《集成电路芯片制造实用技术 教学课件 ppt 作者 卢静 第8章 封装》由会员分享，可在线阅读，更多相关《集成电路芯片制造实用技术 教学课件 ppt 作者 卢静 第8章 封装（84页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、集成电路芯片制造实用技术,第8章 芯片封装,目录,8.1 概述 8.2 芯片封装分类 8.3 芯片封装工艺 8.4 最新的封装类型 8.5 实训封装操作入门,图8-1 集成电路的工艺流程,集成电路芯片封装（Packaging，PKG）是指利用膜技术及微细加工技术，将芯片及其他要素在框架或基板上布置、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，此概念称为狭义的封装。 在更广的意义上的“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。将以上所述的两个层次封装的含义连接起来，构成了广义的封装概念。,8.1 概
2、述,芯片封装技术涵盖的技术面极广，属于复杂的系统工程。它涉及物理、化学、化工、材料、机械、电气与自动化等各门学科，也使用金属、陶瓷、玻璃、高分子等各种各样的材料，因此芯片封装是一门跨学科知识整合的科学，整合了产品的电气特性、热传导特性、可靠性、材料与工艺技术的应用以及成本价格等因素，以达到最佳化目的的工程技术。,8.1 概述,芯片封装实现的功能有以下4点。 （1）固定引脚系统 （2）物理性保护 （3）环境性保护 （4）增强散热,8.1 概述,在确定集成电路的封装要求时应注意以下几个因素： （1）成本 （2）外形与结构 （3）可靠性 （4）性能,8.1 概述,集成电路的发展主要表现在以下几个方面
3、： （1）芯片尺寸越来越大。 （2）工作频率越来越高。 （3）发热量日趋增大。 （4）引脚越来越多。,8.2 芯片封装分类,8.2.1 封装工程的技术层次 8.2.2 封装发展历程,8.2.1 封装工程的技术层次,第一层次（Level1）：该层次又称为芯片层次的封装（Chip Level Packaging），是指把集成电路芯片与封装基板或引脚架（Lead Frame）之间的粘贴固定、电路连线与封装保护的工艺，使之成为易于取放输送，并可与下一层次组装进行连接的模块（组件Module）元件。 第二层次（Level2）：将数个第一层次完成的封装与其它电子元器件组成一个电路卡（Card）的工艺。 第
4、三层次（Level3）：将数个第二层次完成的封装组装成的电路卡组合成在一个主电路板（Board）上使之成为一个部件或子系统（Subsystem）的工艺。 第四层次（Level4）：将数个子系统组装成为一个完整电子产品的工艺过程。在芯片上的集成电路元器件间的连线工艺也称为零级层次（Level0）的封装，因此封装工程也可以用五个层次区分。,8.2.2 封装发展历程,1开山鼻祖DIP 2早期强豪QFP 3一代强手TSOP封装技术 4中流砥柱BGA/CSP 5主流CPU封装技术PGA 6高性能芯片封装首选LGA 7新兴力量MCM 8封装极致3D封装技术,1开山鼻祖DIP,图8-4 DIP封装,2早期强
5、豪QFP,图8-5 QFP封装,3一代强手TSOP封装技术,图8-6 TSOP封装,4中流砥柱BGA/CSP,图8-7 BGA封装,图8-8 CSP封装,5主流CPU封装技术PGA,图8-9 PGA封装,图8-10 ZIF卡槽,6高性能芯片封装首选LGA,图8-11 LGA封装,7新兴力量MCM,图8-12 MCM封装,8封装极致3D封装技术,图8-13 3D封装,8.2.2 封装的分类,1按芯片的装载方式分类 2按芯片的基板类型分类 3按芯片的封接或封装方式分类 4按芯片的外型、结构分类 5按芯片的封装材料分类,8.3 芯片封装工艺,封装流程一般可以分成两个部分：用塑料封装（固封）之前的工艺
6、步骤称为前段操作（Front End Operation），在成型之后的工艺步骤称为后段操作（Back End Operation）。在前段工序中，净化级别控制在1000级。在有些生产企业中，成型工序也在净化的环境下进行。但是，由于转移成型操作中机械水压机和预成型品中的粉尘，使得很难使净化环境达到1000级以上的水平。 一般来说，随着硅芯片越来越复杂和日益趋向微型化，将使得更多的装配和成型工艺在粉尘得到控制的环境下进行。,8.3 芯片封装工艺,图8-14 芯片封装技术工艺流程,8.3.1 芯片粘接,1共晶粘贴法 2焊接粘贴法 3导电胶粘贴法 4玻璃胶粘贴法,8.3.2 互连技术,图8-15 芯
7、片互联示意图,8.3.2 互连技术,芯片互连常见的方法有打线键合（Wire Bonding，WB）、载带自动键合（Tape Automated Bonding，TAB）、倒装芯片键合（Flip Chip Bonding，FCB）三种。,8.3.3 成型技术,芯片互连完成之后就到了塑料封装的步骤，即将芯片与引线框架“包装”起来。目的： （1）防止湿气等由外部侵入。 （2）以机械方式支持导线架。 （3）有效地将内部产生之热排出于外部。 （4）提供能够手持之形体。,8.3.3 成型技术,图8-17 塑料封装好的芯片,8.3.3 成型技术,图8-18 塑料封装原料和塑封模具,8.3.3 成型技术,图8
8、-19 塑料封装工艺过程,8.3.4 去毛边飞刺,去飞边毛刺工序工艺主要有：介质去飞边毛刺（Media Deflash）、溶剂去飞边毛刺（Solvent Deflash）、水去飞边毛刺（Water Deflash）。另外，当溢出塑封料发生在框架堤坝（Dam Bar）背后时，可用所谓的树脂清除（Dejunk）工艺。其中，介质和水去飞边毛刺的方法用得最多。,8.3.5 上焊锡,对封装后框架外引脚的后处理可以是电镀（Solder Plating）或是浸锡（Solder Dipping）工艺，该工序是在框架引脚上做保护性镀层，以增加其可焊性。 电镀目前都是在流水线式的电镀槽中进行的，包括首先进行清洗，
9、然后在不同浓度的电镀槽中进行电镀，最后冲洗、吹干，放入烘箱中烘干。 浸锡首先也是清洗工序，将预处理后元器件在助焊剂中浸泡，再浸入熔融铅锡合金镀层（Sn/Pb=63/67）。工艺流程为：去飞边去油去氧化物浸助焊剂热浸锡清洗烘干。,8.3.6 切筋成型,切筋成型实际是两道工序，但通常同时完成。有时会在一台机器上完成，但有时也会分开完成，如Intel公司，先做切筋，然后完成焊锡，再进行成形工序，这样做的好处是可以减少没有镀上焊锡的截面面积，如图8-20所示。,8.3.6 切筋成型,图8-20 经过切筋成型处理后得到的芯片,8.3.6 切筋成型,所谓的切筋工艺，是指切除框架外引脚之间的堤坝（DamBa
10、r）以及在框架带上连在一起的地方；所谓的成型工艺则是将引脚弯成一定的形状，以适合装配（Assembly）的需要，如图8-21所示。,8.3.6 切筋成型,图8-21 成型工艺,8.3.7 打码,打码就是在封装模块的顶面印上去不掉的、字迹清楚的字母和标识，包括制造商的信息、国家、器件代码等，主要是为了识别和跟踪。 打码的方法有多种，其中最常用的是印码（Print），印码又包括油墨印码（Ink Marking）和激光印码（Laser Marking）两种。,8.3.8 元器件装配,元器件装配的方式有两种，一种是波峰焊（Wave Soldering），另一种回流焊（Reflow Soldering）
11、。波峰焊主要在插孔式PTH封装类型元器件的装配，而表面贴装式SMT及混合型元器件装配则大多使用回流焊。,8.3.8 元器件装配,图8-22波峰焊接的简略示意图,8.4 最新的封装类型,8.4.1 球栅阵列封装（BGA） 8.4.2 芯片级封装(CSP) 8.4.3 倒装芯片技术（FC） 8.4.4 晶圆级别封装（WLP） 8.4.5 多芯片组装（MCM） 8.4.6 三维封装技术(3D),8.4.1 球栅阵列封装（BGA）,1定义及特点 球栅阵列式（Ball Grid Array，BGA）封装约于1990年年初由美国Motorola与日本Citizen公司共同开发的先进高性能封装技术。BGA意
12、为球形触点阵列，也有人译为“焊球阵列”、“网格焊球阵列”和“球面阵”。它是在基板的背面按阵列方式制出球形触点作为引脚，在基板正面装配IC芯片（有的BGA的芯片与引脚端在基板的同一面），是多引脚大规模集成电路芯片封装用的一种表面贴装型技术。,8.4.1 球栅阵列封装（BGA）,2BGA的类型 BGA的四种主要形式为：塑料球栅阵列（PBGA）、陶瓷球栅阵列（CBGA）、陶瓷圆柱栅格阵列(CCGA）和载带球栅阵列（TBGA)。,8.4.1 球栅阵列封装（BGA）,3BGA的制作过程,图8-25 OMPAC结构示意图,8.4.2 芯片级封装(CSP),1定义和特点 芯片尺寸封装（或芯片规模封装），简称
13、CSP，它的英文全称是Chip Scale Package或Chip Size Package。按照EIA、IPC、GEKEC、MCNC和Sematech共同制定的J-STD-012标准，是指封装外壳的尺寸不超过裸芯片尺寸1.2倍的一种先进封装形式。它主要是由最近几年流行的BGA向小型化、薄型化方向发展而形成的一种封装概念。按照这一定义，CSP并不是新的封装形式，而是其尺寸小型化的要求更为严格而己。,8.4.2 芯片级封装(CSP),2CSP的结构和分类 CSP产品已有100多种，封装类型也多，主要有如下五种： （1）柔性基片CSP （2）硬质基片CSP （3）引线框架CSP （4）圆片级CS
14、P （5）叠层CSP,8.4.2 芯片级封装(CSP),3CSP封装产品工艺流程 （1）柔性基片CSP产品的封装工艺流程 （2）硬质基片CSP产品的封装工艺流程 （3）引线框架CSP产品的封装工艺流程 （4）圆片级CSP产品的封装工艺流程 （5）叠层CSP产品的封装工艺流程,8.4.2 芯片级封装(CSP),4开发CSP封装产品技术问题 （1）CSP产品的标准化问题 （2）CSP产品的封装技术问题 （3）与CSP产品相关的材料问题 （4）CSP的价格问题 （5）组装CSP产品的印制板问题,8.4.3 倒装芯片技术（FC）,1简介 倒装芯片封装技术为1960年IBM公司所开发，为了降低成本，提高
15、速度，提高组件可靠性，FC使用在第1层芯片与载板接合封装，封装方式为芯片正面朝下向基板，无需引线键合，形成最短电路，降低电阻；采用金属球连接，缩小了封装尺寸，改善电性表现，解决了BGA为增加引脚数而需扩大体积的困扰。,8.4.3 倒装芯片技术（FC）,2倒装片的工艺和分类 （1）控制塌陷芯片连接（C4） （2）直接芯片连接（DCA） （3）胶粘剂连接的倒装芯片,8.4.3 倒装芯片技术（FC）,3倒装芯片的凸点技术 （1）UBM的制作。 （2）几种不同的凸点。 由于制作方法不同，凸点大致可分为焊料凸点、金凸点及聚合物凸点三大类。 （3）焊料凸点的制作。,图8-27 芯片凸点结构,8.4.4 晶
16、圆级别封装（WLP）,1定义 晶圆级封装（Wafer Level Package，WLP）以BGA技术为基础，是一种经过改进和提高的CSP。有人又将WLP称为圆片级-芯片尺寸封装（WLP-CSP），它不仅充分体现了BGA、CSP的技术优势，而且是封装技术取得革命性突破的标志。 晶圆级封装技术采用批量生产工艺制造技术，可以将封装尺寸减小至IC芯片的尺寸，生产成本大幅下降，并且把封装与芯片的制造融为一体，这将彻底改变芯片制造业与芯片封装业分离的局面。,8.4.4 晶圆级别封装（WLP）,2WLP的两个基本工艺 （1）薄膜再分布技术 （2）凸点制作技术,8.4.4 晶圆级别封装（WLP）,3晶圆级封装的可靠性 当需要对新型晶圆级封装技术进行评价时，封装厂应向用户提供必要的可靠性资料，如果未提供，用户应向封装制造厂索取。焊点的典型失效机理、可靠性试验的条件都应包括在所提
