半導(dǎo)體封裝流程完整.ppt

IntroductionofICAssemblyProcessIC封裝工藝簡介 IntroductionofICAssemblyProcess 一 概念半導(dǎo)體芯片封裝是指利用膜技術(shù)及細(xì)微加工技術(shù) 將芯片及其他要素在框架或基板上布局 粘貼固定及連接 引出接線端子并通過可塑性絕緣介質(zhì)灌封固定 構(gòu)成整體立體結(jié)構(gòu)的工藝 此概念為狹義的封裝定義 更廣義的封裝是指封裝工程 將封裝體與基板連接固定 裝配成完整的系統(tǒng)或電子設(shè)備 并確保整個(gè)系統(tǒng)綜合性能的工程 將前面的兩個(gè)定義結(jié)合起來構(gòu)成廣義的封裝概念 半導(dǎo)體封裝的目的及作用 第一 保護(hù) 半導(dǎo)體芯片的生產(chǎn)車間都有非常嚴(yán)格的生產(chǎn)條件控制 恒定的溫度 230 3 恒定的濕度 50 10 嚴(yán)格的空氣塵埃顆粒度控制 一般介于1K到10K 及嚴(yán)格的靜電保護(hù)措施 裸露的裝芯片只有在這種嚴(yán)格的環(huán)境控制下才不會(huì)失效 但是 我們所生活的周圍環(huán)境完全不可能具備這種條件 低溫可能會(huì)有 40 高溫可能會(huì)有60 濕度可能達(dá)到100 如果是汽車產(chǎn)品 其工作溫度可能高達(dá)120 以上 為了要保護(hù)芯片 所以我們需要封裝 第二 支撐 支撐有兩個(gè)作用 一是支撐芯片 將芯片固定好便于電路的連接 二是封裝完成以后 形成一定的外形以支撐整個(gè)器件 使得整個(gè)器件不易損壞 半導(dǎo)體封裝的目的及作用 第三 連接 連接的作用是將芯片的電極和外界的電路連通 引腳用于和外界電路連通 金線則將引腳和芯片的電路連接起來 載片臺(tái)用于承載芯片 環(huán)氧樹脂粘合劑用于將芯片粘貼在載片臺(tái)上 引腳用于支撐整個(gè)器件 而塑封體則起到固定及保護(hù)作用 第四 可靠性 任何封裝都需要形成一定的可靠性 這是整個(gè)封裝工藝中最重要的衡量指標(biāo) 原始的芯片離開特定的生存環(huán)境后就會(huì)損毀 需要封裝 芯片的工作壽命 主要決于對封裝材料和封裝工藝的選擇 ICProcessFlow Customer客戶 ICDesignIC設(shè)計(jì) WaferFab晶圓制造 WaferProbe晶圓測試 Assembly TestIC封裝測試 SMTIC組裝 ICPackage 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 ICPackage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 ICPackage 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 ICPackage IC的封裝形式 按與PCB板的連接方式劃分為 PTH SMT PTH PinThroughHole 通孔式 SMT SurfaceMountTechnology 表面貼裝式 目前市面上大部分IC均采為SMT式的 SMT ICPackage 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FlipChip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 ICPackage IC的封裝形式 QFN QuadFlatNo leadPackage四方無引腳扁平封裝SOIC SmallOutlineIC小外形IC封裝TSSOP ThinSmallShrinkOutlinePackage薄小外形封裝QFP QuadFlatPackage四方引腳扁平式封裝BGA BallGridArrayPackage球柵陣列式封裝CSP ChipScalePackage芯片尺寸級(jí)封裝 ICPackageStructure IC結(jié)構(gòu)圖 TOPVIEW SIDEVIEW LeadFrame引線框架 GoldWire金線 DiePad芯片焊盤 Epoxy銀漿 MoldCompound塑封料 RawMaterialinAssembly 封裝原材料 Wafer 晶圓 晶圓是指硅半導(dǎo)體集成電路制作所用的硅晶片 由于其形狀為圓形 故稱為晶圓 在硅晶片上可加工制作成各種電路元件結(jié)構(gòu) 而成為有特定電性功能之IC產(chǎn)品 RawMaterialinAssembly 封裝原材料 LeadFrame 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?濕度小于40 RH 除了BGA和CSP外 其他Package都會(huì)采用LeadFrame BGA采用的是Substrate RawMaterialinAssembly 封裝原材料 GoldWire 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 RawMaterialinAssembly 封裝原材料 MoldCompound 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LeadFrame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) RawMaterialinAssembly 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DiePad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 環(huán)氧樹脂 TypicalAssemblyProcessFlow FOL 前段 EOL 中段 Plating 電鍍 EOL 后段 FinalTest 測試 FOL FrontofLine前段工藝 BackGrinding磨片 Wafer晶圓 WaferMount晶圓安裝 WaferSaw晶圓切割 WaferWash晶圓清洗 DieAttach芯片粘接 EpoxyCure銀漿固化 WireBond引線焊接 2ndOptical第二道光檢 3rdOptical第三道光檢 EOL FOL BackGrinding磨片 Taping粘膠帶 BackGrinding磨片 De Taping去膠帶 將從晶圓廠出來的Wafer晶圓進(jìn)行背面研磨 來減薄晶圓達(dá)到封裝需要的厚度 8mils 10mils 磨片時(shí) 需要在正面 ActiveArea 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 WaferSaw晶圓切割 WaferMount晶圓安裝 WaferSaw晶圓切割 WaferWash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SawBlade將整片Wafer切割成一個(gè)個(gè)獨(dú)立的Dice 方便后面的DieAttach等工序 WaferWash主要清洗Saw時(shí)候產(chǎn)生的各種粉塵 清潔Wafer FOL WaferSaw晶圓切割 WaferSawMachine SawBlade 切割刀片 LifeTime 900 1500M SpindlierSpeed 30 50Krpm FeedSpeed 30 50 s FOL 2ndOpticalInspection二光檢查 主要是針對WaferSaw之后在顯微鏡下進(jìn)行Wafer的外觀檢查 是否有出現(xiàn)廢品 ChippingDie崩邊 FOL DieAttach芯片粘接 WriteEpoxy點(diǎn)環(huán)氧樹脂 DieAttach芯片粘接 EpoxyCure環(huán)氧樹脂固化 EpoxyStorage 零下50度存放 使用之前回溫 除去氣泡 EpoxyWriting 點(diǎn)銀漿于L F的Pad上 Pattern可選 第一步 頂針從藍(lán)膜下面將芯片往上頂 同時(shí)真空吸嘴將芯片往上吸 將芯片與膜藍(lán)脫離 FOL DieAttach芯片粘接 第二步 將液態(tài)環(huán)氧樹脂涂到引線框架的臺(tái)載片臺(tái)上 FOL DieAttach芯片粘接 第三步 將芯片粘貼到涂好環(huán)氧樹脂的引線框架上 FOL DieAttach芯片粘接 FOL EpoxyCure環(huán)氧樹脂固化 環(huán)氧樹脂固化 175 C 1個(gè)小時(shí) N2環(huán)境 防止氧化 DieAttach質(zhì)量檢查 DieShear 芯片剪切力 FOL WireBonding引線焊接 利用高純度的金線 Au 銅線 Cu 或鋁線 Al 把Pad和引線通過焊接的方法連接起來 Pad是芯片上電路的外接點(diǎn) 引線是引線框架上的連接點(diǎn) 引線焊接是封裝工藝中最為關(guān)鍵的一部工藝 FOL WireBonding引線焊接 KeyWords Capillary 陶瓷劈刀 W B工藝中最核心的一個(gè)BondingTool 內(nèi)部為空心 中間穿上金線 并分別在芯片的Pad和引線框架的引線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) BondBall BondBall 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LeadFrame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 USGPower 時(shí)間 Time 溫度 Temperature FOL WireBonding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WireLoop Cap下降到LeadFrame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 WireBonding引線焊接 WireBond的質(zhì)量控制 WirePull StitchPull 金線頸部和尾部拉力 BallShear 金球推力 WireLoop 金線弧高 BallThickness 金球厚度 CraterTest 彈坑測試 Intermetallic 金屬間化合物測試 Size Thickness FOL 3rdOpticalInspection三光檢查 檢查DieAttach和WireBond之后有無各種廢品 EOL EndofLine后段工藝 Molding注塑 EOL LaserMark激光打字 PMC高溫固化 De flash Plating去溢料 電鍍 Trim Form切筋 成型 4thOptical第四道光檢 Annealing電鍍退火 EOL Molding 注塑 為了防止外部環(huán)境的沖擊 利用塑封料把引線鍵合完成后的產(chǎn)品封裝起來的過程 并需要加熱硬化 BeforeMolding AfterMolding EOL Molding 注塑 MoldingTool 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) 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 塊狀塑封料放入模具孔中 高溫下 塑封料開始熔化 順著軌道流向孔穴中 從底部開始 逐漸覆蓋芯片 完全覆蓋包裹完畢 成型固化 EOL LaserMark 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 PostMoldCure 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 CureTemp 175 5 C CureTime 8Hrs ESPECOven 4hrs EOL De flash 去溢料 Before After 目的 去溢料的目的在于去除模具后在管體周圍引線之間多余的溢料 方法 弱酸浸泡 高壓水沖洗 EOL Plating 電鍍 BeforePlating AfterPlating 利用金屬和化學(xué)的方法 在引線框架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 PostAnnealingBake 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的問題 條件 150 5C 2Hrs 晶須 晶須 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 將一條片的引線框架切割成單獨(dú)的Unit IC 的過程 Form 對切