《IC封裝製程》PPT課件.ppt

第二章,IC 封裝製程,IC封裝,IC 封裝乃是將IC前段製程加工完成後所提供之晶圓做切割分離成一顆顆晶粒，並外接信號(hào)線以傳遞電路訊號(hào)，及做IC封膠來保護(hù)IC元件。,IC封裝製程,IC封裝製程主要包括 晶圓切割； 晶片黏結(jié)； 連線技術(shù)； 封膠； 剪切成型； 印字； 檢測(cè)；,IC塑膠封裝的流程,晶圓切割,在晶圓背面貼上膠帶(Blue Tape) 晶圓黏片(Wafer Mount) 晶圓切割機(jī),Close-up of an operating saw, with cooling water spraying at the top of the rotating blade and the wafer. Photo courtesy of Disco.,Portion of a diced wafer, still on the dicing tape. The dark cross is the tape below the wafer, visible through the sawn streets.,晶圓切割,晶圓黏結(jié),將IC晶片固定於封裝基板或?qū)Ь€架中晶片座(die paddle)上並利用環(huán)氧樹脂(銀膠)將之黏結(jié)的製程步驟,導(dǎo)線架(lead frame),晶片黏結(jié)製程,黏結(jié)法,黏結(jié)法 金-矽共晶黏結(jié)法：陶瓷封裝(主要) 玻璃膠黏結(jié)法 高分子膠黏結(jié)法：塑膠封裝 焊接黏結(jié)法,金-矽共晶黏結(jié)法,利用金-矽合金在3wt，363時(shí)產(chǎn)生的共晶(Eutectic)反應(yīng)特性進(jìn)行。 處理方法： IC晶片置於已鍍有金膜的基板晶片座上，加熱至約425，藉金-矽的交互擴(kuò)散而完成接合。 環(huán)境：熱氮?dú)猸h(huán)境 防矽高溫氧化,金-矽共晶黏結(jié)法,反應(yīng)前前處理：基板/晶片交互磨擦 除氧化表層、增加反應(yīng)液面濕潤(rùn)性 潤(rùn)濕不良接合之結(jié)果: 導(dǎo)致孔洞的產(chǎn)生而使接合強(qiáng)度與熱導(dǎo)性降低 造成應(yīng)力分佈不均,金-矽共晶黏結(jié)法,預(yù)型片彌補(bǔ)基板孔洞平整度不佳時(shí)所造成接合不完全的缺點(diǎn) 厚度約25mm，其面積約為晶片的三分之一材質(zhì)為金2-wt%係合金薄片 植於基板之晶片座上； 不能使用過量，否則易造成材料溢流而造成封裝的可靠度降低,玻璃膠黏結(jié)法,方法 以戳印(Stamping) 、網(wǎng)印(Screen Printing)或點(diǎn)膠(Syringe Transfer)的方法將含有銀的玻璃膠塗於基板的晶片座上，置妥IC晶片後再加熱除去膠中有機(jī)成份並使玻璃熔融接合 優(yōu)點(diǎn) 無孔洞優(yōu)良的熱穩(wěn)定性 低殘餘應(yīng)力與低溼度含量的結(jié)合,玻璃膠黏結(jié)法,注意： 膠中有機(jī)物必須完全除去，以免影響穩(wěn)定性及可靠度； 冷卻需防接合破裂,高分子黏結(jié)法,常用於塑膠封裝 高分子材料與銅引腳的熱膨脹係數(shù)相近 圖膠方式與玻璃膠黏結(jié)法方式類似 所用之塗膠為環(huán)氧樹酯或聚亞醯胺 優(yōu)點(diǎn) 低成本且能配合自動(dòng)化生產(chǎn)製程 缺點(diǎn) 熱穩(wěn)定性較差，易導(dǎo)致有機(jī)成份洩漏而影響封裝的可靠度,焊接黏結(jié)法,利用合金反應(yīng)進(jìn)行晶片黏結(jié) 優(yōu)點(diǎn)：能形成熱傳導(dǎo)性優(yōu)良的黏結(jié) 熱氮?dú)猸h(huán)境：防止銲錫氧化及孔洞的形成 硬質(zhì)焊料：金-矽、金-錫、金-鍺 優(yōu)點(diǎn)： 可以獲得良好抗疲勞與抗?jié)撟?缺點(diǎn) ：一產(chǎn)生熱膨脹係數(shù)差異引起的應(yīng)力 破壞 軟質(zhì)焊料：鉛錫、鉛銀銦 可改善硬焊的缺點(diǎn),聯(lián)線技術(shù),目的: IC晶片必須與封裝基板或?qū)Ь€架聯(lián)結(jié)，以達(dá)到電子訊號(hào)傳遞的功能,聯(lián)線技術(shù),打線接合(Wire Bonding) 卷帶自動(dòng)接合(Tape Automated bonding) 覆晶接合(Flip Chip),Wire-bonding,(.uk),Wire Bonding,WIRE BONDING ON IC CHIP,(www.ust.hk),打線接合(Wire Bonding),適用於低密度聯(lián)線(300個(gè)I/O點(diǎn)以下) 受末端成球大小、接合工具形狀、接墊之幾何排列與封裝基板結(jié)構(gòu)淨(jìng)空之影響 超音波接合(Ultrasonic Bonding) 熱壓接合(Thermocompression Bonding) 熱超音波接合(Thermosonic Bonding) 打線接合為周列式接合(Peripheral Array),超音波接合 (Ultrasonic Bonding，U/S),利用音波弱化(Acoustic Weakening)之效應(yīng) 促進(jìn)接合介面動(dòng)態(tài)回復(fù)與再結(jié)晶而接合。 超音波接合係以接合楔頭(Wedge)引導(dǎo)金屬線使其加壓於接墊上，再輸入頻率20至60kHz ，振幅20至200mm的超音波，藉音波震動(dòng)與加壓產(chǎn)生冷焊效應(yīng)而完成接合。 楔形接點(diǎn),超音波接合,優(yōu)點(diǎn) 接合溫度低、接點(diǎn)尺寸較小且迴繞輪廓較低。 適用於接墊間距小的電路聯(lián)線。 缺點(diǎn) 導(dǎo)線迴繞的方向必須平行於兩接點(diǎn)連線的方向。,超音波接合,最常用的導(dǎo)線材料：鋁 鋁 1矽合金；鋁 0.5-1鎂合金,超音波接合過程,超音波接合楔形接點(diǎn),熱壓接合(ThermocompressionBonding, T/C),壓縮的目的: 增加接合面積、減低界面粗造度對(duì)接合品質(zhì)的影響 採(cǎi)接合工具與基板接墊同時(shí)加溫的方式： 接合工具： 300400 基板接墊： 150250 最常用的導(dǎo)線材料： 金（抗氧化性佳）、鋁 毛細(xì)管：高溫耐火材料 氧化鋁(Alumina, Al2O3)、碳化鎢,熱壓接合過程,金屬線,形成融熔金屬球(電弧氫焰),接合墊片,接合墊片,接合墊片,壓緊使之連結(jié)接合墊片,打線頭退返,線夾,氧化鋁、碳化鎢,高溫耐火材料,熱壓接合過程(cont.),引線,接合墊片,接合墊片,引線,施壓及加熱使金屬線連結(jié)引線,線夾閉合加熱以截?cái)嘟饘倬€,打線接合步驟的溫度不可超過晶片接合的焊接熔點(diǎn),熱超音波接合 (Thermosonic Bonding，T/S),為超音波接合和熱壓接合的混合技術(shù) 先在金屬末端成球，再以超音波進(jìn)行導(dǎo)線與接墊間的接合。 接合工具不加熱，基板維持在150250之間。 接合溫度低，可抑制接合介面的介金屬化合物(Intermetallic Components)成長(zhǎng)及減少基板發(fā)生高溫劣化的機(jī)會(huì) 最常用的導(dǎo)線材料：金（抗氧化性佳）,卷帶自動(dòng)接合(Tape Automated bonding),卷帶自動(dòng)接合(Tape Automated bonding),1968 通用電氣(GE)之Minimond封裝模組技術(shù) 利用搭載有蜘蛛式引腳的捲帶軟片以內(nèi)引腳接合製程（Inner Lead Bonding，ILB）完成與IC晶片的聯(lián)線，再以外引腳接合製程（Outer Lead Bonding，ILB）完成與封裝基板的接合。 聯(lián)線密度高於打線接合。 為周列式接合(Peripheral Array),卷帶自動(dòng)接合,The interconnections are patterned on a multilayer polymer tape. The tape is positioned above the bare die so that the metal tracks (on the polymer tape) correspond to the bonding sites on the die,卷帶自動(dòng)接合,卷帶自動(dòng)接合,卷帶自動(dòng)接合,覆晶接合(Flip Chip),1960 IBM C4 (Controlled Collapse Chip Connection) 能控制接點(diǎn)高度 在I/O Pad上沉積錫鉛球，而後將晶片翻轉(zhuǎn)加熱使錫鉛球軟化再與陶瓷基板相結(jié)合 屬於平列式(Area Array),覆晶接合優(yōu)點(diǎn),在IC的焊墊和接點(diǎn)上幾乎沒有限制，易達(dá)到高腳數(shù)的IC； 有故障或瑕疵可以再次加工； 界面接合的路徑短，故阻抗較低。,覆晶接合,Chip with Bumps,Bumps,Flip Chip Packaging,Chip,Bumps,Socket,Pins,Bump Contact,Chip,Bumps,Socket,Pins,Bump Contact,Chip,Bumps,Socket,Pins,Heating and Bumps Melt,Chip,Bumps,Socket,Pins,Flip Chip Packaging,Chip,Socket,Pins,封膠(Molding),將晶片與外界隔絕； 避免上面的晶片被破壞； 防止?jié)駳膺M(jìn)入產(chǎn)生腐蝕； 避免不必要的訊號(hào)被破壞； 有效的將晶片產(chǎn)生之熱排出到外面； 提供能夠手持之形體。,封膠製程,將焊線完成之導(dǎo)線架或基板置放於框架上並先行預(yù)熱； 置於壓模機(jī)之封裝模上； 壓模機(jī)壓下封閉上下模； 灌入半融化的樹脂； 硬化； 開模完成。,封膠製程模具示意圖,封膠製程,右圖上封膠製程填充示意圖 右圖下完成封膠的IC成品,封裝材料陶瓷,優(yōu)良的熱傳導(dǎo)與電絕緣性質(zhì)； 可改變其化學(xué)組成調(diào)整其性質(zhì)； 緻密性高，對(duì)水分子滲透有優(yōu)良的阻絕能力； 脆性較高易，受應(yīng)力破壞； 製程溫度高、成本亦高，僅見於可靠度需求高的IC封裝中。,陶磁封裝,陶磁護(hù)蓋層,接合線,引架線，第一層,引線端,護(hù)蓋層密封金屬化,晶片接合金屬化,第二層,第二層,封裝材料金屬,優(yōu)良的水分子阻絕能力熱傳導(dǎo)特性與電遮蔽性(Electrical Shielding) 用於分立式元件(Discrete Components)與高功率元件,封膠材料塑膠,散熱性、耐熱性、密封性與可靠度較差。 優(yōu)點(diǎn)： 能提供小型化封裝、低成本、製程簡(jiǎn)單、適合自動(dòng)化生產(chǎn)。 材料和製程技術(shù)的改善，其可靠度也大幅提高 一般性的消費(fèi)性電子至精密的超高速電子計(jì)算機(jī)。 各製程皆有關(guān)聯(lián)，必須對(duì)所