SiP工藝技術(shù)介紹

1、SiP工藝技術(shù)介紹為適應(yīng)集成電路和系統(tǒng)向高密度、高頻、高可靠性和低成本方向進展，國際 上逐步形成了 IC封裝的四大主流技術(shù)，即：陣列凸點芯片及其組裝技術(shù)、芯片 尺度封裝技術(shù)(CSP, Chip Scale Package) 圓片級封裝技術(shù)(WLP, Wafer Level Package)和多芯片模塊技術(shù)。目前正朝著更高密度的系統(tǒng)級封裝(SiP)進展， 以適應(yīng)高頻和高速電路下的使用需求。系統(tǒng)級封裝是封裝進展的方向，它將封裝的內(nèi)涵由簡單的器件愛護和功能的 轉(zhuǎn)接擴展到實現(xiàn)系統(tǒng)或子系統(tǒng)功能。SiP產(chǎn)品開發(fā)時刻大幅縮短，且透過高度整 合可減少印刷電路板尺寸及層數(shù)，降低整體材料成本，專門是SiP設(shè)計具有

2、良好 的電磁干擾(EMI)抑制成效，更可減少工程時刻耗費。然而SiP除了以上的優(yōu) 點外，也存在一些問題需要后續(xù)去突破，SiP產(chǎn)品的設(shè)計和制造工藝較以往進展 單顆芯片更為復(fù)雜，必須要從IC設(shè)計的觀點來考量基板與連線等系統(tǒng)模組設(shè)計 的功能性和封裝工藝的可實現(xiàn)性。我公司目前著力于針對SiP封裝技術(shù)建立完善的工藝、設(shè)計、可靠性分析能 力，以拉近與國外同行業(yè)者之間的距離。目前已有以下工藝研發(fā)成果：(-)高、低弧度、密間距焊線工藝通常SiP產(chǎn)品中需要在有限的空間中集成數(shù)顆尺寸大小各異的芯片和其他 的外圍元器件，一樣都會采納芯片堆疊的封裝工藝進行，同時此類產(chǎn)品中芯片的 壓焊點間距專門的小，因此這類產(chǎn)品的焊線

3、技術(shù)與傳統(tǒng)的封裝產(chǎn)品有著更高的要 求。(1)當(dāng)芯片堆疊層數(shù)增加時，不同線環(huán)形層之間的間隙相應(yīng)減少，需要降 低較低層的引線鍵合弧高，以幸免不同的環(huán)形層之間的引線短路。為了幸免金絲 露出塑封體表面，需要嚴格操縱頂層芯片的金線弧高，因此穩(wěn)固的金線倒打工藝 是確保良率的關(guān)鍵焊線技術(shù)。我司目前已完成40um以下的低弧度焊線工藝技術(shù)的研發(fā)(超低弧度金線倒 打技術(shù)、金線直徑20um、金絲弧高可達40um)。(2)為了滿足壓焊點間距小于60微米、壓焊點開口尺寸小于50微米的芯 片的焊線工藝，需要開發(fā)超密間距劈刀的小球徑焊線工藝。我司目前已完成45um以下間距的壓焊點的高密度焊線工藝技術(shù)的研發(fā)。由于封裝中將會采

4、納多層芯片堆疊的工藝技術(shù)，需要開發(fā)開發(fā)芯片間串連焊線的工藝。(二)大尺寸圓片的超薄厚度減薄工藝我公司目前已完成8層芯片間串聯(lián)焊線工藝技術(shù)的研發(fā)。在SiP封裝產(chǎn)品中由于需要集成數(shù)顆芯片，一樣往往采納芯片堆疊的工藝技術(shù)，因此對圓片的減薄要求專門高，往往要求芯片減薄至50umlOOum的厚度,甚至有些產(chǎn)品需要達到25um的厚度。而且近年來由于成本緣故而使晶圓尺寸向 12英寸進展，單顆芯片的面積也超過100mm2,因此大大增加了減薄、切割和拾 取芯片的難度，工藝技術(shù)操縱不行通常會造成圓片、芯片碎裂的問題，或是在芯 片內(nèi)殘留機械應(yīng)力，造成芯片在后續(xù)的工序中碎裂。為了確保圓片的減薄要求， 超周密磨削、研磨

5、、拋光、腐蝕作為硅晶圓背面減薄匚藝獲得了廣泛應(yīng)用，減薄 后的芯片可提高熱發(fā)散效率、機械性能、電性能、減小芯片封裝體積，減輕劃片 加工量。因此，大尺寸圓片的超薄厚度減薄工藝技術(shù)是實現(xiàn)高密度系統(tǒng)封裝的重 要基礎(chǔ)，是不可或缺的工藝技術(shù)。我公司目前已完成12英寸圓片減薄至25um厚度的工藝技術(shù)的研發(fā)。（三）8層及8層以上的芯片堆疊工藝相伴著科技的不斷進展進步，USB儲備卡（U盤）逐步向高容量和體積小 巧便于攜帶的方向進展，要滿足高容量的需要勢必需要使用大容量的閃存芯片， 要滿足體積小巧的需要勢必要求閃存芯片的尺寸要縮小。目前各閃存芯片廠商的 制程能力已達到納米級，其中Micron更是達到了 34nm的

6、制程，單個閃存芯片 的容量最大為4GB,因受芯片尺寸及制程能力的限制，單個芯片的容量再次提 升有專門大難度，因此要達到高容量的USB模塊時，需要將閃存芯片進行3D 堆疊。以保證在USB產(chǎn)品外形不變的前提下，達到USB容量的擴充，滿足市場 的需求。我公司目前已完成8層的芯片堆疊的工藝技術(shù)的研發(fā)（12英寸晶圓減薄至75um厚度）。（四）微小元器件的高密度貼裝工藝在SiP封裝產(chǎn)品中不僅需要集成多顆芯片，有時還需要集成可多達數(shù)十顆的 被動元器件（包括電容、電感、電阻）。然而由于封裝的尺寸的局限性，那么需 要解決Surface Mountain Technology工序中關(guān)于大量無源阻件的密集貼裝技術(shù)。

7、 同時由于貼裝區(qū)域的限制，也要求被動元器件的尺寸越小越好，貼裝時使用的錫 膏的厚度也需要嚴格的管控。我公司目前已完成01005尺寸（長為0.4、寬0.2亳米）被動元器件密集貼 裝工藝技術(shù)的研發(fā)（被動元件數(shù)量50顆，回流后錫音厚度35-75um）。（五）小球徑、小節(jié)距的植球工藝20世紀90年代隨著技術(shù)的進步，芯片集成度不斷提高，I/O引腳數(shù)急劇增 加，功耗也隨之增大，對集成電路封裝的要求也更加嚴格。為了滿足進展的需要, BGA封裝開始被應(yīng)用于生產(chǎn)。BGA （Ball Grid Array Package）的突出優(yōu)點是：1） 電性能更好，BGA用焊球代替引線，引出路徑短，減小了引腳電阻、電容和電

8、感，減小了延遲。2）封裝密度更高，組裝面積更小，由于球是整個平面排列， 因此關(guān)于同樣面積，引腳數(shù)更高。3） BGA的節(jié)距為1.5 mm、1.27 mm、1.0 mm> 0.8mm, 0.65mm和0.5mm,與現(xiàn)有的表面安裝工藝和設(shè)備完全相容，安裝更可 靠。4）由于焊料熔化時的表面張力具有 ''自對準效應(yīng)，幸免了傳統(tǒng)封裝引線 變形的缺失，大大提高了組裝成品率。5） BGA引腳牢固，轉(zhuǎn)運方便。6）焊球 引出形式同樣適用于多芯片模塊和系統(tǒng)級封裝。BGA封裝其中一項最突出的優(yōu)點確實是關(guān)于同樣面積，引腳數(shù)更高，這就對BGA封裝產(chǎn)品生產(chǎn)中的植球工序有更高的要求。我公司目前已完成最小

9、球徑300um,最小節(jié)距500um的植球工藝技術(shù)的研 發(fā)。（六）倒裝芯片及underfill填充工藝隨著金絲引線鍵合成本的變化，對倒裝芯片的需求顯現(xiàn)了急速增長，飛升的 金價使采納引線鍵合的盈虧點向更低引腳數(shù)的方向偏移。同時一些性能上的緣故 也促使我們考慮倒裝芯片技術(shù)，采納倒裝芯片能夠更好地縮減芯片尺寸，同時在 移動應(yīng)用中使用的硅正在變得更加緊密（更高的I/O密度）。另外，倒裝芯片幸 免了額外的封裝并提供了像高運行頻率、低寄生效應(yīng)和高I/O密度的優(yōu)點。倒裝占有面積幾乎與芯片大小一致，在所有表面安裝技術(shù)中，倒裝芯片能夠 達到最小、最薄的封裝。倒裝芯片技術(shù)替換常規(guī)打線接合，已逐步成為以后的封 裝主流

10、。與COB相比，該封裝形式的芯片結(jié)構(gòu)和I/O端（錫球）方向朝下，由 于I/O引出端分布于整個芯片表面，故在封裝密度和處理速度上倒裝芯片已達到 頂峰，專門是它能夠采納類似SMT技術(shù)的手段來加工，因此是芯片封裝技術(shù)及 高密度安裝的最終方向。倒裝芯片封裝技術(shù)與傳統(tǒng)的引線鍵合工藝相比，具有許 多明顯的優(yōu)點，包括：優(yōu)越的電學(xué)及熱學(xué)性能、高I/O引腳數(shù)、封裝尺寸減小等。 倒裝芯片技術(shù)是當(dāng)今最先進的微電子封裝技術(shù)之一，它將電路組裝密度提升到了 一個新高度，隨著電子產(chǎn)品體積的進一步縮小，倒裝芯片的應(yīng)用將會越來越廣泛。Underfill （底填料）是一種適用于倒裝芯片電路的材料，它填充在IC芯片 與有機基板之間

11、的狹縫中，同時將連接焊點密封愛護起來。Underfill封裝的目的 在于：降低硅芯片和有機基板之間的CTE不匹配；愛護器件免受濕氣、離子污 染物、輻射和諸如機械拉伸、剪切、扭曲、振動等有害的操作環(huán)境的阻礙；增強Flip chip封裝的可靠性。Underfill材料的要求是：優(yōu)異的電、物理和機械性能； 生產(chǎn)中易于應(yīng)用；優(yōu)異的抗吸潮和抗污染能力。當(dāng)前的Underfill材料要緊是硅 填充的環(huán)氧樹脂基體材料，其性能的改善由以下三個因素決定：（1）提高了對芯 片的約束，減小了焊接的剪切應(yīng)力，而且附加的粘接面也有降低芯片彎曲的趨勢;（2）當(dāng)彈性模量專門接近于焊料的彈性模量時，環(huán)氧樹脂就形成一種相對焊接 的準連續(xù)區(qū)，因此就減小了在芯片和基板界面上與焊接面形成的銳角有關(guān)應(yīng)力的 提高；（3）焊料實際上是被密封而與環(huán)境隔絕。我公司目前已完成Tape&Reel/ Wafer Ring方式、Bump高度70um倒裝芯片 工藝技術(shù)的研發(fā)。系統(tǒng)級封裝技術(shù)和產(chǎn)品有著專門寬敞的應(yīng)用和市場前景，現(xiàn)時期系統(tǒng)級封裝 產(chǎn)品的需求差不多來勢洶洶，日漸迫切。系統(tǒng)級封裝技術(shù)和產(chǎn)品的顯現(xiàn)，給國內(nèi) 半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)、專門是封裝企業(yè)帶來了一次前所未有的進展機會。標志我國封裝產(chǎn) 品將由低端轉(zhuǎn)為高端，封裝行業(yè)由制造密集型產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)向設(shè)計和產(chǎn)權(quán)密集型產(chǎn)業(yè)的 過程立即到來。系統(tǒng)級封裝技