芯片封裝測試流程詳解.ppt

Introduction of IC Assembly Process IC封裝工藝簡介,IC Process Flow,Customer 客 戶,IC Design IC設(shè)計(jì),Wafer Fab 晶圓制造,Wafer Probe 晶圓測試,Assembly& Test IC 封裝測試,SMT IC組裝,IC Package （IC的封裝形式）,Package-封裝體： 指芯片（Die）和不同類型的框架（L/F）和塑封料（EMC）形成的不同外形的封裝體。 IC Package種類很多，可以按以下標(biāo)準(zhǔn)分類： 按封裝材料劃分為： 金屬封裝、陶瓷封裝、塑料封裝 按照和PCB板連接方式分為： PTH封裝和SMT封裝 按照封裝外型可分為： SOT、SOIC、TSSOP、QFN、QFP、BGA、CSP等；,IC Package （IC的封裝形式）,按封裝材料劃分為：,金屬封裝,陶瓷封裝,塑料封裝,金屬封裝主要用于軍工或航天技術(shù)，無商業(yè)化產(chǎn)品； 陶瓷封裝優(yōu)于金屬封裝，也用于軍事產(chǎn)品，占少量商業(yè)化市場； 塑料封裝用于消費(fèi)電子，因?yàn)槠涑杀镜?，工藝簡單，可靠性高而占有絕大部分的市場份額；,IC Package （IC的封裝形式）,按與PCB板的連接方式劃分為：,PTH,SMT,PTH-Pin Through Hole, 通孔式； SMT-Surface Mount Technology，表面貼裝式。 目前市面上大部分IC均采為SMT式的,SMT,IC Package （IC的封裝形式）,按封裝外型可分為： SOT 、QFN 、SOIC、TSSOP、QFP、BGA、CSP等； 決定封裝形式的兩個(gè)關(guān)鍵因素: 封裝效率。芯片面積/封裝面積，盡量接近1:1； 引腳數(shù)。引腳數(shù)越多，越高級(jí)，但是工藝難度也相應(yīng)增加； 其中，CSP由于采用了Flip Chip技術(shù)和裸片封裝，達(dá)到了 芯片面積/封裝面積=1:1，為目前最高級(jí)的技術(shù)；,封裝形式和工藝逐步高級(jí)和復(fù)雜,IC Package （IC的封裝形式）,QFNQuad Flat No-lead Package 四方無引腳扁平封裝 SOICSmall Outline IC 小外形IC封裝 TSSOPThin Small Shrink Outline Package 薄小外形封裝 QFPQuad Flat Package 四方引腳扁平式封裝 BGABall Grid Array Package 球柵陣列式封裝 CSPChip Scale Package 芯片尺寸級(jí)封裝,IC Package Structure（IC結(jié)構(gòu)圖）,TOP VIEW,SIDE VIEW,Lead Frame 引線框架,Gold Wire 金 線,Die Pad 芯片焊盤,Epoxy 銀漿,Mold Compound 環(huán)氧樹脂,Raw Material in Assembly(封裝原材料),【W(wǎng)afer】晶圓,Raw Material in Assembly(封裝原材料),【Lead Frame】引線框架,提供電路連接和Die的固定作用； 主要材料為銅，會(huì)在上面進(jìn)行鍍銀、 NiPdAu等材料； L/F的制程有Etch和Stamp兩種； 易氧化，存放于氮?dú)夤裰?，濕度?于40%RH; 除了BGA和CSP外，其他Package都會(huì)采用Lead Frame， BGA采用的是Substrate；,Raw Material in Assembly(封裝原材料),【Gold Wire】焊接金線,實(shí)現(xiàn)芯片和外部引線框架的電性和物 理連接； 金線采用的是99.99%的高純度金； 同時(shí)，出于成本考慮，目前有采用銅 線和鋁線工藝的。優(yōu)點(diǎn)是成本降低， 同時(shí)工藝難度加大，良率降低； 線徑?jīng)Q定可傳導(dǎo)的電流；0.8mil， 1.0mil，1.3mils，1.5mils和2.0mils；,Raw Material in Assembly(封裝原材料),【Mold Compound】塑封料/環(huán)氧樹脂,主要成分為：環(huán)氧樹脂及各種添加劑（固化劑，改性劑，脫 模劑，染色劑，阻燃劑等）； 主要功能為：在熔融狀態(tài)下將Die和Lead Frame包裹起來， 提供物理和電氣保護(hù)，防止外界干擾； 存放條件：零下5保存，常溫下需回溫24小時(shí)；,Raw Material in Assembly(封裝原材料),成分為環(huán)氧樹脂填充金屬粉末（Ag）； 有三個(gè)作用：將Die固定在Die Pad上； 散熱作用，導(dǎo)電作用； -50以下存放，使用之前回溫24小時(shí)；,【Epoxy】銀漿,Typical Assembly Process Flow,FOL/前段,EOL/中段,Plating/電鍍,EOL/后段,Final Test/測試,FOL Front of Line前段工藝,Back Grinding 磨片,Wafer,Wafer Mount 晶圓安裝,Wafer Saw 晶圓切割,Wafer Wash 晶圓清洗,Die Attach 芯片粘接,Epoxy Cure 銀漿固化,Wire Bond 引線焊接,2nd Optical 第二道光檢,3rd Optical 第三道光檢,EOL,FOL Back Grinding背面減薄,Taping 粘膠帶,Back Grinding 磨片,De-Taping 去膠帶,將從晶圓廠出來的Wafer進(jìn)行背面研磨，來減薄晶圓達(dá)到 封裝需要的厚度（8mils10mils）； 磨片時(shí)，需要在正面（Active Area）貼膠帶保護(hù)電路區(qū)域 同時(shí)研磨背面。研磨之后，去除膠帶，測量厚度；,FOL Wafer Saw晶圓切割,Wafer Mount 晶圓安裝,Wafer Saw 晶圓切割,Wafer Wash 清洗,將晶圓粘貼在藍(lán)膜（Mylar）上，使得即使被切割開后，不會(huì)散落； 通過Saw Blade將整片Wafer切割成一個(gè)個(gè)獨(dú)立的Dice，方便后面的 Die Attach等工序； Wafer Wash主要清洗Saw時(shí)候產(chǎn)生的各種粉塵，清潔Wafer；,FOL Wafer Saw晶圓切割,Wafer Saw Machine,Saw Blade(切割刀片)： Life Time：9001500M； Spindlier Speed：3050K rpm：Feed Speed：3050/s;,FOL 2nd Optical Inspection二光檢查,主要是針對Wafer Saw之后在顯微鏡下進(jìn)行Wafer的外觀檢查，是否有出現(xiàn)廢品。,Chipping Die 崩 邊,FOL Die Attach 芯片粘接,Write Epoxy 點(diǎn)銀漿,Die Attach 芯片粘接,Epoxy Cure 銀漿固化,Epoxy Storage： 零下50度存放；,Epoxy Aging： 使用之前回溫，除去氣泡；,Epoxy Writing： 點(diǎn)銀漿于L/F的Pad上，Pattern可選；,FOL Die Attach 芯片粘接,芯片拾取過程： 1、Ejector Pin從wafer下方的Mylar頂起芯片，使之便于 脫離藍(lán)膜； 2、Collect/Pick up head從上方吸起芯片，完成從Wafer 到L/F的運(yùn)輸過程； 3、Collect以一定的力將芯片Bond在點(diǎn)有銀漿的L/F 的Pad上，具體位置可控； 4、Bond Head Resolution： X-0.2um；Y-0.5um；Z-1.25um； 5、Bond Head Speed：1.3m/s；,FOL Die Attach 芯片粘接,Epoxy Write： Coverage 75%;,Die Attach： Placement0.05mm;,FOL Epoxy Cure 銀漿固化,銀漿固化： 175C，1個(gè)小時(shí)； N2環(huán)境，防止氧化：,Die Attach質(zhì)量檢查： Die Shear（芯片剪切力）,FOL Wire Bonding 引線焊接,利用高純度的金線（Au） 、銅線（Cu）或鋁線（Al）把 Pad 和 Lead通過焊接的方法連接起來。Pad是芯片上電路的外接 點(diǎn)，Lead是 Lead Frame上的 連接點(diǎn)。 W/B是封裝工藝中最為關(guān)鍵的一部工藝。,FOL Wire Bonding 引線焊接,Key Words： Capillary：陶瓷劈刀。W/B工藝中最核心的一個(gè)Bonding Tool，內(nèi)部為空心，中間穿上金線，并分別在芯片的Pad和Lead Frame的Lead上形成第一和第二焊點(diǎn)； EFO：打火桿。用于在形成第一焊點(diǎn)時(shí)的燒球。打火桿打火形成高溫，將外露于Capillary前端的金線高溫熔化成球形，以便在Pad上形成第一焊點(diǎn)（Bond Ball）； Bond Ball：第一焊點(diǎn)。指金線在Cap的作用下，在Pad上形成的焊接點(diǎn)，一般為一個(gè)球形； Wedge：第二焊點(diǎn)。指金線在Cap的作用下，在Lead Frame上形成的焊接點(diǎn)，一般為月牙形（或者魚尾形）； W/B四要素：壓力（Force）、超聲（USG Power）、時(shí)間（Time）、溫度（Temperature）；,FOL Wire Bonding 引線焊接,陶瓷的Capillary,內(nèi)穿金線，并且在EFO的作用下，高溫?zé)颍?金線在Cap施加的一定壓力和超聲的作用下，形成Bond Ball；,金線在Cap施加的一定壓力作用下，形成Wedge；,FOL Wire Bonding 引線焊接,EFO打火桿在磁嘴前燒球,Cap下降到芯片的Pad上，加Force和Power形成第一焊點(diǎn),Cap牽引金線上升,Cap運(yùn)動(dòng)軌跡形成良好的Wire Loop,Cap下降到Lead Frame形成焊接,Cap側(cè)向劃開，將金線切斷，形成魚尾,Cap上提，完成一次動(dòng)作,FOL Wire Bonding 引線焊接,Wire Bond的質(zhì)量控制： Wire Pull、Stitch Pull（金線頸部和尾部拉力） Ball Shear（金球推力） Wire Loop（金線弧高） Ball Thickness（金球厚度） Crater Test（彈坑測試） Intermetallic（金屬間化合物測試）,Size,Thickness,FOL 3rd Optical Inspection三光檢查,檢查Die Attach和Wire Bond之后有無各種廢品,EOL End of Line后段工藝,Molding 注塑,EOL,Laser Mark 激光打字,PMC 高溫固化,De-flash/ Plating 去溢料/電鍍,Trim/Form 切筋/成型,4th Optical 第四道光檢,Annealing 電鍍退火,Note： Just For TSSOP/SOIC/QFP package,EOL Molding（注塑）,為了防止外部環(huán)境的沖擊，利用EMC 把Wire Bonding完成后的產(chǎn)品封裝起 來的過程，并需要加熱硬化。,Before Molding,After Molding,EOL Molding（注塑）,Molding Tool（模具）,EMC（塑封料）為黑色塊狀，低溫存儲(chǔ)，使用前需先回溫。其特 性為：在高溫下先處于熔融狀態(tài)，然后會(huì)逐漸硬化，最終成型。 Molding參數(shù)： Molding Temp：175185C；Clamp Pressure：30004000N； Transfer Pressure：10001500Psi；Transfer Time：515s； Cure Time：60120s；,Cavity,L/F,L/F,EOL Molding（注塑）,Molding Cycle,-L/F置于模具中，每個(gè)Die位于Cavity中，模具合模。 -塊狀EMC放入模具孔中,-高溫下，EMC開始熔化，順著軌道流向Cavity中,-從底部開始，逐漸覆蓋芯片,-完全覆蓋包裹完畢，成型固化,EOL Laser Mark（激光打字）,在產(chǎn)品（Package）的正面或者背面激光刻字。內(nèi)容有：產(chǎn)品名稱，生產(chǎn)日期，生產(chǎn)批次等；,Before,After,EOL Post Mold Cure（模后固化）,用于Molding后塑封料的固化，保護(hù)IC內(nèi)部結(jié)構(gòu)，消除內(nèi)部應(yīng)力。 Cure Temp：175+/-5C；Cure Time：8Hrs,ESPEC Oven,4hrs,EOL De-flash（去溢料）,Before,After,目的：De-flash的目的在于去除Molding后在管體周圍Lead之間 多余的溢料； 方法：弱酸浸泡，高壓水沖洗；,EOL Plating（電鍍）,Before Plating,After Plating,利用金屬和化學(xué)的方法，在Leadframe的表面 鍍上一層鍍層，以防止外界環(huán)境的影響（潮濕 和熱）。并且使元器件在PCB板上容易焊接及 提高導(dǎo)電性。,電鍍一般有兩種類型： Pb-Free：無鉛電鍍，采用的是99.95%的高純 度的錫（Tin），為目前普遍采用的技術(shù)，符合 Rohs的要求； Tin-Lead：鉛錫合金。Tin占85%，Lead占 15%，由于不符合Rohs，目前基本被淘汰；,EOL Post Annealing Bake（電鍍退火）,目的： 讓無鉛電鍍后的產(chǎn)品在高溫下烘烤一段時(shí)間，目的在于 消除電鍍層潛在的晶須生長（Whisker Growth）的問題; 條件： 150+/-5C; 2Hrs；,晶須,晶須，又叫Whisker，是指錫在長時(shí)間的潮濕環(huán)境和溫度變化環(huán)境下生長出的一種須狀晶體，可能導(dǎo)致產(chǎn)品引腳的短路。,EOL Trim&Form（切筋成型）,Trim：將一條片的Lead Frame切割成單獨(dú)的Unit（IC）的過程； Form：對Trim后的IC產(chǎn)品進(jìn)行引腳成型，達(dá)到工藝需要求的