電子封裝工藝設備概述-文檔在線預覽

陳仁章

機電工程學院桂林電子科技大學封裝工藝與設備的關系電子產(chǎn)品封裝概述半導體封裝技術半導體封裝技術發(fā)展的5個階段：封裝技術將一個或多個芯片有效和可靠地封裝互連起來，以達到：

1，提供給芯片電流通路；2，引入或引出芯片上的信號；3，導出芯片工作時產(chǎn)生的熱量；4，保護和支撐芯片，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有源半導體ICIC雙極型MOS型小規(guī)模IC（SSI）中規(guī)模IC（MSI）大規(guī)模IC（LSI）超大規(guī)模IC（VLSI）特大規(guī)模IC（ULSI）混合IC（HLC）先進HISQFPBGACSP3DFC系MC統(tǒng)M/封裝（Sip/Sop)MCP微機電系統(tǒng)（MEMS/MOEMS）系統(tǒng)級芯片（SoC)封裝工藝與設備工藝設備先進的封裝設備和制造工藝是密不可分的，沒有設備的工藝無疑是之上談兵，沒有工藝的設備則必然是無源之水。設備與工藝要緊密結合在一起。促進決定先進封裝技術晶圓處理工藝設備晶圓測試工藝設備晶圓測試技術：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用于各種半導體器件芯片的電能參數(shù)測試，用手動控制進行器件特性分析和工藝驗證分析。在人工完成第一個芯片對準后，按程序實現(xiàn)晶圓上所有芯片測試功能的測試設備。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，打點器、探邊器5，操作手柄6，與測試儀相連的通信接口CJ-5型雙電測四探針測試儀晶圓減薄工藝設備主要方式：磨削、研磨、化學機械拋光（CMP）、干式拋光（dry

polishing）、電化學腐蝕（electrochemical

etching）、濕法腐蝕（wet

etching）、等離子輔助化學腐蝕（PACE）、常壓等離子腐蝕（ADPE）①旋轉工作臺磨削（surface

grinding

on

arotary

table）D≤100mm，工作臺4旋轉做圓周進給運動。②晶圓自旋轉磨削（wafer

rotating

grinding）晶圓和磨輪繞各自的軸回旋，磨輪垂直向下進行縱向切入磨削。磨輪進給系統(tǒng)向下運動的速度越小，對未加工材料破壞越小。縱向切入：將旋轉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。晶圓減薄機關鍵零部件⑴承片臺⑵分度工作臺⑶空氣靜壓電主軸⑷磨輪進給系統(tǒng)⑸折臂機械手研磨應力去除技術化學機械式拋光（CMP）濕式化學腐蝕(wet

etching)干式腐蝕(dry

etching)干式拋光(dry

polishing)目的：去除研磨后的變質層，使芯片的強度得到提高。晶圓劃片工藝設備

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向劃切進給以及θ向平行調整。具備四維基本運動。①砂輪劃片機X軸：帶動被劃材料快速進入開槽劃片運動。Y軸：帶動空氣空氣主軸準確送進所需劃切槽距。Z軸：主軸升降，實現(xiàn)所需的開槽和劃片深度。θ軸：實現(xiàn)所需劃切角度。②干式激光劃片機砂輪式劃片具固有的劃切道寬度問題，激光劃片機大大減小其寬度。③微水導激光劃片機主要優(yōu)勢：消除熱影響區(qū)。微水導激光基本原理傳統(tǒng)激光總會有能量殘留在劃切道上，該能量的累積和傳導是造成熱損傷的主要原因。而微水導激光因水柱的作用，將每個脈沖殘留的熱量迅速帶走，不會積累在工件上。芯片互連工藝設備芯片鍵合技術

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，并驅動芯片往復摩擦。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。芯片鍵合設備主要組成部分：①承片臺：承載著芯片的藍膜框架，驅動其在XY兩個方向運動以便取芯。②點膠系統(tǒng)：涂覆黏合劑，分點蘸式和噴涂式。③鍵合頭：完成芯片的拾取和放置，分擺臂式和直線式。④視覺系統(tǒng)：由光路、照明和攝像頭組成。用于芯片自動定位。⑤物料傳輸系統(tǒng)：負責料條（引線框架或PCB基板）的自動操作。⑥上/下機箱及基座：固定支撐設備以及容納電系控制系統(tǒng)和其他附件。芯片鍵合機芯片鍵合機的關鍵技術是：整機運動控制、點漿、芯片拾取機構以及圖像識別系統(tǒng)。芯片鍵合設備的關鍵在于高速、精確、可靠地拾取和放置芯片。鍵合頭運動的精度和速度是保證設備精度、可靠性、一致性和效率的關鍵。引線鍵合技術WB

互連工藝確立芯片和外部的電氣連接。半導體內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。TABFC引線鍵合設備主要組成部分：①XY工作臺：提供形成復雜線弧形狀所需的鍵合面內的高速精度運動。②鍵合頭：提供鍵合過程中垂直于鍵合面的運動，同時承載超聲波換能器、線夾、電子打火桿等小構件。③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。④物料傳輸系統(tǒng)：負責料條（引線框架或PCB基板）的自動操作。⑤上/下機箱及基座：固定支撐設備以及容納電系控制系統(tǒng)和其他附件。引線鍵合機引線鍵合主要工藝參數(shù)：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。鍵合時間：鍵合時間長，引線球吸收能量多，鍵合點直徑大，界面強度大，但鍵合點過大會超出焊盤邊界導致空洞生成。超聲功率：對鍵合球的變形起主導作用。超聲波的水平振動是導致焊盤破裂的最大原因。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動。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

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。載帶內引線鍵合到IC芯片上，外引線鍵合到常規(guī)封裝或PWB上。焊接過程：⑴對位

⑵焊接⑶抬起

⑷芯片傳送（1）供片（2）沖壓焊接（3）回應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芯片氣密性的密封保護，具有優(yōu)良的可靠度。塑封設備模塑技術的工藝設備包括：①排片機：對線框進行塑封前的自動排片以及預熱處理，實現(xiàn)工序自動化。②預熱機：對塑封料的預熱、產(chǎn)品的預熱。③傳遞模壓機：通過加壓，將熱固性材料引入閉合模腔內制造塑封元件。④鑄模設備：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)生聚合反應完成塑封。⑤去溢料機：清除塑料封裝中塑封樹脂溢出、貼帶毛邊、引線毛刺。先進封裝工藝設備球柵陣列（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封裝結構倒裝芯片鍵合工藝設備芯片以凸點陣列結構與基板直接安裝互連。優(yōu)點：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厚膜電路工藝設備⑴絲網(wǎng)印刷機：采用絲網(wǎng)印刷將定量的焊膏涂覆在PCB各制定位置上。⑵厚膜電路光刻機：進一步提高絲網(wǎng)印刷的精細度。⑶燒結爐：加熱隧道，傳送產(chǎn)品的部件。⑷激光調阻機：高能激光脈沖聚焦在被調片阻上，改變橫截面調阻。A.激光器；B.光束定位系