《集成電路封裝工藝項目教程（活頁式）》 課件 項目3 芯片粘接

芯片粘接項目導讀本項目從芯片粘接工藝任務入手，先讓讀者對芯片粘接工藝有一個初步了解；然后詳細介紹芯片粘接工序中的物料準備、設備準備、芯片粘接生產作業(yè)等職業(yè)技能。通過芯片粘接工藝的任務實施，讓讀者進一步了解芯片粘接工藝。知識目標1.了解芯片粘接工藝2.掌握芯片粘接的工藝操作3.掌握芯片粘接的質量評估4.會識讀芯片粘接工藝相關的隨件單技能目標1.能正確操作芯片粘接的設備，設置相關設備的常規(guī)參數(shù)2.能正確排查芯片粘接設備常見異常教學重點1．芯片粘接的工藝2．檢驗芯片粘接的質量教學難點芯片粘接工藝的實施建議學時6學時推薦教學方法從任務入手，通過芯片粘接的操作，讓讀者了解芯片粘接的工藝操作，進而通過芯片粘接工序的操作，熟悉芯片粘接的質量評估推薦學習方法勤學勤練、動手操作是學好芯片粘接工藝的關鍵，動手完成芯片粘接工藝任務實施，通過“邊做邊學”達到更好的學習效果芯片粘接知識準備1.了解芯片粘接的工藝、作用、材料和要求2.了解芯片粘接的實訓設備3.識讀芯片粘接的現(xiàn)場作業(yè)指導書知識目標知識準備知識準備在集成電路的生產過程中，芯片粘接，又稱芯片貼裝，是一個非常重要的環(huán)節(jié)，不僅確保電子元件之間的物理連接，還影響電性能、信號完整性、可靠性和系統(tǒng)壽命，它直接影響到芯片的成品率和質量。隨著集成度的不斷提高以及多芯片系統(tǒng)的出現(xiàn)，芯片粘接技術變得越來越重要。目前，芯片貼裝的方法主要包括有共晶粘貼法、導電膠粘貼法、玻璃膠粘貼法、焊接粘貼法等。激光芯片貼裝和倒裝芯片貼裝等先進芯片貼裝技術的發(fā)展是為了滿足現(xiàn)代高性能、高密度應用的需求。雖然每種技術都有其優(yōu)點和挑戰(zhàn)，但它們都努力實現(xiàn)最佳的熱管理、可靠的機械粘合和高效的電氣互連。隨著行業(yè)不斷突破小型化和性能的界限，新的芯片貼裝技術和材料無疑將會出現(xiàn)，從而進一步推動電子設備的進步。一、芯片粘接工藝1.芯片粘接的目的

完成劃片的晶圓，其芯片（晶粒）已經處于分離狀態(tài)，但此時的芯片還不能直接投入市場使用，還需要完成從裸露狀態(tài)到包裹狀態(tài)的轉變，也就是要將其制成常見的成品芯片。要完成這一轉變需經過一系列的操作工序，首先通過芯片粘接來實現(xiàn)芯片（晶粒）在封裝基板或引線框架上的固定。

芯片粘接工序將芯片從藍膜上轉移到基板或引線架上，為封裝基板或引線框架作為芯片的外部電極打好基礎。一、芯片粘接工藝2.芯片粘接工藝芯片粘接又稱裝片、粘片、貼片、固晶等，簡稱DA（DieAttach）或DB（DieBond），它是把芯片（指晶粒）固定到引線框架或基板指定位置的工藝，固定芯片的位置稱為芯片座或晶粒座。芯片粘接是后續(xù)在芯片上進行各種作業(yè)的基礎。2.芯片粘接工藝芯片粘接方法共晶粘貼法玻璃膠粘貼法導電膠粘貼法焊接粘貼法一、芯片粘接工藝3.芯片粘接的質量要求（1）使芯片和封裝框架之間產生牢靠的物理性連接；（2）提供熱量的傳導以及對內部應力的緩沖吸收。（a）裝片位置錯誤（b）溢膠造成引腳相連（c）漏裝

（d）裝歪一、芯片粘接工藝1.裝片機裝片機又稱固晶機、粘片機，是一臺通過視覺識別系統(tǒng)與傳送系統(tǒng)來進行芯片粘接的設備，它主要包括吸嘴、頂針、點膠頭、傳動軌道、載片臺、攝像頭、上/下料機構等部件。二、芯片粘接材料與設備2.高溫烘箱高溫烘箱簡稱烘箱，是一種進行高溫加熱的設備，可以提供潔凈無塵、持續(xù)穩(wěn)定的高溫環(huán)境。為了使芯片與引線框架之間焊接牢固，芯片粘接收料后，一般會進一步高溫固化。二、芯片粘接材料與設備3.芯片粘接材料（1）銀漿銀漿是由高純度（99.9%）的金屬銀微粒、粘合劑、溶劑、助劑所組成的機械混合物漿料，有一定的粘稠度。點膠頭與銀漿，如圖所示。在芯片粘接中，銀漿的作用主要包括固定芯片、散熱和導電，其通常存放在-50℃的環(huán)境下，使用之前需要回溫，除去氣泡。二、芯片粘接材料與設備3.芯片粘接材料（2）點膠頭點銀漿的裝置結構包括裝銀漿的針筒和出銀漿的點膠頭。點膠頭圖左圖所示二、芯片粘接材料與設備3.芯片粘接材料（3）引線框架引線框架作為集成電路的芯片載體，絕大部分的半導體集成塊中都需要使用引線框架。它提供了固定芯片的底座、連通芯片與外界的引腳。主要材質為銅，也有鐵或鐵鎳，或在表面鍍銅的。二、芯片粘接材料與設備3.芯片粘接材料（4）引線框架盒引線框架盒也稱料盒，是封裝前道工序中用來傳遞產品的一種輔助工具，不同的引線框架需要對應型號的料盒裝載。料盒的腔體側壁有一定數(shù)量的凹槽來裝載框架，兩側有滑蓋防止轉移時框架劃出料盒。二、芯片粘接材料與設備3.芯片粘接材料（5）頂針頂針是較細的針狀金屬，可頂起芯片（晶粒），便于芯片的拾取操作，安裝于裝片機載片臺的下方。根據(jù)芯片的大小選擇頂針規(guī)格，以及單PIN或多PIN。二、芯片粘接材料與設備三、芯片粘接現(xiàn)場作業(yè)指導書參照企業(yè)中各工藝的現(xiàn)場作業(yè)指導書模式，本實驗中設置了對應的作業(yè)指導書，幫助了解作業(yè)工位信息以及作業(yè)流程?，F(xiàn)場作業(yè)指導書主要介紹裝片工位、設備主界面以及裝片流程等。（a）①裝片（芯片粘接）工位主要包括裝片位置、質檢位置和高溫烘烤位置等，如圖a和b所示；（b）三、芯片粘接現(xiàn)場作業(yè)指導書（c）②設備主要界面有裝片機的Bond界面、Setup界面等，如圖c、d、e所示；（d）（e）三、芯片粘接現(xiàn)場作業(yè)指導書③裝片流程主要包括物料準備、設備準備、設備運行等，如圖f所示。（f）三、芯片粘接現(xiàn)場作業(yè)指導書1.認識芯片粘接2.芯片粘接實訓設備3.芯片粘接現(xiàn)場作業(yè)指導書課程小結知識準備芯片粘接任務六芯片粘接工藝實施1.認識裝片作業(yè)的設備與物料信息2.了解物料及輔料領取的操作流程3.了解芯片粘接工序的設備操作流程4.了解芯片粘接工序的首檢流程5.了解芯片粘接中的高溫固化原理及操作流程6.了解芯片粘接中入庫的操作流程知識目標任務六芯片粘接工藝實施任務描述（1）根據(jù)生產安排，領取待裝片晶圓物料；（2）根據(jù)產品信息，領取引線框架、點膠頭等材料；（3）將銀漿、晶圓、引線框架、引線框架盒等物料，裝載到裝片機對應位置；（4）根據(jù)作業(yè)產品，在裝片機界面調取裝片程序；（5）在裝片機界面，調整圖像、取芯位置等；（6）運行裝片設備，先生產一條引線框架，到裝片質檢區(qū)檢查質量，進行首檢；（7）完成批量生產后，檢查芯片粘接的質量；（8）利用高溫烘箱，設置烘烤時間和溫度后，完成裝片后框架的高溫固化作業(yè)；（9）完成物料回庫與物料交接。1．物料領取

物料領取的操作，需要根據(jù)生產排班，從氮氣柜中領取待裝片晶圓，并將物流從待生產庫中導出。操作步驟如下：（1）查看生產安排。到生產排班屏幕下方，單擊顯示屏確認生產安排。（2）領取晶圓。到待裝片產品區(qū)，從氮氣柜中選擇本次作業(yè)的晶圓，如圖所示。一、芯片粘接物料準備1．物料領?。?）出庫物流信息。單擊掃描槍，掃描工藝流程卡（隨件單）上的信息條碼，輸入作業(yè)的工位號，單擊“出庫”按鍵，完成物流出庫。（4）放至工位。單擊晶圓框架盒，將出庫后的物料轉移至裝片區(qū)，如圖所示。一、芯片粘接物料準備2．輔料領取除了待裝片的晶圓，裝片作業(yè)還需要領取空引線框架、點膠頭、銀漿、引線框架盒（收料盒）等材料，且型號需與作業(yè)產品匹配。操作步驟如下：（1）到輔料區(qū)。按照地面指示，前往輔料區(qū)，如圖所示。一、芯片粘接物料準備2．輔料領?。?）領取輔料。根據(jù)作業(yè)芯片與隨件單信息，依次選擇對應型號的空引線框架、點膠頭、銀漿和收料引線框架盒，如圖所示。選擇后單擊“確定”進行領取。（3）放至工位。單擊小推車，將領取的輔料轉移至裝片工位。一、芯片粘接物料準備切換Materials界面

3．裝片機裝料（1）安裝銀漿（即銀膠）：切換Materials界面；

移出銀漿模組；安裝銀膠；退回銀漿模組。安裝銀膠銀膠安裝完畢一、芯片粘接物料準備3．裝片機裝料（2）裝載晶圓：

拿取晶圓；放置晶圓。一、芯片粘接物料準備3．裝片機裝料（3）裝載空引線框架：拿取空引線框架；放置引線框架。鍵合圖一、芯片粘接物料準備1．調取引線框架與料盒程序（1）單擊裝片機顯示屏的“Setup”按鈕，進入?yún)?shù)設置界面，然后對引線框架、料盒載具、點膠、焊接的參數(shù)進行設置，設置完成后點擊“確定”按鈕進行確定，如圖所示。二、裝片機準備與生產運行1．調取引線框架與料盒程序（2）參數(shù)設置完成后，依次單擊“Setup

DataSetup

PackageFile”按鈕，切換到封裝文件調用界面，選擇對應的引線框架與料盒程序，單擊“LoadPackage”按鈕調用，如圖所示。二、裝片機準備與生產運行（1）返回參數(shù)設置界面；（2）進入芯片編程界面;（3）自動校正;（4）設定合格芯片。晶圓方向歪斜校正后的圖像2．進行芯片編程二、裝片機準備與生產運行（1）進入焊接設置界面;（2）開啟頂針編輯;（3）對齊頂針、取芯、吸嘴位置；（4）返回生產界面。3．對三點一線BondingProcess界面頂針編輯二、裝片機準備與生產運行4．裝片機生產運行

在裝片機生產運行時，先按單片生產模式進行首條框架裝片，然后檢查裝片質量，裝片合格后繼續(xù)批量生產。（1）選擇單片生產模式。（2）運行裝片機。如圖所示二、裝片機準備與生產運行4．裝片機生產運行（3）取出首條框架（4）檢查裝片質量（5）裝回收料區(qū)（6）選擇連續(xù)生產模式（7）繼續(xù)運行二、裝片機準備與生產運行5．裝片機運行過程（1）對單條框架進行裝片：選擇單片生產模式；運行裝片機。（2）點膠點銀漿時，要保證銀漿在晶粒座上的覆蓋范圍大于75%。二、裝片機準備與生產運行（3）首檢芯片的位置是否正確；芯片表面有沒有異常；引線框架有沒有異常；藍膜有沒有異常。（4）收料5．裝片機運行過程二、裝片機準備與生產運行

注意：在芯片粘接過程中，若遇到設備開機、設備調試、換批、換班等情況，需要對第一個完成芯片粘接的引線框架進行首檢，以保證后續(xù)批量生產時產品的質量。1.銀漿固化

銀漿固化也稱為高溫固化。為使芯片與引線框架之間焊接牢固，保證裝片牢固并去除水分，需進行銀漿固化作業(yè)。一般情況下，將貼裝完成的引線框架放于烘干箱中，在175℃的環(huán)境下高溫烘烤一個小時。三、芯片粘接高溫固化與作業(yè)結批1.銀漿固化（1）轉移至烘烤區(qū)裝片完成后，將收料區(qū)的引線框架盒放到旁邊的小推車上，然后依據(jù)指示，將推車推到烘烤區(qū)。三、芯片粘接高溫固化與作業(yè)結批1.銀漿固化（2）設置烘烤溫度與時間根據(jù)工程指令單，在高溫烘箱的操作盤上，設置烘烤的溫度與時間。三、芯片粘接高溫固化與作業(yè)結批1.銀漿固化（3）放入物料打開箱門，將待烘烤引線框架放入；（4）運行烤箱

單擊“Run”鍵，運行高溫烘箱。三、芯片粘接高溫固化與作業(yè)結批1.銀漿固化（5）取出物料烘烤完成，溫度開始下降，待降溫結束后，此時物料已經冷卻到室溫，開啟烘箱門將烘烤完成的引線框架取出。三、芯片粘接高溫固化與作業(yè)結批2.抽檢三、芯片粘接高溫固化與作業(yè)結批

為監(jiān)控芯片粘接過程中的質量情況，需要進行抽檢工作。在銀漿固化后，抽檢員隨機抽取若干個已完成的芯片粘接進行檢查，抽檢員根據(jù)抽檢情況在抽檢記錄單上做好記錄。3.作業(yè)結批本批次合格產品裝片作業(yè)完成后，回到待生產庫，交接至下一道工序，等待繼續(xù)生產。（1）入庫將裝片制品轉移至物流系統(tǒng)處，在系統(tǒng)中將物料信息入庫。三、芯片粘接高溫固化與作業(yè)結批入庫3.作業(yè)結批（2）存放將裝片制品存放至待鍵合產品的氮氣柜中。注意：在完成結批后，要對工位進行除塵、清理，防止出現(xiàn)異物殘留。完成粘接的芯片，可以進入引線鍵合工序。存放三、芯片粘接高溫固化與作業(yè)結批1.裝片作業(yè)的設備與物料信息2.物料及輔料領取的操作流程3.芯片粘接工序的設備操作流程4.芯片粘接工序的首檢流程5.芯片粘接中的高溫固化原理及操作流程6.芯片粘接中入庫的操作流程課程小結任務六芯片粘接工藝實施芯片粘接任務七芯片粘接質量檢查及異常處理1.了解芯片粘接中的常見故障現(xiàn)象2.了解芯片粘接中常見故障的分析和處理知識目標任務七芯片粘接質量檢查及異常處理任務描述（1）判斷芯片粘接過程中不同的異?，F(xiàn)象，分析其產生的原因。（2）針對異常進行排查與處理。（3）重新運行并檢查異常是否已排除。一、取芯失敗1.異?，F(xiàn)象與原因通過裝片機顯示屏查看報警內容，發(fā)現(xiàn)吸嘴連續(xù)取芯失敗，單擊“關閉”按鈕，關閉報警對話框。一、取芯失敗2.異常排查與處理（1）檢查吸嘴（2）檢查頂針（3）進入頂針更換模式（4）更換頂針一、取芯失敗3.重新運行并檢查（1）更換新的頂針后，單擊顯示界面上的“AutoBond”按鈕，進行設備的試運行。（2）根據(jù)設備試運行的情況，若沒有出現(xiàn)取芯失敗的現(xiàn)象以及設備正常運行，取芯失敗異常處理完畢。二、芯片裝偏二、芯片裝偏1.異?，F(xiàn)象與原因

通過裝片機顯示屏查看報警內容，發(fā)現(xiàn)芯片的裝片位置存在差異，需要重新設置裝片位置。芯片裝偏異常，如圖所示。二、芯片裝偏2.異常排查與處理（1）進入焊接設置界面（2）裝片位置設置（3）保存設置。二、芯片裝偏3.重新運行并檢查（1）參數(shù)設置完成后，單擊顯示界面上的“AutoBond”按鈕，進行設備的試運行。（2）根據(jù)設備試運行的情況，芯片沒有出現(xiàn)破損或裝偏現(xiàn)象以及設備正常運行，芯片裝偏異常處理完畢。1.芯片粘接故障的分類2.芯片粘接故障分析及處理課程小結任務七芯片粘接質量檢查及異常處理關鍵知識梳理1．芯片粘接（DieBonding或DieMount）也稱芯片貼裝，是將集成電路芯片固定在封裝基板或引線框架上的工藝過程，以便于后續(xù)的制造作業(yè)。分割后的芯片（晶粒）可以被獨立的拾取出來進行芯片粘接，芯片牢固且準確的粘接在引線框架上是順利進行引線鍵合的基礎。

此處芯片粘接中的“芯片”即晶粒，是產業(yè)中通常使用的名稱。2．在芯片粘接時，需要的原材料主要有銀漿、引線框架。（1）銀漿是由高純度（99.9%）的金屬銀微粒、粘合劑、溶劑、助劑所組成的機械混合物漿料，有一定的粘稠度。（2）銀漿的作用主要包括固定芯片、散熱和導電，其通常存放在-50℃的環(huán)境下，使用之前需要回溫，除去氣泡。關鍵知識梳理（3）引線框架作為集成電路的芯片載體，是一種借助于鍵合材料（金絲、鋁絲、銅絲），實現(xiàn)芯片內部電路引出端與外引線的電氣連接，形成電氣回路的關鍵結構件，它起到了和外部導線連接的橋梁作用。（4）引線框架具有散熱、導電以及機械支撐等作用。3．在芯片粘接工藝中，把已切割下來的芯片貼裝到引線框架中間的芯片座上，芯片座的尺寸要與芯片大小相匹配。（1）若芯片座尺寸太大，在鍵合時會導致引線跨度太大，在轉移成型塑封的過程中，會由于流動產生的應力，而造成引線彎曲及芯片位移等現(xiàn)象；若芯片座尺寸太小，則芯片會超出芯片座的位置，影響鍵合與塑封。（2）芯片粘接主要有共晶粘貼法（金-硅合金）、焊接粘貼法（鉛-錫合金）、玻璃膠粘貼法以及導電膠粘貼法（環(huán)氧樹脂粘接）等4種貼裝方法。關鍵知識梳理（3）對芯片粘接工藝檢查時，常見的不合格現(xiàn)象有歪片、錯裝、漏裝、誤裝、碎片以及溢膠等。4．芯片粘接設備即裝片機，又稱固晶機、粘片機，是一臺通過視覺識別系統(tǒng)與傳送系統(tǒng)來進行芯片粘接的設備。裝片機主要包括吸嘴、頂針、點膠頭、傳動軌道、載片臺、攝像頭、上/下料機構等部件。5．高溫烘箱簡稱烘箱，是一種進行高溫加熱的設備，可以提供潔凈無塵、持續(xù)穩(wěn)定的高溫環(huán)境。為了使芯片與引線框架之間焊接牢