设备的基本操作流程、参数设置方法及适配场景学习难点•结合工艺原理识别并解决工艺中的典型问题•建立全流程质量管控意识建议学时•预计投入8个标准学时进行深度学习与练习•包含理论讲授、实践演练及案例分析推荐学习方法•流程梳理法•跨工艺关联法•实操复盘法通过掌握重点、攻克难点，并配合科学的学习方法，可有效提升实践操作能力。任务描述

任务一名称：封装前道工艺虚拟仿真描述：本任务聚焦半导体封装前道工艺，深入学习包括晶圆减薄、晶圆划片、芯片粘接、引线键合4个核心工艺。以虚拟仿真为实践载体，任务学习中要求掌握贴膜机、减薄机、划片机、装片机、键合机等核心设备，并能精准把控各工艺关键参数与质量标准，识别异常情况。任务实施按“物料领取→晶圆贴膜→晶圆减薄→揭膜入库”工业标准流程进行。任务描述

任务二名称：封装后道工艺虚拟仿真本任务聚焦半导体封装后道工艺，深入学习包括塑封成型、激光打标、引线电镀、切筋成型4个核心工艺。以虚拟仿真为实践载体，任务学习中掌握塑封机、激光打标机、电镀设备、切筋成型机等核心设备，并能精准把控各工艺关键参数与质量标准，处理塑封溢料、打标模糊、镀层缺陷、引脚变形等异常情况。任务实施按“物料领取→前期准备→塑封→后固化及入库”工业标准流程进行。02任务一封装前道工艺虚拟仿真目录01知识准备02任务实施5.1.1晶圆减薄1.晶圆减薄工艺由于制造工艺的要求，在晶圆制造工艺流程中，会采用一定厚度的晶圆在工艺过程中传递、流片。进入封装工艺后，晶圆太厚会增加设备和材料的损耗，并给封装带来困难，所以在此之前需要将晶圆背面多余的基体材料去除一定的厚度。这一工艺过程称为晶圆背面减薄工艺对应的主体设备就是晶圆减薄机2.晶圆减薄作用通过减薄/研磨的方式对晶圆衬底进行减薄，改善芯片散热效果。减薄到一定厚度有利于后期封装工艺的进行，减少材料与设备损耗。3.常规工艺要求厚度：封装前的减薄通常需要经过粗磨和精磨，其厚度要求根据工艺要求而有所不同，经过减薄后晶圆厚度一般为250μm左右。粗糙度：5-20nm。平整度：±3μm4.晶圆减薄设备5.1.2晶圆划片1.晶圆划片工艺晶圆进入封装工艺时是一个完整的圆片，上面分布了成千上万颗晶粒，而要形成我们生活中常见的一颗颗芯片，首先就是要将晶圆上的晶粒分开，使其成为一颗颗独立的电路，然后进行后续的加工。晶圆划片又称切割或分片，可以按照晶粒的大小和布局分离晶粒。划片是将加工完成的晶圆上的一颗颗晶粒（电路）切割分离。一般在划片之前进行贴膜，即用保护膜和晶圆贴片环将晶圆固定。切割完后，一颗颗晶粒将井然有序地排列在蓝膜上。2.晶圆划片方式机械切割方式，是利用机械力对晶圆进行切割，比如砂轮刀、金刚刀等划片刀具，它是一种直接接触的切割方式。激光切割方式，是利用聚焦的高能激光束照射晶圆切割道，实现晶粒的分离，它是一种非接触式的切割方式。3.辅料选择刀片选择刀片的刀刃厚度、颗粒大小、颗粒密度和粘接剂硬度等指标都会影响切割应力大小，从而影响芯片正面与背面的崩边情况。蓝膜选择根据芯片背面材质，选择不同蓝膜粘度不同。蓝膜粘度过大会影响芯片粘接取片；蓝膜粘度过小会导致切割时晶粒脱落、飞散。4.晶圆划片质量分析操作员在对晶圆进行划片操作后，需借助显微镜对划片质量进行检查，查看晶圆表面的划片质量，保证芯片无大范围崩边，且芯片表面无沾污、划伤等情况。晶圆划片主要有晶圆划伤、晶粒崩边、晶粒碎角等不良现象。5.晶圆划片主要设备5.1.3芯片粘接1.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）。它是指把芯片（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.芯片粘接作用使芯片和封装框架之间产生牢靠的物理性连接。提供热量的传导以及对内部应力的缓冲吸收。3.芯片粘接材料主材引线框架、银浆（银胶）、划片后芯片辅料顶针、吸嘴、点胶头或压模块、保护气体4.芯片粘接要求芯片和引线框架芯片座的连接机械强度高装片定位准确，能满足自动键合的需要导热和导电性能好能承受键合或塑封时可能有的高温环境5.芯片粘接主要设备5.1.4引线键合1.引线键合工艺引线键合也称引线焊接、打线，它是利用热、压力、超声波能量使金属引线与焊盘紧密焊合的一种工艺。引线键合是芯片互连的方式之一，芯片互连是将芯片焊区与封装外壳的I/0引线或基板上的金属布线焊区相连接的工艺。2.引线键合作用引线键合可以将芯片的接触电极与框架的引脚连接起来，使芯片能与外界实现信号的传送及接收。3.引线键合材料主材键合线（即引线）、装片后的框架辅料劈刀、保护气体4.引线键合质量外观检查电学性能验证键合强度检测可靠性评估5.引线键合设备与材料目录01知识准备02任务实施任务情景设定▍任务背景在现代集成电路封装产业中，晶圆减薄是保障后续划片、芯片粘接工序顺利开展的关键环节。学生作为一名集成电路封装车间实训操作员，假设其所在班组负责完成批号为FD152Y47的74HC138芯片晶圆减薄任务。▍任务目标学生需从物料领取出发，依次完成晶圆贴膜、减薄机参数设置、首片厚度检测、批量生产及揭膜入库全流程操作，同时遵循随件单要求，严格按照晶圆减薄各环节的工艺参数进行操作。03任务二封装后道工艺虚拟仿真目录01知识准备02任务实施5.2.1塑封成型1.塑封工艺塑封是利用专用模具，在一定的压力和温度条件下，用塑封料把键合后的半成品封装保护起来的过程。对裸露芯片进行塑料封装，可以很好地将键合后的制品保护起来，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。塑料封装的散热性、耐热性、密封性虽逊于陶瓷封装和金属封装，但塑料封装具有成本低、薄型化、工艺简单、适合自动化生产等优点，它的应用范围极广2.塑封材料主材环氧塑封料（EMC）、键合后的制品辅料上料架、清模框架（假片）、清模条（清模胶）、清模料饼、脱模条（脱模胶）、润模剂等3.塑封模具分类传统模：手动模（单注塑杆模），使用大料饼（塑封料）MGP模：半自动多注塑头模，使用小料饼（塑封料）AutoMold：自动模，包括：上料、塑封、冲胶道口、收料等全自动过程4.塑封的质量分析外观进行检查，需要保证塑封体完整、均匀、平滑，且框架平整无损伤常见的塑封不良情况，主要有塑封体尺寸过大或过小、塑封体单边偏移、溢料、塑封体有气孔或水痕、粘模等5.塑封主要设备5.2.2激光打标1.激光打标工艺在封装模块（塑封体）的顶面印上去不掉的、字迹清楚的字母和标志的过程称为印字或印码，主要是为了识别并可跟踪。印字的方式主要有直印式、转印式、镭射刻印式（即激光打标）。激光打标就是利用激光在塑封体上刻出预先设计的标记的过程。2.激光打标优点精度较高字迹不易擦除不产生机械挤压，不会损坏被加工芯片热影响区域小对模块表面的要求相对较低，不需要标记固化工序等打标时需要及时检查标记外观，保证打标内容正确且完整，防止因为标记不清晰或字迹缺失而导致退货或重新打标的情况。常见的标记缺陷有：标记模糊、标记偏移、标记不完整或内容缺失、标记重叠、标记重叠3.激光打标的质量分析4.主要设备与材料5.2.3引脚电镀1.电镀工艺对封装后引线框架外引脚的表面处理主要有电镀或浸锡工艺，是在框架外引脚上作保护性镀层，其中电镀比较常用。电镀是利用电解使金属或合金沉积在制件表面，形成均匀、致密、结合力良好的金属层的过程。用于保护外露的芯片引脚，增加其可焊性与抗氧化性。2.电镀锡层的原理电镀过程必须有五个硬件，即①直流电源；②镀槽；③含电镀金属离子的溶液；④阳极（要电镀的金属）和阴极（加工的工件）；⑤导电线路（如导电棒、电缆、挂架等）。把五种硬件组合成电镀电路，开通电源后就能把电镀金属包覆到工件上（阴极）。原理如图5-15所示。电镀锡的过程为：在直流电源的作用下，电流通向阳极，阳极锡球（或锡板）不断失去电子而氧化成金属离子，扩散到电镀液中（阳极的溶解过程）；失去的电子在电源电势的驱动下，向电流反方向运动，通过直流电源聚集到阴极上，锡离子在阴极上不断得到电子而还原成金属镀层。3.电镀的质量要求镀层外观：镀层需呈银白色、灰白色状态，色泽均匀一致，无水迹、无针孔、无麻点、无堆积、无漏镀等缺陷，框架无变形厚度：为了避免引脚间短路，对镀层的要求不宜太厚，一般锡层厚度需控制在7-20μm左右，误差精度需控制在±2μm。锡层结合力：通过结合力测试，保证锡层与框架之间结合牢固。可焊性：通过焊接试验或浸锡试验，保证引脚可焊性良好。4.主要设备与材料5.2.4切筋成型1.切筋成型工艺切筋成型是将整条片状的框架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。2.切筋成型的作用切筋：将整条框架上已经封装好的元件独立分开。切筋后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，压成预先设计好的管脚形状，以便于后期在电路板上的使用。3.切筋成型的质量要求共面性：指器件所有引脚的末端处于同一平面上，保证贴装时所有引脚能同时与焊盘接触，从而避免虚焊、翘脚等焊接不良现象。引脚位置：指引脚相对于器件本体的几何位置精度，可进一步分为引脚歪斜和引脚偏移，确保引脚能准确对准PCB焊盘，从而保证焊接可靠性。引脚分散：指器件两侧引脚之间的张开程度与间距一致性，确保引脚能准确落入PCB焊盘区域，以避免因间距过大或过小导致焊接短路、虚焊。站立高度：指器件本体底面到引脚末端的垂直距离，保证器件贴装后与PCB之间留有合适