半導(dǎo)體封裝流程

IntroductionofICAssemblyProcessIC封裝工藝介紹2021/6/271IntroductionofICAssemblyProcess一、概念

半導(dǎo)體芯片封裝是指利用膜技術(shù)及細(xì)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(guò)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(gè)系統(tǒng)綜合性能的工程。將前面的兩個(gè)定義結(jié)合起來(lái)構(gòu)成廣義的封裝概念。2021/6/272半導(dǎo)體封裝的目的及作用

第一，保護(hù)：半導(dǎo)體芯片的生產(chǎn)車(chē)間都有非常嚴(yán)格的生產(chǎn)條件控制，恒定的溫度（230±3℃）、恒定的濕度（50±10%）、嚴(yán)格的空氣塵埃顆粒度控制（一般介于1K到10K）及嚴(yán)格的靜電保護(hù)措施，裸露的裝芯片只有在這種嚴(yán)格的環(huán)境控制下才不會(huì)失效。但是，我們所生活的周?chē)h(huán)境完全不可能具備這種條件，低溫可能會(huì)有-40℃、高溫可能會(huì)有60℃、濕度可能達(dá)到100%，如果是汽車(chē)產(chǎn)品，其工作溫度可能高達(dá)120℃以上，為了要保護(hù)芯片，所以我們需要封裝。第二，支撐：支撐有兩個(gè)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(gè)器件、使得整個(gè)器件不易損壞。2021/6/273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，金線則將引腳和芯片的電路連接起來(lái)。載片臺(tái)用于承載芯片，環(huán)氧樹(shù)脂粘合劑用于將芯片粘貼在載片臺(tái)上，引腳用于支撐整個(gè)器件，而塑封體則起到固定及保護(hù)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(gè)封裝工藝中最重要的衡量指標(biāo)。原始的芯片離開(kāi)特定的生存環(huán)境后就會(huì)損毀，需要封裝。芯片的工作壽命，主要決于對(duì)封裝材料和封裝工藝的選擇。2021/6/274ICProcessFlowCustomer客戶(hù)ICDesignIC設(shè)計(jì)WaferFab晶圓制造WaferProbe晶圓測(cè)試Assembly&TestIC封裝測(cè)試SMTIC組裝2021/6/275ICPackage（IC的封裝形式）Package--封裝體：指芯片（Die）和不同類(lèi)型的框架（L/F）和塑封料（EMC）形成的不同外形的封裝體。ICPackage種類(lèi)很多，可以按以下標(biāo)準(zhǔn)分類(lèi)：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；2021/6/276ICPackage（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(wú)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(chǎng)；塑料封裝用于消費(fèi)電子，因?yàn)槠涑杀镜?，工藝?jiǎn)單，可靠性高而占有絕大部分的市場(chǎng)份額；2021/6/277ICPackage（IC的封裝形式）按與PCB板的連接方式劃分為：

PTHSMTPTH-PinThroughHole,通孔式；SMT-SurfaceMountTechnology，表面貼裝式。目前市面上大部分IC均采為SMT式的SMT2021/6/278ICPackage（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(gè)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(jí)，但是工藝難度也相應(yīng)增加；其中，CSP由于采用了FlipChip技術(shù)和裸片封裝，達(dá)到了

芯片面積/封裝面積=1:1，為目前最高級(jí)的技術(shù)；封裝形式和工藝逐步高級(jí)和復(fù)雜2021/6/279ICPackage（IC的封裝形式）

QFN—QuadFlatNo-leadPackage四方無(wú)引腳扁平封裝SOIC—SmallOutlineIC小外形IC封裝TSSOP—ThinSmallShrinkOutlinePackage薄小外形封裝QFP—QuadFlatPackage四方引腳扁平式封裝BGA—BallGridArrayPackage球柵陣列式封裝CSP—ChipScalePackage芯片尺寸級(jí)封裝2021/6/2710ICPackage

Structure（IC結(jié)構(gòu)圖）TOPVIEWSIDEVIEWLeadFrame

引線框架GoldWire

金線DiePad

芯片焊盤(pán)Epoxy

銀漿MoldCompound塑封料2021/6/2711RawMaterialinAssembly(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(chēng)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。2021/6/2712RawMaterialinAssembly(封裝原材料)【LeadFrame】引線框架提供電路連接和Die的固定作用；主要材料為銅，會(huì)在上面進(jìn)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?dú)夤裰校瑵穸刃∮?0%RH;除了BGA和CSP外，其他Package都會(huì)采用LeadFrame，

BGA采用的是Substrate；2021/6/2713RawMaterialinAssembly(封裝原材料)【GoldWire】焊接金線實(shí)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(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，

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；0.8mil，

1.0mil，1.3mils，1.5mils和2.0mils；2021/6/2714RawMaterialinAssembly(封裝原材料)【MoldCompound】塑封料/環(huán)氧樹(shù)脂主要成分為：環(huán)氧樹(shù)脂及各種添加劑（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LeadFrame包裹起來(lái)，

提供物理和電氣保護(hù)，防止外界干擾；存放條件：零下5°保存，常溫下需回溫24小時(shí)；2021/6/2715RawMaterialinAssembly(封裝原材料)成分為環(huán)氧樹(shù)脂填充金屬粉末（Ag）；有三個(gè)作用：將Die固定在DiePad上；

散熱作用，導(dǎo)電作用；-50°以下存放，使用之前回溫24小時(shí)；【Epoxy】銀漿---環(huán)氧樹(shù)脂2021/6/2716TypicalAssemblyProcessFlowFOL/前段EOL/中段Plating/電鍍EOL/后段FinalTest/測(cè)試2021/6/2717FOL–FrontofLine前段工藝BackGrinding磨片Wafer晶圓WaferMount晶圓安裝WaferSaw晶圓切割WaferWash晶圓清洗DieAttach芯片粘接EpoxyCure銀漿固化WireBond引線焊接2ndOptical第二道光檢3rdOptical第三道光檢EOL2021/6/2718FOL–BackGrinding磨片Taping粘膠帶BackGrinding磨片De-Taping去膠帶將從晶圓廠出來(lái)的Wafer晶圓進(jìn)行背面研磨，來(lái)減薄晶圓達(dá)到封裝需要的厚度（8mils~10mils）；磨片時(shí)，需要在正面（ActiveArea）貼膠帶保護(hù)電路區(qū)域

同時(shí)研磨背面。研磨之后，去除膠帶，測(cè)量厚度；2021/6/2719FOL–WaferSaw晶圓切割WaferMount晶圓安裝WaferSaw晶圓切割WaferWash清洗將晶圓粘貼在藍(lán)膜（Mylar）上，使得即使被切割開(kāi)后，不會(huì)散落；通過(guò)SawBlade將整片Wafer切割成一個(gè)個(gè)獨(dú)立的Dice，方便后面的

DieAttach等工序；WaferWash主要清洗Saw時(shí)候產(chǎn)生的各種粉塵，清潔Wafer；2021/6/2720FOL–WaferSaw晶圓切割WaferSawMachineSawBlade(切割刀片)：LifeTime：900~1500M；

SpindlierSpeed：30~50Krpm：FeedSpeed：30~50/s;2021/6/2721FOL–2ndOpticalInspection二光檢查主要是針對(duì)WaferSaw之后在顯微鏡下進(jìn)行Wafer的外觀檢查，是否有出現(xiàn)廢品。ChippingDie

崩邊2021/6/2722FOL–DieAttach芯片粘接WriteEpoxy點(diǎn)環(huán)氧樹(shù)脂DieAttach芯片粘接EpoxyCure環(huán)氧樹(shù)脂固化EpoxyStorage：

零下50度存放；使用之前回溫，除去氣泡；EpoxyWriting：

點(diǎn)銀漿于L/F的Pad上，Pattern可選；2021/6/2723第一步：頂針從藍(lán)膜下面將芯片往上頂、同時(shí)真空吸嘴將芯片往上吸，將芯片與膜藍(lán)脫離。FOL–DieAttach芯片粘接2021/6/2724第二步：將液態(tài)環(huán)氧樹(shù)脂涂到引線框架的臺(tái)載片臺(tái)上。FOL–DieAttach芯片粘接2021/6/2725第三步：將芯片粘貼到涂好環(huán)氧樹(shù)脂的引線框架上。FOL–DieAttach芯片粘接2021/6/2726FOL–EpoxyCure環(huán)氧樹(shù)脂固化環(huán)氧樹(shù)脂固化：-175°C，1個(gè)小時(shí)；

N2環(huán)境，防止氧化：DieAttach質(zhì)量檢查：DieShear（芯片剪切力）2021/6/2727FOL–WireBonding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(guò)焊接的方法連接起來(lái)。Pad是芯片上電路的外接點(diǎn)，引線是引線框架上的連接點(diǎn)。

引線焊接是封裝工藝中最為關(guān)鍵的一部工藝。2021/6/2728FOL–WireBonding引線焊接KeyWords：Capillary：陶瓷劈刀。W/B工藝中最核心的一個(gè)BondingTool，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(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，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(diǎn)（BondBall）；BondBall：第一焊點(diǎn)。指金線在Cap的作用下，在Pad上形成的焊接點(diǎn)，一般為一個(gè)球形；Wedge：第二焊點(diǎn)。指金線在Cap的作用下，在LeadFrame上形成的焊接點(diǎn)，一般為月牙形（或者魚(yú)尾形）；W/B四要素：壓力（Force）、超聲（USGPower）、時(shí)間（Time）、溫度（Temperature）；2021/6/2729FOL–WireBonding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(diǎn)Cap牽引金線上升Cap運(yùn)動(dòng)軌跡形成良好的WireLoopCap下降到LeadFrame形成焊接Cap側(cè)向劃開(kāi)，將金線切斷，形成魚(yú)尾Cap上提，完成一次動(dòng)作2021/6/2730FOL–WireBonding引線焊接WireBond的質(zhì)量控制：WirePull、StitchPull（金線頸部和尾部拉力）BallShear（金球推力）WireLoop（金線弧高）BallThickness（金球厚度）CraterTest（彈坑測(cè)試）Intermetallic（金屬間化合物測(cè)試）SizeThickness2021/6/2731FOL–3rdOpticalInspection三光檢查檢查DieAttach和WireBond之后有無(wú)各種廢品2021/6/2732EOL–EndofLine后段工藝Molding注塑EOLLaserMark激光打字PMC高溫固化De-flash/Plating去溢料/電鍍Trim/Form切筋/成型4thOptical第四道光檢Annealing電鍍退火2021/6/2733EOL–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(lái)的過(guò)程，并需要加熱硬化。BeforeMoldingAfterMolding2021/6/2734EOL–Molding（注塑）MoldingTool（模具）EMC（塑封料）為黑色塊狀，低溫存儲(chǔ)，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(huì)逐漸硬化，最終成型。Molding參數(shù)：

MoldingTemp：175~185°C；ClampPressure：3000~4000N；

TransferPressure：1000~1500Psi；TransferTime：5~15s；

CureTime：60~120s；CavityL/FL/F2021/6/2735EOL–Molding（注塑）MoldingCycle-塊狀塑封料放入模具孔中-高溫下，塑封料開(kāi)始熔化，順著軌道流向孔穴中-從底部開(kāi)始，逐漸覆蓋芯片-完全覆蓋包裹完畢，成型固化2021/6/2736EOL–LaserMark（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(chēng)，生產(chǎn)日期，生產(chǎn)批次等；BeforeAfter2021/6/2737EOL–PostMoldCure（模后固化）用于Molding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。

CureTemp：175+/-5°C；CureTime：8HrsESPECOven4hrs2021/6/2738EOL–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?chē)€之間

多余的溢料；

方法：弱酸浸泡，高壓水沖洗；2021/6/2739EOL–Plating（電鍍）BeforePlatingAfterPlating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。