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1、现代微电子封装材料及封装技术现代微电子封装材料及封装技术现代微电子封装材料及封装技术现代微电子封装材料及封装技术现代微电子封装材料及封装技术现代微电子封装材料及封装技术 第三第三部分部分 电子封装原理与技术电子封装原理与技术 现代微电子封装材料及封装技术现代微电子封装材料及封装技术 第三第三部分部分 电子封装原理与技术电子封装原理与技术 李 明 材料科学与工程学院 电子封装概论 引线框架型封装 球栅阵列型封装 二级电子封装（微组装） 电子封装材料 三维电子封装及系统封装 引线框架型封装 （Dual Inline Package）（）（ Quad Flat Package ） ） （ （ Qua
2、d Flat Non-Leaded Package ） ）（ （ Small Outline L-Leaded Package ） ）（ Qu dNoe dedcge ） ）（ （ SOuee dedcge ） ） 封装所需材料 晶圆晶圆导电性粘接剂导电性粘接剂 金线塑封树脂金线塑封树脂 封装树脂封装树脂金属引线金属引线芯片芯片 金属衬底金属衬底 内腿内腿 外腿外腿 金属衬底金属衬底 引线框架引线框架 引线框架型封装的关键技术 硅圆的研磨与切割硅圆的研磨与切割 芯片的粘接固定芯片的粘接固定 封装树脂封装树脂 金属引线金属引线 芯片芯片 硅圆的研磨与切割硅圆的研磨与切割 金线键合树脂塑封金线键合
3、树脂塑封 外腿外腿 金属衬底金属衬底 内腿内腿 引脚的成形 外腿电镀焊锡 引脚的成形 外腿电镀焊锡 对引线框架的要求 保证良好的导电性与导热性保证良好的机械强度保证良好的加工性保证良好的导电性与导热性保证良好的机械强度保证良好的加工性 塑封范围塑封范围 保证与金线的焊接性保证与塑封树脂的结合强度保证良好的尺寸精度保证与金线的焊接性保证与塑封树脂的结合强度保证良好的尺寸精度 引线框架的各部名称与作用 外腿：与印刷基板连接用 塑封范围 框体：支撑引线外腿：与印刷基板连接用 塑封范围 框体：支撑引线小岛：固定芯片、 接地、导热 小岛：固定芯片、 接地、导热 孔穴孔穴 连筋： 支撑引线 防止树脂 连筋
4、： 支撑引线 防止树脂 孔穴孔穴： 防止树 脂剥离 ： 防止树 脂剥离 外流外流 镀银（或金）区： 保证与金线的焊接性内腿：与芯片连接 固定胶带：保证内腿不变形 镀银（或金）区： 保证与金线的焊接性内腿：与芯片连接 固定胶带：保证内腿不变形 引线框架封装工艺流程 工程名称作业内容工程名称作业内容 1. 背面研磨背面研磨Back Grind磨去背面多余部分的硅磨去背面多余部分的硅 2划片划片 将硅园切分成芯片将硅园切分成芯片 2. 划片划片 Dicing 将硅园切分成芯片将硅园切分成芯片 3. 芯片粘接芯片粘接Die Bonding 用粘结剂粘贴芯片用粘结剂粘贴芯片 4. 固化固化 Post D
5、ie Bond Cure 粘结剂固化粘结剂固化 固化固化 Post Die Bond Cure 5. 引线键合引线键合 Wire Bonding 用金属线互连芯片与引线框架内腿用金属线互连芯片与引线框架内腿 6. 塑封塑封 Molding 用树脂将芯片与内腿等塑封起来用树脂将芯片与内腿等塑封起来 7. 固化固化Post Mold Cure 树脂固化树脂固化 8. 切筋切筋 trimming 切掉外引腿间的连接筋切掉外引腿间的连接筋 在表面打印商标在表面打印商标型号型号批号批号 9. 打印商标打印商标 Marking 在表面打印商标在表面打印商标，型号型号，批号批号 10. 电镀焊锡电镀焊锡So
6、lder plating 在外腿表面镀覆在外腿表面镀覆Sn-Pb合金镀层合金镀层 11 成形成形 Forming 用冲压法将外腿做成所需形状用冲压法将外腿做成所需形状 11. 成形成形 Forming 用冲压法将外腿做成所需形状用冲压法将外腿做成所需形状 12. 性能检查性能检查 Electricity test 用专用设备检查外观，电性能等用专用设备检查外观，电性能等 工程1 背面研磨 封装厂家从芯片制造商获得的芯片并不是分割好的芯片，而 是直径为 封装厂家从芯片制造商获得的芯片并不是分割好的芯片，而 是直径为6-12英寸的硅圆，且较厚。目的是防止芯片制造和运输过英寸的硅圆，且较厚。目的是防
7、止芯片制造和运输过 程中的变形、受损、破裂。但实际封装所需芯片的厚度要求实际上 只有 程中的变形、受损、破裂。但实际封装所需芯片的厚度要求实际上 只有50 -300m左右。左右。 本工序就是将背面多余的部分通过研磨的方法减薄。本工序就是将背面多余的部分通过研磨的方法减薄。 多晶硅多晶硅Al氧化膜氧化膜 数微米数微米 50-300m 单晶硅单晶硅 625-725m 研磨前研磨前 研磨后研磨后 如果硅圆一开始就很薄将会是什么样呢？ 只有只有50m厚时的硅圆正常厚度的硅圆厚时的硅圆正常厚度的硅圆 工程流程 1、贴保护胶带（、贴保护胶带（taping） ）3、剥离保护胶带（、剥离保护胶带（detape
8、） ） 硅圆 保护胶带 硅圆 保护胶带 硅圆 保护胶带 硅圆 保护胶带 剥离用胶带剥离用胶带 4清洗干燥清洗干燥（ （WhiDi） ）2背面研磨背面研磨（ （Bk G i d） ） 吸盘吸盘 吸盘吸盘 4、清洗干燥清洗干燥（ （Washing Drying ） ）2、背面研磨背面研磨（ （Back Grind） ） 温水清洗温水清洗 干燥干燥 砂轮砂轮 干燥干燥 吸盘吸盘 工程2 划片 一片桂圆上有成百上千个芯片，对每一个芯片进行封装前，一片桂圆上有成百上千个芯片，对每一个芯片进行封装前， 必须先将其分离必须先将其分离。 。必须先将其分离必须先将其分离。 。 本工序是将硅圆上成百上千个芯片分割
9、成单个独立的芯片本工序是将硅圆上成百上千个芯片分割成单个独立的芯片 主要的划片方法 金刚砂论法金刚砂论法 将将金金刚砂轮片高速转动刚砂轮片高速转动，研磨切片研磨切片。其特点是高效率其特点是高效率，残留应力残留应力将刚砂轮片高速转动将刚砂轮片高速转动研磨切片研磨切片其特点是高效率其特点是高效率残留应力残留应力 低，是当前主要的划片方法。低，是当前主要的划片方法。 金刚刀法金刚刀法金刚刀法金刚刀法 用金刚刀的尖角沿芯片边缘划沟，再利用芯片的脆性，用机械方法 使其开裂分开。此法为最古老的方法。由于裂口易出现不规则，本法 用金刚刀的尖角沿芯片边缘划沟，再利用芯片的脆性，用机械方法 使其开裂分开。此法为
10、最古老的方法。由于裂口易出现不规则，本法 已基本被淘汰已基本被淘汰已基本被淘汰已基本被淘汰 激光刻蚀法激光刻蚀法 用大功率发振激光融化硅片，形成细沟痕，再用机械方法使其开 裂分开。此法已发现残留应力高，现只用于特殊半导体的划片。 用大功率发振激光融化硅片，形成细沟痕，再用机械方法使其开 裂分开。此法已发现残留应力高，现只用于特殊半导体的划片。 金刚砂轮划片原理 金刚砂轮金刚砂轮 硅 圆 支撑环 硅 圆 支撑环 高速旋转：高速旋转：30000rpm 固定粘胶带固定粘胶带 冷却水冷却水 切削水均使用纯水切削水均使用纯水冷却水冷却水、 、切削水均使用纯水切削水均使用纯水 旋旋转转方向方向转转 硅圆推
11、进方向硅圆推进方向 金刚砂轮片的构造 金刚砂轮片厚度：约金刚砂轮片厚度：约30m 金刚砂粒金刚砂粒 直径直径2-6数微米数微米硅圆硅圆金刚砂粒金刚砂粒 直径直径2 6数微米数微米 镍基材镍基材 硅圆硅圆 保护胶带保护胶带 金刚砂轮片的构造 金刚砂轮金刚砂轮片金刚砂轮金刚砂轮片 金刚砂轮划片设备 東京精密：A-WD-4000B東京精密：A-WD-4000B 金刚砂轮划片设备 切割后的硅圆清洗切割后的硅圆清洗 机器手机器手 金刚砂轮划片设备 CCD照相机CCD照相机砂轮片高速旋转装置砂轮片高速旋转装置 切割盘：带有真空 吸盘，固定硅圆。 切割盘：带有真空 吸盘，固定硅圆。 金刚砂轮划片设备 冷却水
12、冷却水冷却水冷却水 工程主要由三部分组成 贴胶带固定贴胶带固定切割切割紫外线照射紫外线照射 硅 圆硅 圆 紫外线紫外线 目的：通过紫外线照射，使 背面的胶带粘性减弱，以便 在后道工序中顺利地将每个 目的：通过紫外线照射，使 背面的胶带粘性减弱，以便 在后道工序中顺利地将每个 芯片分离芯片分离芯片分离芯片分离 划片前划片前划片前划片前 定位、方向识别标志定位、方向识别标志 切割范围切割范围 划片后划片后划片后划片后 切割痕切割痕 工程3 芯片粘接 将每个芯片逐个粘贴在引线框架的中央小岛部将每个芯片逐个粘贴在引线框架的中央小岛部 要求要求要求要求： 1）芯片与小岛间有强固的结合力，耐各种冲击。）芯
13、片与小岛间有强固的结合力，耐各种冲击。 芯片与小岛间有良好的导电性芯片与小岛间有良好的导电性导热性导热性2）芯片与小岛间有良好的导电性芯片与小岛间有良好的导电性、导热性导热性 主要粘接方法 利用利用 Au 和和 Si 可形成共晶体可形成共晶体 1. Au-Si合金熔接法合金熔接法芯片芯片 利用利用 Au 和和 Si 可形成共晶体可形成共晶体 的特点进行共晶熔接。引线框架 小岛上贴敷金膜或电镀金层，芯 的特点进行共晶熔接。引线框架 小岛上贴敷金膜或电镀金层，芯 片背面与之接触片背面与之接触并在保护气氛并在保护气氛 Au-Si夹层薄膜夹层薄膜 片背面与之接触片背面与之接触，并在保护气氛并在保护气氛
14、 中加热、加压，使形成共晶合金 的扩散层。此方法可以得到牢固 中加热、加压，使形成共晶合金 的扩散层。此方法可以得到牢固 的结合强度的结合强度但当芯片寸很大但当芯片寸很大 引线框架小岛引线框架小岛 的结合强度的结合强度。但当芯片但当芯片尺尺寸很大寸很大 时，由于硅与小岛的热膨胀系数 的不同，芯片将会受到相当大的 时，由于硅与小岛的热膨胀系数 的不同，芯片将会受到相当大的 应力，容易引起芯片的龟裂。另 外，由于此方法中使用了金，所 应力，容易引起芯片的龟裂。另 外，由于此方法中使用了金，所 以成本很高以成本很高。 芯片 Au-Si夹层薄膜 引线框架小岛 以成本很高以成本很高 Au-Si合金热平衡
15、相图 用用 Pb Sn 合金薄膜作为合金薄膜作为 2. Pd-Sn合金焊接法合金焊接法 芯片 用用 Pb Sn 合金薄膜作为合金薄膜作为 中间层，在保护气氛中加热、 进行熔融焊接。小岛表面要 中间层，在保护气氛中加热、 进行熔融焊接。小岛表面要 Pb-Sn夹层薄膜 求是镀金、镀求是镀金、镀 Pd -Ag 合金层 或 合金层 或 Cu 基材等。此方法可以得基材等。此方法可以得 到导热性好到导热性好柔性良好的过柔性良好的过 引线框架小岛 到导热性好到导热性好，柔性良好的过柔性良好的过 渡层，故可缓解应力，利于渡层，故可缓解应力，利于 散热散热。可用于散热量加大的可用于散热量加大的 芯片 散热散热。
16、可用于散热量加大的可用于散热量加大的 芯片。但耐热性较差。芯片。但耐热性较差。 芯片 Pb-Sn夹层薄膜 引线框架小岛 采用含有银粉的环氧树脂或采用含有银粉的环氧树脂或 3. 导电胶粘接法导电胶粘接法 采用含有银粉的环氧树脂或采用含有银粉的环氧树脂或 聚酰胺树脂等热固性树脂（通常 叫银浆： 聚酰胺树脂等热固性树脂（通常 叫银浆：Ag Paste），在常温下），在常温下 将芯片与小岛粘接，再加热固化 处理。导热、导电性主要靠其中 将芯片与小岛粘接，再加热固化 处理。导热、导电性主要靠其中 的银粉来完成的银粉来完成其主要特点是在其主要特点是在的银粉来完成的银粉来完成。其主要特点是在其主要特点是在 常温下可粘接操作，材料成本低常温下可粘接操作，材料成本低 等等，但到热但到热、导电性不如金属粘导电性不如金属粘等等，但到热但到热、导电性不如金属粘导电性不如金属粘 接的效果好。接的效果好。 此方法是当前最广泛采用的方法。此方法是当前最广泛采用的方法
