電子封裝PPT課件

1、陳仁章 機(jī)電工程學(xué)院 桂林電子科技大學(xué) 主要內(nèi)容 封裝工藝與設(shè)備的關(guān)系 電子產(chǎn)品封裝概述 集成 電路 高密度 封裝 電子 整機(jī) 性能 產(chǎn)品 的封 裝技 術(shù) 半導(dǎo)體封裝技術(shù) 半導(dǎo)體封裝技術(shù)發(fā)展的5個階段： 封裝技術(shù)封裝技術(shù) 將一個或多個芯片有 效和可靠地封裝互連 起來，以達(dá)到： 1，提供給芯片電流 通路； 2，引入或引出芯片 上的信號； 3，導(dǎo)出芯片工作時 產(chǎn)生的熱量； 4，保護(hù)和支撐芯片， 防止惡劣環(huán)境對它的 影響。 IC發(fā)展的歷程及其封裝形式 膜IC （無源） 厚膜IC 薄膜IC 有源半 導(dǎo)體IC IC 雙 極 型 MOS型 小規(guī)模IC （SSI） 中規(guī)模IC （MSI） 大規(guī)模IC （LS

2、I） 超大規(guī)模 IC（VLSI） 特大規(guī)模 IC（ULSI） 混合IC （HLC） 先進(jìn)HIS QFP BGA CSP FC MCM/ MCP 3D 系統(tǒng)封裝（Sip/Sop) 微機(jī)電系統(tǒng) （MEMS/MOEMS） 系統(tǒng)級芯片 （SoC) 封裝工藝與設(shè)備 封裝 技術(shù) 封裝 工藝 工藝 設(shè)備 先進(jìn)的封裝設(shè)備和制造 工藝是密不可分的，沒 有設(shè)備的工藝無疑是之 上談兵，沒有工藝的設(shè) 備則必然是無源之水。 設(shè)備與工藝要緊密結(jié)合 在一起。 工藝設(shè)備 促進(jìn) 決定 先進(jìn)封裝技術(shù) 先進(jìn)分 裝技術(shù) 晶圓級 封裝 疊層封 裝技術(shù) 系統(tǒng)級 封裝 3D系統(tǒng) 集成 片式元 件 晶圓處理工藝設(shè)備 晶圓減薄晶圓測試晶圓劃片

3、 晶圓測試工藝設(shè)備 晶圓測試技術(shù)： 晶圓上芯片的探針測試，確定其功能與性能；是制造工藝中降低成本 的一種手段。 前道制芯工藝 探針測試臺 晶圓背面磨 削減薄 晶圓探針測試臺 即探針臺，用來測 試晶圓上每個芯片 電路特性的。 通過探針卡實現(xiàn)芯 片上每個焊區(qū)與測 試儀的穩(wěn)定連接， 由測試儀判定芯片 的好壞。 主要完成： 1，電氣測試 2，參數(shù)測試 探針測試臺的分類 主要包括： 1，X-Y向工作臺 2，可編程承片臺 3，探針卡/探針卡支架 4，打點(diǎn)器、探邊器 5，操作手柄 6，與測試儀相連的通信接口 探針測 試臺 手動探針 半自動/自動 探針 用于各種半導(dǎo)體器件芯片的電能參數(shù)測試，用 手動控制進(jìn)行器

4、件特性分析和工藝驗證分析。 在人工完成第一個芯片對準(zhǔn)后，按程序?qū)崿F(xiàn) 晶圓上所有芯片測試功能的測試設(shè)備。 CJ-5型雙電測四探針測試儀 晶圓減薄工藝設(shè)備 主要方式： 磨削、研磨、化學(xué)機(jī)械拋光（CMP）、干式拋光（dry polishing）、電化學(xué)腐蝕 （electrochemical etching）、濕法腐蝕（wet etching）、等離子輔助化學(xué)腐蝕 （PACE）、常壓等離子腐蝕（ADPE） 旋轉(zhuǎn)工作臺磨削 （surface grinding on a rotary table） D100mm，工作臺4旋轉(zhuǎn)做圓周 進(jìn)給運(yùn)動。 晶圓自旋轉(zhuǎn)磨削晶圓自旋轉(zhuǎn)磨削 （wafer rotating

5、grindingwafer rotating grinding） 晶圓和磨輪繞各自的 軸回旋，磨輪垂直向 下進(jìn)行縱向切入磨削。 磨輪進(jìn)給系統(tǒng)向下運(yùn) 動的速度越小，對未 加工材料破壞越小。 縱向切入：將旋轉(zhuǎn)的 研削磨輪自上而下地 切入自旋的被加工物， 并研削加工至規(guī)定厚 度尺寸的研削方法。 晶圓減薄機(jī)關(guān)鍵零部件 承片臺 分度工作臺 空氣靜壓電主軸 磨輪進(jìn)給系統(tǒng) 折臂機(jī)械手 研磨應(yīng)力去除技術(shù) 化學(xué)機(jī)械式拋光（CMP） 濕式化學(xué)腐蝕(wet etching) 干式腐蝕(dry etching) 干式拋光(dry polishing) 目的： 去除研磨后的變質(zhì)層， 使芯片的強(qiáng)度得到提高。 晶圓劃片工藝

6、設(shè)備 劃切刃具支撐（金剛刀支架、主軸或激光器）、Z向劃切深度控制、Y向分度 定位、X向劃切進(jìn)給以及向平行調(diào)整。具備四維基本運(yùn)動。 砂輪劃片機(jī) X軸：帶動被劃材料快速 進(jìn)入開槽劃片運(yùn)動。 Y軸：帶動空氣空氣主軸 準(zhǔn)確送進(jìn)所需劃切槽距。 Z軸：主軸升降，實現(xiàn)所 需的開槽和劃片深度。 軸：實現(xiàn)所需劃切角度。 干式激光劃片機(jī) 砂輪式劃片具固有的劃切道寬度問題，激光劃片機(jī)大大減小其寬度。 微水導(dǎo)激光劃片機(jī) 主要優(yōu)勢：消除熱影響區(qū)。 微水導(dǎo)激光基本原理 傳統(tǒng)激光總會有能量殘 留在劃切道上，該能量的累 積和傳導(dǎo)是造成熱損傷的主 要原因。 而微水導(dǎo)激光因水柱的 作用，將每個脈沖殘留的熱 量迅速帶走，不會積累在

7、工 件上。 芯片互連工藝設(shè)備 芯片 互連 芯片 鍵合 引線 鍵合 載帶 自動 芯片鍵合技術(shù) 將芯片安裝固定在封裝基板或外殼上，常用的鍵合材料包括導(dǎo)電環(huán)氧樹脂、金 屬焊料等。分共晶鍵合和黏合劑鍵合兩種方式。 共晶鍵合：涂敷共晶鍵合材料，加熱、加壓，并 驅(qū)動芯片往復(fù)摩擦。 黏合劑鍵合：涂布黏合劑，然后放置芯片，在烘 箱中加熱固化，形成鍵合界面。 芯片鍵合設(shè)備 主要組成部分： 承片臺：承載著芯片的藍(lán)膜框架，驅(qū)動其在XY兩個方向運(yùn)動以便取芯。 點(diǎn)膠系統(tǒng)：涂覆黏合劑，分點(diǎn)蘸式和噴涂式。 鍵合頭：完成芯片的拾取和放置，分?jǐn)[臂式和直線式。 視覺系統(tǒng)：由光路、照明和攝像頭組成。用于芯片自動定位。 物料傳輸系統(tǒng)

8、：負(fù)責(zé)料條（引線框架或PCB基板）的自動操作。 上/下機(jī)箱及基座：固定支撐設(shè)備以及容納電系控制系統(tǒng)和其他附件。 芯片鍵合機(jī)芯片鍵合機(jī) 芯片鍵合機(jī)的關(guān)鍵技術(shù) 是：整機(jī)運(yùn)動控制、點(diǎn) 漿、芯片拾取機(jī)構(gòu)以及 圖像識別系統(tǒng)。 芯片鍵合設(shè)備的關(guān)鍵在 于高速、精確、可靠地 拾取和放置芯片。鍵合 頭運(yùn)動的精度和速度是 保證設(shè)備精度、可靠性、 一致性和效率的關(guān)鍵。 引線鍵合技術(shù) 互連工藝確立芯片和外部的電氣連接。半導(dǎo)體內(nèi)部的互連方式分為引線連接和 非引線連接兩種。 引線連接即引線鍵合（wire bonding） 非引線連接分為載帶自動鍵合（TAB）與倒裝芯片（FC）兩種。 WB TAB FC 引線鍵合設(shè)備 主要

9、組成部分： XY工作臺：提供形成復(fù)雜線弧形狀所需的鍵合面內(nèi)的高速精度運(yùn)動。 鍵合頭：提供鍵合過程中垂直于鍵合面的運(yùn)動，同時承載超聲波換能器、 線夾、電子打火桿等小構(gòu)件。 視覺系統(tǒng)：由光路、照明和攝像頭組成。用于芯片自動定位和焊后檢查。 物料傳輸系統(tǒng)：負(fù)責(zé)料條（引線框架或PCB基板）的自動操作。 上/下機(jī)箱及基座：固定支撐設(shè)備以及容納電系控制系統(tǒng)和其他附件。 引線鍵合機(jī) 引線鍵合主要工藝參數(shù)： （1）鍵合溫度：指外部提供的溫 度。常安裝傳感器監(jiān)控瞬態(tài)溫度。 （2）鍵合時間：鍵合時間長，引 線球吸收能量多，鍵合點(diǎn)直徑大， 界面強(qiáng)度大，但鍵合點(diǎn)過大會超出 焊盤邊界導(dǎo)致空洞生成。 （3）超聲功率：對鍵

10、合球的變形 起主導(dǎo)作用。超聲波的水平振動是 導(dǎo)致焊盤破裂的最大原因。 （4）鍵合壓力：增大超聲功率通 常需要增大鍵合壓力，但壓力過大 會阻礙鍵合工具的運(yùn)動。 （5）線弧控制：IC封裝尺寸減小 以及I/O引腳增加，線弧間距越來 越近。 載帶自動焊技術(shù) 載帶自動焊（TAB）是一種將IC芯片安裝和互連到柔性金屬化聚合物載帶上的 IC組裝技術(shù)。載帶內(nèi)引線鍵合到IC芯片上，外引線鍵合到常規(guī)封裝或PWB上。 焊接過程： 對位 焊接 抬起 芯片傳送 （1）供片（2）沖壓焊接 （3）回應(yīng) 載帶自動鍵合工藝設(shè)備 主要組成部分： 承片臺：承載、固定芯片并移動芯片與其上方的載帶引腳進(jìn)行對準(zhǔn)。 熱壓頭：把對準(zhǔn)的芯片焊

11、區(qū)和載帶引腳壓合在一起，加熱加壓鍵合。 視覺系統(tǒng)：由光路、照明、攝像頭、圖像采集卡和視覺算法組成。 物料傳輸系統(tǒng)：負(fù)責(zé)TAB工藝中柔性載帶的自動操作。 TAB設(shè)備是一次性完成芯片上所有焊區(qū)連接和芯片機(jī)械固定的并行芯 片互連設(shè)備，具有較高生產(chǎn)效率。 主要設(shè)備： 熱壓焊機(jī)：加熱加壓使被焊接金屬產(chǎn)生足夠的塑性變形，形成原子間結(jié)合。 （熱壓）回流焊機(jī)：熔化軟釬焊料，實現(xiàn)焊端與焊盤的機(jī)械電氣連接。 芯片封裝工藝設(shè)備 芯片封裝工藝 氣密封裝工藝 塑料封裝工藝 金屬封裝 陶瓷封裝 氣密封裝工藝 大多能防止液體及氣體滲透。 金屬封裝：尺寸嚴(yán)格、精度高、金屬零件便于大量生產(chǎn)、價格低、性能優(yōu)良 陶瓷封裝：提供IC

12、芯片氣密性的密封保護(hù)，具有優(yōu)良的可靠度。 氣密封裝設(shè)備 主要有平行焊縫機(jī)和激光熔焊機(jī) 平行焊縫機(jī) 平行焊縫機(jī)工作原理 平行焊縫機(jī)屬于電 阻熔焊，通過電流 在接觸電阻處產(chǎn)生 焦耳熱量，形成局 部熔融狀態(tài)，凝固 后形成一個焊點(diǎn)。 激光熔焊機(jī)激光熔焊機(jī) 直接將高強(qiáng)度的 激光束輻射至金 屬表面，通過激 光與金屬的相互 作用，金屬吸收 激光轉(zhuǎn)化為熱能 使金屬熔化后冷 卻結(jié)晶形成焊接。 塑料封裝工藝設(shè)備 塑料封裝類型 通孔插裝式安裝芯片 雙列直插式封裝（PDIP）、單列直插式封裝（SIP）、針柵陣列封裝（PPGA） 表面貼裝 小外形封裝（SOP）、引線片式載體（PLCC）、四邊引線扁平封裝（PQFP） 塑

13、封設(shè)備 模塑技術(shù)的工藝設(shè)備包括： 排片機(jī)：對線框進(jìn)行塑封前的自動排片以及預(yù)熱處理，實現(xiàn)工序自動化。 預(yù)熱機(jī)：對塑封料的預(yù)熱、產(chǎn)品的預(yù)熱。 傳遞模壓機(jī)：通過加壓，將熱固性材料引入閉合模腔內(nèi)制造塑封元件。 鑄模設(shè)備：將所需的原料分別置于兩組容器中攪拌，再輸入鑄孔中使其 發(fā)生聚合反應(yīng)完成塑封。 去溢料機(jī)：清除塑料封裝中塑封樹脂溢出、貼帶毛邊、引線毛刺。 先進(jìn)封裝工藝設(shè)備 先進(jìn) 封裝 BGA封 裝工藝 倒裝芯 片鍵合 晶圓級 CSP封 裝 系統(tǒng)級 封裝 三維芯 片集成 球柵陣列（BGA）封裝工藝 是按二維（平面）排列的焊料球與印刷線路板連接后的集成電路外部封裝形式。 典型BGA封裝結(jié)構(gòu) 倒裝芯片鍵合工

14、藝設(shè)備 芯片以凸點(diǎn)陣列結(jié)構(gòu)與基板直接安裝互連。 優(yōu)點(diǎn)： 1，克服了引線鍵合焊區(qū)中 心極限問題。 2，在芯片的I/O分布更便 利。 3，為高頻率、大功率器件 提供更完善的信號 倒裝芯片鍵合技術(shù) 倒裝芯片焊接的工序為： 上基板 吸取芯片 芯片 翻轉(zhuǎn) 浸蘸助焊劑 倒貼芯片 回流焊 基板預(yù)熱 底部填充膠 涂布 基板二次加熱 底部填充膠固化 成品 系統(tǒng) 倒裝芯片工藝流程圖 主要過程： UBM制作 凸點(diǎn)生成 倒裝鍵合 底部填充 倒裝 芯片鍵合設(shè)備 關(guān)鍵部件 視覺檢測系統(tǒng)：為整機(jī)的機(jī)械 運(yùn)動提供位置參數(shù)，控制機(jī)械機(jī)構(gòu)運(yùn)動。 三維工作臺：接收視覺系統(tǒng)輸 出，完成芯片和基板的定位和對中。 精密鍵合頭：具有真空吸

15、附功 能，芯片定位后加壓以及超聲波鍵合。 多自由度機(jī)密對準(zhǔn)系統(tǒng)： 用于對準(zhǔn)，確保貼裝精度及速度。 超聲換能系統(tǒng)：提供超聲能并 轉(zhuǎn)換成超聲振動能。 倒裝鍵合機(jī)運(yùn)動機(jī)構(gòu)組成 晶圓級CSP封裝（WLCSP）工藝設(shè)備 形成封裝體的各工藝步驟均在未分切的完整晶圓上完成的封裝形式。 WLCSP的特性優(yōu)點(diǎn) 原芯片尺寸最小封裝方式； 數(shù)據(jù)傳輸路徑短、穩(wěn)定性高； 散熱特性佳； 晶圓級封裝設(shè)備 重布線/UBM制作：投影光刻機(jī)、 接近光刻機(jī)、刻蝕機(jī)、濺射臺、CVD 凸點(diǎn)生成：上述設(shè)備以及電鍍設(shè)備、 絲網(wǎng)印刷機(jī)、金絲球焊機(jī)、回流爐。 測試、打印、包裝：測試/打標(biāo)/分選機(jī) WLCSP封裝原理圖 系統(tǒng)級封裝（SiP）工藝

16、設(shè)備 在單一標(biāo)準(zhǔn)封裝體內(nèi)集成各種器件實現(xiàn)多種功能，將數(shù)種功能合并入單一模組 中，達(dá)到系統(tǒng)級多功能的封裝形式。 系統(tǒng)集成的主要技術(shù)路線： 系統(tǒng)級芯片集成技術(shù)（SoP, system-on-chip）; 多芯片封裝技術(shù)(MCM, multi chip module); 系統(tǒng)級封裝技術(shù)(Sip, system-in-package)。 SiP橫截面示意圖。 其主要設(shè)備與晶圓 級設(shè)備接近或相同。 三維芯片集成工藝設(shè)備 三維立體封裝（3D）是在垂直于芯片表面的方向上堆疊，互連兩片以上裸片封裝。 典型的3D封裝結(jié)構(gòu) 疊成型3D封裝方法 三維封裝技術(shù)三維封裝技術(shù) 芯片堆疊互連 硅通孔（TSV）3D 互連技術(shù)

17、 疊層多芯片模塊 3D封裝 疊成封裝（POP） POP工藝流程 厚、薄膜電路封裝工藝設(shè)備 薄膜電 路封裝 LTCC基板 工藝設(shè)備 厚膜電 路封裝 厚膜電路封裝工藝 厚膜圖形形成：多層厚膜印刷法；多層生片共燒法。 厚膜金屬化：在陶瓷基板上燒結(jié)形成釬焊金屬層、電路及引線接點(diǎn)。 陶瓷基板：氧化鋁陶瓷基板，較好的傳導(dǎo)性、機(jī)械強(qiáng)度和耐高溫性。 漿料：導(dǎo)體、電阻和絕緣漿料。 絲網(wǎng)網(wǎng)版制作：直接制版法；間接制版法。 厚膜絲網(wǎng)印刷：利用絲網(wǎng)印刷工藝。 厚膜電路組裝：組裝形成厚膜混合集成電路。 厚膜電路工藝設(shè)備 絲網(wǎng)印刷機(jī)：采用絲網(wǎng)印刷將定量的焊膏涂覆在PCB各制定位置上。 厚膜電路光刻機(jī)：進(jìn)一步提高絲網(wǎng)印刷的

18、精細(xì)度。 燒結(jié)爐：加熱隧道，傳送產(chǎn)品的部件。 激光調(diào)阻機(jī)：高能激光脈沖聚焦在被調(diào)片阻上，改變橫截面調(diào)阻。 A.激光器； B.光束定位系統(tǒng)； C.程控衰減系統(tǒng)； D.修調(diào)設(shè)定器； E.光學(xué)掃描系統(tǒng)； F.阻值及電壓測定系統(tǒng)； G自動功率測量系統(tǒng)。 薄膜電路封裝工藝 薄膜混合集成電路適用于各種電路，特備是精度要求高、穩(wěn)定性好的模擬電路。 基板 清洗 電極 制作 濺鍍曝光顯影刻蝕 激光 劃切 保護(hù)層 制作 電鍍測試包裝發(fā)貨 薄膜電路工藝流程 低溫共燒陶瓷（LTCC）基板工藝設(shè)備 是一種新型的微電子封裝技術(shù)，是一種多層陶瓷技術(shù)，將無源元件埋置到多層 陶瓷的內(nèi)部，實現(xiàn)無源器件的集成。 采用LTCC工藝制

19、作的基板可實現(xiàn)IC芯片封裝、內(nèi)埋置無源元件及高密度電路 組裝功能。 LTCC制作工藝制作工藝 微通孔的形成 LTCC基板金屬化 精細(xì)線條制作 平面零收縮基板 制作 空腔基板制作 多層陶瓷工藝設(shè)備 激光打孔機(jī)：利用脈沖激光打孔，是和物質(zhì)相互作用的熱物理過程。 對準(zhǔn)疊片機(jī)：保證通孔打孔、填充、布線、金屬化疊層的對位精度。 多層陶瓷檢測設(shè)備：在工藝中間隨時進(jìn)行檢測，及時發(fā)現(xiàn)問題。 疊層機(jī)：將各層生瓷片緊密粘貼，形成完整的多層基板坯體。 熱壓機(jī)：對生瓷片進(jìn)行加壓。 激光陶瓷基板劃切機(jī)：對基板進(jìn)行切割。 排膠與共燒設(shè)備：保證成品基板的平整度和收縮率。 印制電路板工藝設(shè)備 1 印制電路板的類型 2 印制電

20、路板的制造工藝 3 印制電路板相關(guān)工藝設(shè)備 印制電路板的類型 印制板 剛性印制 板 單面板 雙面板 多層板 非金屬化孔雙面板 金屬化孔雙面板 銀（碳）貫孔雙面板 四層板 平面板 撓性印制 板 單面板 雙面板 多層板 剛撓結(jié)合印制 板 多層板（MPCB） 在較復(fù)雜的應(yīng)用需求時，電路可以 被布置成多層的結(jié)構(gòu)并壓合在一起， 并在層間布建通孔電路連通各層電 路。 高密度互連板（HDI） 采用在常規(guī)的高密度“芯片”上的 一面或雙面再積層2-4層布線密度更 高的電路層而形成的。 埋置元件印制電路板 減少PWB表面元件數(shù)目，提高產(chǎn)品性 能而將元件埋入PWB的內(nèi)層。 埋置無源元件（EPD）印制電路板 埋置有源

21、元件（EAD）印制電路板 撓性PCB（FPC） 撓性（柔性）電路板是以聚酰亞胺或聚酯薄膜為基材制成的一種具有高可靠性、 絕佳的可撓性PCB，簡稱軟板或FPC。 撓性板的特點(diǎn)： 可進(jìn)行撓曲和立體組裝，取代轉(zhuǎn)接部件，以最大使用空間 制造更高密度或更精細(xì)節(jié)距的產(chǎn)品。 可采用卷繞的傳送滾筒加工方法，提高生產(chǎn)效率。 主要種類： 單面撓性板 雙面撓性板 多層撓性板 剛-撓性板 印制電路板的制造工藝 減成法：選擇性地去除不需要的導(dǎo)電銅箔而形成導(dǎo)電圖形的工藝。 加成法：選擇性滴沉積導(dǎo)電材料而形成導(dǎo)電圖形的印制電路板的工藝。 半加成法：在未覆銅箔基材或薄箔基材上，用化學(xué)法沉積金屬，結(jié)合 電鍍或刻蝕，或三者并有形成導(dǎo)電圖形的一種加成法工藝。 主要工藝步驟： 形成光致抗蝕層； 紫外曝光； 數(shù)字噴墨打??； 圖形刻蝕； 內(nèi)層檢查； 疊片。 印制電路板相關(guān)工藝設(shè)備 光繪設(shè)備 刻蝕設(shè)備 PCB真空層壓設(shè)備 鉆孔設(shè)備 電鍍銅設(shè)備 絲網(wǎng)印刷設(shè)備 PCB電能測試設(shè)備 自動光學(xué)檢查（AOI）系統(tǒng) PCB成形設(shè)備 激光打標(biāo)設(shè)備 Thank you！ 封裝技術(shù)封裝技術(shù) 將一個或多個芯片有 效和可靠地封裝互連 起來，以達(dá)到： 1，提供給芯片電流 通路； 2，引入或引出芯片 上的信號；