半導(dǎo)體封裝流程完整PPT通用課件

1、Introduction of IC Assembly ProcessIC封裝工藝簡介Introduction of IC Assembly Process一、概念 半導(dǎo)體芯片封裝是指利用膜技術(shù)及細微加工技術(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，并確保整個系統(tǒng)綜合性能的工程。將前面的兩個定義結(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：半導(dǎo)體芯片的生產(chǎn)車間都有非常嚴格的生產(chǎn)條件控制，恒定的溫度（

2、2303）、恒定的濕度（5010%）、嚴格的空氣塵埃顆粒度控制（一般介于1K到10K）及嚴格的靜電保護措施，裸露的裝芯片只有在這種嚴格的環(huán)境控制下才不會失效。但是，我們所生活的周圍環(huán)境完全不可能具備這種條件，低溫可能會有-40、高溫可能會有60、濕度可能達到100%，如果是汽車產(chǎn)品，其工作溫度可能高達120以上，為了要保護芯片，所以我們需要封裝。 第二，支撐：支撐有兩個作用，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器件、使得整個器件不易損壞。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

3、引腳和芯片的電路連接起來。載片臺用于承載芯片，環(huán)氧樹脂粘合劑用于將芯片粘貼在載片臺上，引腳用于支撐整個器件，而塑封體則起到固定及保護作用。 第四，可靠性：任何封裝都需要形成一定的可靠性，這是整個封裝工藝中最重要的衡量指標。原始的芯片離開特定的生存環(huán)境后就會損毀，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。IC Process FlowCustomer客 戶IC DesignIC設(shè)計Wafer Fab晶圓制造Wafer Probe晶圓測試Assembly& TestIC 封裝測試SMTIC組裝IC Package （IC的封裝形式）Package-封裝體：指芯片（Die）和不同

4、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，可以按以下標準分類： 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；塑料封裝用于消費電子，因為其成本低，工藝簡單，可靠性高而占有絕大部分的市場份額；IC Package （I

5、C的封裝形式） 按與PCB板的連接方式劃分為： PTHSMTPTH-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SMTIC 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，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，達到了 芯片面積/封裝面積=1:1，為目前最高級的技術(shù)；

6、封裝形式和工藝逐步高級和復(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 芯片尺寸級封裝 IC Package Structure（IC結(jié)構(gòu)圖）TOP VIEWSIDE VIEWLead Frame

7、引線框架Gold Wire 金 線Die Pad 芯片焊盤Epoxy 銀漿Mold Compound塑封料Raw Material in Assembly(封裝原材料)【W(wǎng)afer】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。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，會在上面進行鍍銀、 NiPdAu等材料；L/F的制程有Etch和Stamp兩種；易氧化，存放于氮氣柜中，濕度小 于40%RH;除了

8、BGA和CSP外，其他Package都會采用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，出于成本考慮，目前有采用銅 線和鋁線工藝的。優(yōu)點是成本降低， 同時工藝難度加大，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

9、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，防止外界干擾；存放條件：零下5保存，常溫下需回溫24小時；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；【Epoxy】銀漿-環(huán)氧樹脂Typical Assembly Process FlowFOL/前段EOL/中段Plating/電鍍EOL/后段Final Test/測試FOL Front of Li

10、ne前段工藝BackGrinding磨片Wafer晶圓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EOLFOL Back Grinding磨片Taping粘膠帶BackGrinding磨片De-Taping去膠帶將從晶圓廠出來的Wafer晶圓進行背面研磨，來減薄晶圓 達到 封裝需要的厚度（8mils10mils）；磨片時，需要在正面（Active Area）貼膠帶保護電路區(qū)域 同時研磨背面。研磨之后，去除膠帶，

11、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膜（Mylar）上，使得即使被切割開后，不會散落；通過Saw Blade將整片Wafer切割成一個個獨立的Dice，方便后面的 Die Attach等工序；Wafer Wash主要清洗Saw時候產(chǎn)生的各種粉塵，清潔Wafer；FOL Wafer Saw晶圓切割Wafer Saw MachineSaw Blade(切割刀片)：Life Time：9001500M；Spindlier Speed：3050K rpm：Feed Speed：3050/s;FOL 2

12、nd Optical Inspection二光檢查主要是針對Wafer Saw之后在顯微鏡下進行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點環(huán)氧樹脂Die Attach芯片粘接Epoxy Cure環(huán)氧樹脂固化Epoxy Storage：零下50度存放；使用之前回溫，除去氣泡；Epoxy Writing：點銀漿于L/F的Pad上，Pattern可選；第一步：頂針從藍膜下面將芯片往上頂、同時真空吸嘴將芯片往上吸，將芯片與膜藍脫離。FOL Die Attach 芯片粘接第二步：將液態(tài)環(huán)氧樹脂涂到引線框架的臺載片臺

13、上。FOL Die Attach 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 Die Attach 芯片粘接FOL Epoxy Cure環(huán)氧樹脂固化環(huán)氧樹脂固化：-175C，1個小時；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 和引線通過焊接的方法連接起來。Pad是芯片上電路的外接點，引線是引線框架上的 連接點。 引線焊接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

14、：陶瓷劈刀。W/B工藝中最核心的一個Bonding Tool，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；EFO：打火桿。用于在形成第一焊點時的燒球。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（Bond Ball）；Bond Ball：第一焊點。指金線在Cap的作用下，在Pad上形成的焊接點，一般為一個球形；Wedge：第二焊點。指金線在Cap的作用下，在Lead Frame上形成的焊接點，一般為月牙形（或者魚尾形）；W/B四要素：壓力（Force）、超聲（USG Power）、時間（Time）、溫

15、度（Temperature）；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Cap牽引金線上升Cap運動軌跡形成良好的Wire LoopCap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）Inte

16、rmetallic（金屬間化合物測試）SizeThicknessFOL 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EOLLaser 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。Before MoldingAfter MoldingEOL

17、 Molding（注塑）Molding Tool（模具）EMC（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。Molding參數(shù)： Molding Temp：175185C；Clamp Pressure：30004000N； Transfer Pressure：10001500Psi；Transfer Time：515s； Cure Time：60120s；CavityL/FL/FEOL Molding（注塑）Molding Cycle-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

18、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；BeforeAfterEOL Post Mold Cure（模后固化）用于Molding后塑封料的固化，保護IC內(nèi)部結(jié)構(gòu)，消除內(nèi)部應(yīng)力。Cure Temp：175+/-5C；Cure Time：8HrsESPEC Oven4hrsEOL De-flash（去溢料）BeforeAfter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）Before PlatingAfter Plating 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；