半導(dǎo)體封裝流程PPT教案

1、會計(jì)學(xué)1半導(dǎo)體封裝流程半導(dǎo)體封裝流程第1頁/共45頁第2頁/共45頁第3頁/共45頁Customer客客 戶戶IC DesignIC設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)Wafer Fab晶圓制造晶圓制造Wafer Probe晶圓測試晶圓測試Assembly& TestIC 封裝測試封裝測試SMTIC組裝組裝第4頁/共45頁P(yáng)ackage-封裝體：封裝體：指芯片（指芯片（Die）和不同類型的框架（）和不同類型的框架（L/F）和塑封料（）和塑封料（EMC）形成的不同外形的封裝體。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：種類很多，可以按以下標(biāo)準(zhǔn)分類： 按封裝材料劃分為：按封裝材料劃分為

2、： 金屬封裝、陶瓷封裝、塑料封裝金屬封裝、陶瓷封裝、塑料封裝 按照和按照和PCB板連接方式分為：板連接方式分為： PTH封裝和封裝和SMT封裝封裝 按照封裝外型可分為：按照封裝外型可分為： SOT、SOIC、TSSOP、QFN、QFP、BGA、CSP等；等；第5頁/共45頁 按封裝材料劃分為：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)，無金屬封裝主要用于軍工或航天技術(shù)，無商業(yè)化產(chǎn)品；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)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；品，占少量商業(yè)化市場；塑料封裝用于消費(fèi)電子，因?yàn)槠涑杀镜退芰戏庋b用于消費(fèi)電子，

3、因?yàn)槠涑杀镜?，工藝簡單，可靠性高而占有絕大部分，工藝簡單，可靠性高而占有絕大部分的市場份額；的市場份額；第6頁/共45頁 按與按與PCB板的連接方式劃分為：板的連接方式劃分為： PTHSMTPTH-Pin Through Hole, 通孔式通孔式；SMT-Surface Mount Technology，表面貼裝式。，表面貼裝式。目前市面上大部分目前市面上大部分IC均采為均采為SMT式式的的SMT第7頁/共45頁 按封裝外型可分為：按封裝外型可分為： SOT 、QFN 、SOIC、TSSOP、QFP、BGA、CSP等；等； 決定封裝形式的兩個(gè)關(guān)鍵因素決定封裝形式的兩個(gè)關(guān)鍵因素: 封裝效率。芯片

4、面積封裝效率。芯片面積/封裝面積，盡量接近封裝面積，盡量接近1:1； 引腳數(shù)。引腳數(shù)越多，越高級，但是工藝難度也相應(yīng)增加引腳數(shù)。引腳數(shù)越多，越高級，但是工藝難度也相應(yīng)增加； 其中，其中，CSP由于采用了由于采用了Flip Chip技術(shù)和裸片封裝，達(dá)到了技術(shù)和裸片封裝，達(dá)到了 芯片面積芯片面積/封裝面積封裝面積=1:1，為目前最高級的技術(shù)；，為目前最高級的技術(shù)；封裝形式和工藝逐步高級和復(fù)雜封裝形式和工藝逐步高級和復(fù)雜第8頁/共45頁 QFNQuad Flat No-lead Package 四方無引腳扁平封裝四方無引腳扁平封裝 SOICSmall Outline IC 小外形小外形IC封裝封裝

5、TSSOPThin Small Shrink Outline Package 薄小外形封裝薄小外形封裝 QFPQuad Flat Package 四方引腳扁平式封裝四方引腳扁平式封裝 BGABall Grid Array Package 球柵陣列式封裝球柵陣列式封裝 CSPChip Scale Package 芯片尺寸級封裝芯片尺寸級封裝 第9頁/共45頁TOP VIEWSIDE VIEWLead Frame 引線框架引線框架Gold Wire 金金 線線Die Pad 芯片焊盤芯片焊盤Epoxy 銀漿銀漿Mold Compound塑封料塑封料第10頁/共45頁【W(wǎng)afer】晶圓晶圓 晶圓是指

6、硅半導(dǎo)體集成電路制作所用的硅晶片，由于其形狀晶圓是指硅半導(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件結(jié)構(gòu)，而成為有特定電性功能之IC產(chǎn)品。產(chǎn)品。第11頁/共45頁【Lead Frame】引線框架引線框架提供電路連接和提供電路連接和Die的固定作用；的固定作用；主要材料為銅，會在上面進(jìn)行鍍銀、主要材料為銅，會在上面進(jìn)行鍍銀、 NiPdAu等材料；等材料；L/F的制程有的制程有Etch和和Stamp兩種；兩種；易氧化，存放于氮?dú)夤裰?，濕度小易氧化，存放于氮?dú)夤裰校瑵穸?/p>

7、小 于于40%RH;除了除了BGA和和CSP外，其他外，其他Package都會采用都會采用Lead Frame， BGA采用的是采用的是Substrate；第12頁/共45頁【Gold Wire】焊接金線焊接金線實(shí)現(xiàn)芯片和外部引線框架的電性和物實(shí)現(xiàn)芯片和外部引線框架的電性和物 理連接；理連接；金線采用的是金線采用的是99.99%的高純度金；的高純度金；同時(shí)，出于成本考慮，目前有采用銅同時(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，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；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；線徑?jīng)Q定可傳導(dǎo)的電流；0.8mil，

8、 1.0mil，1.3mils，1.5mils和和2.0mils；第13頁/共45頁【Mold Compound】塑封料塑封料/環(huán)氧樹脂環(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）；模劑，染色劑，阻燃劑等）；主要功能為：在熔融狀態(tài)下將主要功能為：在熔融狀態(tài)下將Die和和Lead Frame包裹起來，包裹起來， 提供物理和電氣保護(hù)，防止外界干擾；提供物理和電氣保護(hù)，防止外界干擾；存放條件：零下存放條件：零下5保存，常溫下需回溫保存，常溫下需回溫24小時(shí)；小時(shí)；第14頁/共45頁成分為環(huán)氧樹脂填充金屬粉末

9、（成分為環(huán)氧樹脂填充金屬粉末（Ag）；）；有三個(gè)作用：將有三個(gè)作用：將Die固定在固定在Die Pad上；上； 散熱作用，導(dǎo)電作用；散熱作用，導(dǎo)電作用；-50以下存放，使用之前回溫以下存放，使用之前回溫24小時(shí)小時(shí)；【Epoxy】銀漿銀漿-環(huán)氧樹脂環(huán)氧樹脂第15頁/共45頁FOL/前段前段EOL/中段中段Plating/電鍍電鍍EOL/后段后段Final Test/測試測試第16頁/共45頁BackGrinding磨片磨片Wafer晶圓晶圓Wafer Mount晶圓安裝晶圓安裝Wafer Saw晶圓切割晶圓切割Wafer Wash晶圓清洗晶圓清洗Die Attach芯片粘接芯片粘接Epoxy

10、Cure銀漿固化銀漿固化Wire Bond引線焊接引線焊接2nd Optical第二道光檢第二道光檢3rd Optical第三道光檢第三道光檢EOL第17頁/共45頁Taping粘膠帶粘膠帶BackGrinding磨片磨片De-Taping去膠帶去膠帶將從晶圓廠出來的將從晶圓廠出來的Wafer晶圓進(jìn)行背面研磨，來減薄晶圓晶圓進(jìn)行背面研磨，來減薄晶圓 達(dá)到達(dá)到 封裝需要的厚度（封裝需要的厚度（8mils10mils）；）；磨片時(shí)，需要在正面（磨片時(shí)，需要在正面（Active Area）貼膠帶保護(hù)電路區(qū)）貼膠帶保護(hù)電路區(qū)域域 同時(shí)研磨背面。研磨之后，去除膠帶，測量厚度；同時(shí)研磨背面。研磨之后，去除

11、膠帶，測量厚度；第18頁/共45頁Wafer Mount晶圓安裝晶圓安裝Wafer Saw晶圓切割晶圓切割Wafer Wash清洗清洗將晶圓粘貼在藍(lán)膜（將晶圓粘貼在藍(lán)膜（Mylar）上，使得即使被切割開后，不會散落；）上，使得即使被切割開后，不會散落；通過通過Saw Blade將整片將整片Wafer切割成一個(gè)個(gè)獨(dú)立的切割成一個(gè)個(gè)獨(dú)立的Dice，方便后面的，方便后面的 Die Attach等工序；等工序；Wafer Wash主要清洗主要清洗Saw時(shí)候產(chǎn)生的各種粉塵，清潔時(shí)候產(chǎn)生的各種粉塵，清潔Wafer；第19頁/共45頁Wafer Saw MachineSaw Blade(切割刀片切割刀片)：

12、Life Time：9001500M；Spindlier Speed：3050K rpm：Feed Speed：3050/s;第20頁/共45頁主要是針對主要是針對Wafer Saw之后在顯微鏡下進(jìn)行之后在顯微鏡下進(jìn)行Wafer的外觀檢查，是否的外觀檢查，是否有出現(xiàn)廢品有出現(xiàn)廢品。Chipping Die 崩崩 邊邊第21頁/共45頁Write Epoxy點(diǎn)環(huán)氧樹脂點(diǎn)環(huán)氧樹脂Die Attach芯片粘接芯片粘接Epoxy Cure環(huán)氧樹脂固化環(huán)氧樹脂固化Epoxy Storage：零下零下50度存放；度存放；使用之前回溫，除使用之前回溫，除去氣泡；去氣泡；Epoxy Writing：點(diǎn)銀漿于點(diǎn)

13、銀漿于L/F的的Pad上，上，Pattern可選可選；第22頁/共45頁FOL Die Attach 芯片粘接芯片粘接第23頁/共45頁FOL Die Attach 芯片粘接芯片粘接第24頁/共45頁FOL Die Attach 芯片粘接芯片粘接第25頁/共45頁環(huán)氧樹脂固化：環(huán)氧樹脂固化：-175C，1個(gè)小時(shí)；個(gè)小時(shí)；N2環(huán)境，防止氧化：環(huán)境，防止氧化：Die Attach質(zhì)量檢查：質(zhì)量檢查：Die Shear（芯片剪切力）（芯片剪切力）第26頁/共45頁利用高純度的金線（利用高純度的金線（Au） 、銅線（、銅線（Cu）或鋁線（）或鋁線（Al）把）把 Pad 和引線通過焊接的方法連接起來。和

14、引線通過焊接的方法連接起來。Pad是芯片上電路的外接是芯片上電路的外接點(diǎn)，引線是引線框架上的點(diǎn)，引線是引線框架上的 連接點(diǎn)。連接點(diǎn)。 引線焊接是封裝工藝中最為關(guān)鍵的一部工藝。引線焊接是封裝工藝中最為關(guān)鍵的一部工藝。第27頁/共45頁Key Words：Capillary：陶瓷劈刀。：陶瓷劈刀。W/B工藝中最核心的一個(gè)工藝中最核心的一個(gè)Bonding Tool，內(nèi)部，內(nèi)部為空心，中間穿上金線，并分別在芯片的為空心，中間穿上金線，并分別在芯片的Pad和和引線框架引線框架的引線上形成的引線上形成第一和第二焊點(diǎn)；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，：打火桿。

15、用于在形成第一焊點(diǎn)時(shí)的燒球。打火桿打火形成高溫，將外露于將外露于Capillary前端的金線高溫熔化成球形，以便在前端的金線高溫熔化成球形，以便在Pad上形成第一上形成第一焊點(diǎn)（焊點(diǎn)（Bond Ball）；）；Bond Ball：第一焊點(diǎn)。指金線在：第一焊點(diǎn)。指金線在Cap的作用下，在的作用下，在Pad上形成的焊接點(diǎn)上形成的焊接點(diǎn)，一般為一個(gè)球形；，一般為一個(gè)球形；Wedge：第二焊點(diǎn)。指金線在：第二焊點(diǎn)。指金線在Cap的作用下，在的作用下，在Lead Frame上形成的上形成的焊接點(diǎn)，一般為月牙形（或者魚尾形）；焊接點(diǎn)，一般為月牙形（或者魚尾形）；W/B四要素：壓力（四要素：壓力（Force

16、）、超聲（）、超聲（USG Power）、時(shí)間（）、時(shí)間（Time）、）、溫度（溫度（Temperature）；）；第28頁/共45頁EFO打火桿在磁嘴前燒球打火桿在磁嘴前燒球Cap下降到芯片的下降到芯片的Pad上，加上，加Force和和Power形成第一焊點(diǎn)形成第一焊點(diǎn)Cap牽引金線上升牽引金線上升Cap運(yùn)動軌跡形成良好的運(yùn)動軌跡形成良好的Wire LoopCap下降到下降到Lead Frame形成焊接形成焊接Cap側(cè)向劃開，將金線切斷，形成魚尾側(cè)向劃開，將金線切斷，形成魚尾Cap上提，完成一次動作上提，完成一次動作第29頁/共45頁Wire Bond的質(zhì)量控制：的質(zhì)量控制：Wire Pul

17、l、Stitch Pull（金線頸部和尾部拉力）（金線頸部和尾部拉力）Ball Shear（金球推力）（金球推力）Wire Loop（金線弧高）（金線弧高）Ball Thickness（金球厚度）（金球厚度）Crater Test（彈坑測試）（彈坑測試）Intermetallic（金屬間化合物測試）（金屬間化合物測試）SizeThickness第30頁/共45頁檢查檢查Die Attach和和Wire Bond之后有無各種廢品之后有無各種廢品第31頁/共45頁Molding注塑注塑EOLLaser Mark激光打字激光打字PMC高溫固化高溫固化De-flash/Plating去溢料去溢料/電鍍

18、電鍍Trim/Form切筋切筋/成型成型4th Optical第四道光檢第四道光檢Annealing電鍍退火電鍍退火第32頁/共45頁為了防止外部環(huán)境的沖擊，利用塑封料為了防止外部環(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。來的過程，并需要加熱硬化。Before MoldingAfter Molding第33頁/共45頁Molding Tool（模具（模具）EMC（塑封料）為黑色塊狀，低溫存儲，使用前需先回溫。其特（塑封料）為黑色塊狀，低溫存儲，使用前需先回溫。其特 性為：在高溫下先處于熔融狀態(tài)，然后會逐漸硬化，最終成型。性為：在

19、高溫下先處于熔融狀態(tài)，然后會逐漸硬化，最終成型。Molding參數(shù)：參數(shù)： Molding Temp：175185C；Clamp Pressure：30004000N； Transfer Pressure：10001500Psi；Transfer Time：515s； Cure Time：60120s；CavityL/FL/F第34頁/共45頁Molding Cycle-塊狀塑封料放入模具孔中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，逐漸覆蓋芯片從底部開始，逐漸覆蓋芯片-完全覆蓋包裹完畢，成型固化完全覆蓋包裹完畢，

20、成型固化第35頁/共45頁在產(chǎn)品（在產(chǎn)品（Package）的正面或者背面）的正面或者背面激光刻字。內(nèi)容有：產(chǎn)品名稱，生產(chǎn)激光刻字。內(nèi)容有：產(chǎn)品名稱，生產(chǎn)日期，生產(chǎn)批次等；日期，生產(chǎn)批次等；BeforeAfter第36頁/共45頁用于用于Molding后塑封料的固化，保護(hù)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。內(nèi)部結(jié)構(gòu)，消除內(nèi)部應(yīng)力。Cure Temp：175+/-5C；Cure Time：8HrsESPEC Oven4hrs第37頁/共45頁BeforeAfter目的：目的：去溢料的目的在于去除模具后在管體周圍引線之間的目的在于去除模具后在管體周圍引線之間 多余的溢料；多余的溢料；方法

21、：弱酸浸泡，高壓水沖洗；方法：弱酸浸泡，高壓水沖洗；第38頁/共45頁Before PlatingAfter Platingp 利用金屬和化學(xué)的方法，在引線框架的表面利用金屬和化學(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）。并且使元器件在和熱）。并且使元器件在PCB板上容易焊接及板上容易焊接及 提高導(dǎo)電性。提高導(dǎo)電性。p 電鍍一般有兩種類型：電鍍一般有兩種類型： Pb-Free：無鉛電鍍，采用的是：無鉛電鍍，采用的是99.95%的高的高純純 度的錫（度的錫（Tin），為目前普遍采用的技術(shù)，符合），為目前普遍采用的技術(shù)，符合 Rohs的要求；的要求； Tin-Lead：鉛錫合金。：鉛錫合金。Tin占