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1、 IntroductionofICAssemblyProcessIC封装工艺介绍 IntroductionofICAssemblyProcess 一 概念半导体芯片封装是指利用膜技术及细微加工技术 将芯片及其他要素在框架或基板上布局 粘贴固定及连接 引出接线端子并通过可塑性绝缘介质灌封固定 构成整体立体结构的工艺 此概念为狭义的封装定义 更广义的封装是指封装工程 将封装体与基板连接固定 装配成完整的系统或电子设备 并确保整个系统综合性能的工程 将前面的两个定义结合起来构成广义的封装概念 半导体封装的目的及作用 第一 保护 半导体芯片的生产车间都有非常严格的生产条件控制 恒定的温度 230 3
2、恒定的湿度 50 10 严格的空气尘埃颗粒度控制 一般介于1K到10K 及严格的静电保护措施 裸露的装芯片只有在这种严格的环境控制下才不会失效 但是 我们所生活的周围环境完全不可能具备这种条件 低温可能会有 40 高温可能会有60 湿度可能达到100 如果是汽车产品 其工作温度可能高达120 以上 为了要保护芯片 所以我们需要封装 第二 支撑 支撑有两个作用 一是支撑芯片 将芯片固定好便于电路的连接 二是封装完成以后 形成一定的外形以支撑整个器件 使得整个器件不易损坏 半导体封装的目的及作用 第三 连接 连接的作用是将芯片的电极和外界的电路连通 引脚用于和外界电路连通 金线则将引脚和芯片的电路
3、连接起来 载片台用于承载芯片 环氧树脂粘合剂用于将芯片粘贴在载片台上 引脚用于支撑整个器件 而塑封体则起到固定及保护作用 第四 可靠性 任何封装都需要形成一定的可靠性 这是整个封装工艺中最重要的衡量指标 原始的芯片离开特定的生存环境后就会损毁 需要封装 芯片的工作寿命 主要决于对封装材料和封装工艺的选择 ICProcessFlow Customer客户 ICDesignIC设计 WaferFab晶圆制造 WaferProbe晶圆测试 Assembly TestIC封装测试 SMTIC组装 ICPackage IC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
4、封料 EMC 形成的不同外形的封装体 ICPackage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 SOIC TSSOP QFN QFP BGA CSP等 ICPackage IC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 ICPackage IC的封装形式 按与PCB板的连接方式划分为 P
5、TH SMT PTH PinThroughHole 通孔式 SMT SurfaceMountTechnology 表面贴装式 目前市面上大部分IC均采为SMT式的 SMT ICPackage IC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 ICPackage IC的封装形式 QFN Q
6、uadFlatNo leadPackage四方无引脚扁平封装SOIC SmallOutlineIC小外形IC封装TSSOP ThinSmallShrinkOutlinePackage薄小外形封装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 ICPackageStructure IC结构图 TOPVIEW SIDEVIEW LeadFrame引线框架 GoldWire金线 DiePad芯片焊盘 Epoxy银浆 MoldCompound塑封料 RawMaterialinA
7、ssembly 封装原材料 Wafer 晶圆 晶圆是指硅半导体集成电路制作所用的硅晶片 由于其形状为圆形 故称为晶圆 在硅晶片上可加工制作成各种电路元件结构 而成为有特定电性功能之IC产品 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
8、 GoldWire 焊接金线 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 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
9、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 环氧树脂 TypicalAssemblyProcessFlow FOL 前段 EOL 中段 Plating 电镀 EOL 后段 FinalTest 测试 FOL FrontofLine前段工艺 BackGrinding磨片 Wafer晶圆 WaferMount晶圆安装 WaferSaw晶圆切割 WaferWash晶圆清洗 DieAttach芯片粘接 EpoxyCure银浆固化
10、 WireBond引线焊接 2ndOptical第二道光检 3rdOptical第三道光检 EOL FOL BackGrinding磨片 Taping粘胶带 BackGrinding磨片 De Taping去胶带 将从晶圆厂出来的Wafer晶圆进行背面研磨 来减薄晶圆达到封装需要的厚度 8mils 10mils 磨片时 需要在正面 ActiveArea 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晶圆切割 WaferMount晶圆安装 WaferSaw晶圆切割 WaferWash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
11、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晶圆切割 WaferSawMachine SawBlade 切割刀片 LifeTime 900 1500M SpindlierSpeed 30 50Krpm 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芯片粘接 WriteEp
12、oxy点环氧树脂 DieAttach芯片粘接 EpoxyCure环氧树脂固化 EpoxyStorage 零下50度存放 使用之前回温 除去气泡 EpoxyWriting 点银浆于L F的Pad上 Pattern可选 第一步 顶针从蓝膜下面将芯片往上顶 同时真空吸嘴将芯片往上吸 将芯片与膜蓝脱离 FOL DieAttach芯片粘接 第二步 将液态环氧树脂涂到引线框架的台载片台上 FOL DieAttach芯片粘接 第三步 将芯片粘贴到涂好环氧树脂的引线框架上 FOL DieAttach芯片粘接 FOL EpoxyCure环氧树脂固化 环氧树脂固化 175 C 1个小时 N2环境 防止氧化 Die
13、Attach质量检查 DieShear 芯片剪切力 FOL WireBonding引线焊接 利用高纯度的金线 Au 铜线 Cu 或铝线 Al 把Pad和引线通过焊接的方法连接起来 Pad是芯片上电路的外接点 引线是引线框架上的连接点 引线焊接是封装工艺中最为关键的一部工艺 FOL WireBonding引线焊接 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和引线框架的引线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前端的金线高温熔
14、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引线焊接 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
15、向划开 将金线切断 形成鱼尾 Cap上提 完成一次动作 FOL WireBonding引线焊接 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 Thickness 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注塑 EOL LaserMark激光打字 PM
16、C高温固化 De flash Plating去溢料 电镀 Trim Form切筋 成型 4thOptical第四道光检 Annealing电镀退火 EOL Molding 注塑 为了防止外部环境的冲击 利用塑封料把引线键合完成后的产品封装起来的过程 并需要加热硬化 BeforeMolding AfterMolding EOL Molding 注塑 MoldingTool 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 注塑 MoldingCycle 块状塑封料放入模具孔中 高温下 塑封料开始熔化 顺着轨道流向孔穴中 从底部开始 逐渐覆盖芯片 完全覆盖包裹完毕 成型固化 EOL LaserMark 激光打字 在产品 Pac
