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1、IntroductionofICAssemblyProcess半导体封装工艺简介 半导体ProcessFlow Customer客户 ICDesignIC设计 WaferFab晶圆制造 WaferProbe晶圆测试 Assembly Test半导体封装测试 SMTIC组装 半导体Package 半导体的封装形式 Package 封装体 指芯片 Die 和不同类型的框架 L F 和塑封料 EMC 形成的不同外形的封装体 半导体Package种类很多 可以按以下标准分类 按封装材料划分为 金属封装 陶瓷封装 塑料封装按照和PCB板连接方式分为 PTH封装和SMT封装按照封装外型可分为 SOT SO
2、IC TSSOP QFN QFP BGA CSP TO等 半导体Package 半导体的封装形式 按封装材料划分为 金属封装 陶瓷封装 塑料封装 金属封装主要用于军工或航天技术 无商业化产品 陶瓷封装优于金属封装 也用于军事产品 占少量商业化市场 塑料封装用于消费电子 因为其成本低 工艺简单 可靠性高而占有绝大部分的市场份额 半导体Package 半导体的封装形式 按与PCB板的连接方式划分为 PTH SMT PTH PinThroughHole 通孔式 SMT SurfaceMountTechnology 表面贴装式 目前市面上大部分半导体均采为SMT式的 SMT 半导体Package 半导
3、体的封装形式 按封装外型可分为 SOT QFN SOIC TSSOP QFP BGA CSP等 决定封装形式的两个关键因素 封装效率 芯片面积 封装面积 尽量接近1 1 引脚数 引脚数越多 越高级 但是工艺难度也相应增加 其中 CSP由于采用了FlipChip技术和裸片封装 达到了芯片面积 封装面积 1 1 为目前最高级的技术 封装形式和工艺逐步高级和复杂 半导体Package 半导体的封装形式 QFN QuadFlatNo leadPackage四方无引脚扁平封装SOIC SmallOutlineIC小外形IC封装TSSOP ThinSmallShrinkOutlinePackage薄小外形
4、封装QFP QuadFlatPackage四方引脚扁平式封装BGA BallGridArrayPackage球栅阵列式封装CSP ChipScalePackage芯片尺寸级封装 半导体PackageStructure 半导体结构图 TOPVIEW SIDEVIEW LeadFrame引线框架 GoldWire金线 DiePad芯片焊盘 Epoxy银浆 MoldCompound环氧树脂 RawMaterialinAssembly 封装原材料 Wafer 晶圆 RawMaterialinAssembly 封装原材料 LeadFrame 引线框架 提供电路连接和Die的固定作用 主要材料为铜 会在上
5、面进行镀银 NiPdAu等材料 L F的制程有Etch和Stamp两种 易氧化 存放于氮气柜中 湿度小于40 RH 除了BGA和CSP外 其他Package都会采用LeadFrame BGA采用的是Substrate RawMaterialinAssembly 封装原材料 Wire 键合丝 实现芯片和外部引线框架的电性和物理连接 金线采用的是99 99 的高纯度金 同时 出于成本考虑 目前有采用铜线和铝线工艺的 优点是成本降低 同时工艺难度加大 良率降低 线径决定可传导的电流 0 8mil 1 0mil 1 3mils 1 5mils和2 0mils RawMaterialinAssembly
6、 封装原材料 MoldCompound 塑封料 环氧树脂 主要成分为 环氧树脂及各种添加剂 固化剂 改性剂 脱模剂 染色剂 阻燃剂等 主要功能为 在熔融状态下将Die和LeadFrame包裹起来 提供物理和电气保护 防止外界干扰 存放条件 零下5 保存 常温下需回温24小时 RawMaterialinAssembly 封装原材料 成分为环氧树脂填充金属粉末 Ag 有三个作用 将Die固定在DiePad上 散热作用 导电作用 50 以下存放 使用之前回温24小时 Epoxy 银浆 焊料 TypicalAssemblyProcessFlow FOL 前段 EOL 中段 Plating 电镀 EOL
7、 后段 FinalTest 测试 FOL FrontofLine前段工艺 BackGrinding磨片 Wafer WaferMount晶圆贴膜 WaferSaw晶圆划片 WaferWash划片后清洗 DieAttach芯片装片 EpoxyCure银浆固化 WireBond引线键合 2ndOptical第二道光检 3rdOptical第三道光检 EOL FOL BackGrinding背面减薄 Taping粘胶带 BackGrinding磨片 De Taping去胶带 将从晶圆厂出来的Wafer进行背面研磨 来减薄晶圆达到封装需要的厚度 8mils 10mils 磨片时 需要在正面 Activ
8、eArea 贴胶带保护电路区域同时研磨背面 研磨之后 去除胶带 测量厚度 FOL WaferSaw晶圆划片 WaferMount晶圆贴膜 WaferSaw晶圆划片 WaferWash划片后清洗 将晶圆粘贴在蓝膜 Mylar 上 使得即使被切割开后 不会散落 通过SawBlade将整片Wafer切割成一个个独立的Dice 方便后面的DieAttach等工序 WaferWash主要清洗Saw时候产生的各种粉尘 清洁Wafer FOL WaferSaw晶圆划片 WaferSawMachine SawBlade 切割刀片 LifeTime 900 1500M SpindlierSpeed 30 50K
9、rpm FeedSpeed 30 50 s FOL 2ndOpticalInspection二光检查 主要是针对WaferSaw之后在显微镜下进行Wafer的外观检查 是否有出现废品 ChippingDie崩边 FOL DieAttach芯片装片 WriteEpoxy点银浆 焊料 DieAttach芯片装片 EpoxyCure银浆固化 EpoxyStorage 零下50度存放 EpoxyAging 使用之前回温 除去气泡 EpoxyWriting 点银浆于L F的Pad上 Pattern可选 FOL DieAttach芯片装片 芯片拾取过程 1 EjectorPin从wafer下方的Mylar
10、顶起芯片 使之便于脱离蓝膜 2 Collect Pickuphead从上方吸起芯片 完成从Wafer到L F的运输过程 3 Collect以一定的力将芯片Bond在点有银浆的L F的Pad上 具体位置可控 4 BondHeadResolution X 0 2um Y 0 5um Z 1 25um 5 BondHeadSpeed 1 3m s FOL DieAttach芯片装片 EpoxyWrite Coverage 75 DieAttach Placement 0 05mm FOL EpoxyCure银浆固化 银浆固化 175 C 1个小时 N2环境 防止氧化 DieAttach质量检查 Di
11、eShear 芯片剪切力 FOL WireBonding引线键合 利用高纯度的金线 Au 铜线 Cu 或铝线 Al 把Pad和Lead通过焊接的方法连接起来 Pad是芯片上电路的外接点 Lead是LeadFrame上的连接点 W B是封装工艺中最为关键的一步工艺 FOL WireBonding引线键合 KeyWords Capillary 陶瓷劈刀 W B工艺中最核心的一个BondingTool 内部为空心 中间穿上金线 并分别在芯片的Pad和LeadFrame的Lead上形成第一和第二焊点 EFO 打火杆 用于在形成第一焊点时的烧球 打火杆打火形成高温 将外露于Capillary前端的金线高
12、温熔化成球形 以便在Pad上形成第一焊点 BondBall BondBall 第一焊点 指金线在Cap的作用下 在Pad上形成的焊接点 一般为一个球形 Wedge 第二焊点 指金线在Cap的作用下 在LeadFrame上形成的焊接点 一般为月牙形 或者鱼尾形 W B四要素 压力 Force 超声 USGPower 时间 Time 温度 Temperature FOL WireBonding引线键合 陶瓷的Capillary 内穿金线 并且在EFO的作用下 高温烧球 金线在Cap施加的一定压力和超声的作用下 形成BondBall 金线在Cap施加的一定压力作用下 形成Wedge FOL Wire
13、Bonding引线键合 EFO打火杆在磁嘴前烧球 Cap下降到芯片的Pad上 加Force和Power形成第一焊点 Cap牵引金线上升 Cap运动轨迹形成良好的WireLoop Cap下降到LeadFrame形成焊接 Cap侧向划开 将金线切断 形成鱼尾 Cap上提 完成一次动作 FOL WireBonding引线键合 WireBond的质量控制 WirePull StitchPull 金线颈部和尾部拉力 BallShear 金球推力 WireLoop 金线弧高 BallThickness 金球厚度 CraterTest 弹坑测试 Intermetallic 金属间化合物测试 Size Thi
14、ckness FOL 3rdOpticalInspection三光检查 检查DieAttach和WireBond之后有无各种废品 EOL EndofLine后段工艺 Molding塑封 EOL PMC塑封后固化 De flash Plating去溢料 电镀 Trim Form切筋 成型 4thOptical第四道光检 Annealing纯锡固化 LaserMark打印 EOL Molding 塑封 为了防止外部环境的冲击 利用EMC把WireBonding完成后的产品封装起来的过程 并需要加热硬化 BeforeMolding AfterMolding EOL Molding 塑封 Moldin
15、gTool 模具 EMC 塑封料 为黑色块状 低温存储 使用前需先回温 其特性为 在高温下先处于熔融状态 然后会逐渐硬化 最终成型 Molding参数 MoldingTemp 175 185 C ClampPressure 3000 4000N TransferPressure 1000 1500Psi TransferTime 5 15s CureTime 60 120s Cavity L F L F EOL Molding 塑封 MoldingCycle L F置于模具中 每个Die位于Cavity中 模具合模 块状EMC放入模具孔中 高温下 EMC开始熔化 顺着轨道流向Cavity中 从
16、底部开始 逐渐覆盖芯片 完全覆盖包裹完毕 成型固化 EOL PostMoldCure 塑封后固化 用于Molding后塑封料的固化 保护IC内部结构 消除内部应力 CureTemp 175 5 C CureTime 8Hrs ESPECOven 4hrs EOL De flash 去溢料 Before After 目的 De flash的目的在于去除Molding后在管体周围Lead之间多余的溢料 方法 弱酸浸泡 高压水冲洗 EOL Plating 电镀 BeforePlating AfterPlating 利用金属和化学的方法 在Leadframe的表面镀上一层镀层 以防止外界环境的影响 潮湿和热 并且使元器件在PCB板上容易焊接及提高导电性 电镀一般有两种类型 Pb Free 无铅电镀 采用的是 99 95 的高纯度的锡 Tin 为目前普遍采用的技术 符合Rohs的要求 Tin Lead 铅锡合金 Tin占85 Lead占15 由于不符合Rohs 目前基本被淘汰 EOL PostAnnealingBake 纯锡固化 目的 让无铅电镀后的产品在高温下烘烤一段时间 目的在于消除电镀层潜
