《集成電路制造工藝項目化實踐》 課件 項目8 芯片塑封與成型

芯片塑封與成型項目8項目導讀

本項目從涂膠工藝任務入手，先讓讀者對光刻工藝有一個初步了解；然后詳細介紹涂膠、曝光和顯影等專業(yè)技能。通過曝光和顯影工藝的任務實施，讓讀者進一步了解光刻工藝。知識目標1.了解光刻工藝2.掌握涂膠、曝光和顯影的工藝操作3.掌握涂膠、曝光和顯影的質量評估4.會識讀涂膠、曝光和顯影工藝相關的隨件單技能目標1.能正確操作涂膠、曝光和顯影的設備，設置相關設備的常規(guī)參數(shù)2.能正確排查涂膠、曝光和顯影的常見故障教學重點1．涂膠、曝光和顯影的工藝2．檢驗涂膠、曝光和顯影的質量教學難點涂膠、曝光和顯影的實施建議學時6學時推薦教學方法

從任務入手，通過涂膠的操作，讓讀者了解涂膠的工藝操作，進而通過曝光和顯影的操作，熟悉曝光和顯影的質量評估推薦學習方法

勤學勤練、動手操作是學好光刻工藝的關鍵，動手完成涂膠、曝光和顯影任務實施，通過“邊做邊學”達到更好的學習效果塑料封裝采用塑料封裝工藝，使用塑封機、高溫烘箱以及熱固性塑料（塑封料），完成將框架上裸露的芯片、鍵合線等結構被環(huán)氧樹脂包裹起來的塑料封裝任務。在塑料封裝時，要避免填充不足、粘模、溢料以及氣孔等不合格現(xiàn)象。目前使用的封裝材料大部分都是聚合物，即所謂的塑料封裝，塑料封裝簡稱塑封，是最為常用的封裝方式。它是一種用絕緣的塑料包封電子元件的技術，具有成本低、工藝簡單、工作溫度低、可靠性高等優(yōu)點。8.1.1認識塑料封裝塑料封裝塑封的作用鍵合之后的芯片（即晶粒）在引線框架上仍處于裸露狀態(tài)，易受到外部環(huán)境的影響而出現(xiàn)損壞或氧化等情況。通過在外部包裹殼體的形式，可以很好的將其保護起來。塑料封裝因其工藝簡單、成本低、自動化程度高等特點被廣泛應用。對裸露芯片進行塑料封裝可以有效防止?jié)駳獾韧獠咳肭?，起到支撐、保護、散熱等作用，并且提供了一個可手持的形體。8.1.1認識塑料封裝塑料封裝塑封的原材料，如圖8-1所示。塑封原材料一般采用熱固性塑料，也稱為塑封料。熱固性塑料是以熱固性樹脂為主要成分而制成的塑料，其特性是：在低溫時是塑性的、流動的；溫度加熱到一定范圍時，聚合物分子發(fā)生交聯(lián)反應，形成剛性固體；當加熱溫度過高時，則聚合物會變軟（但不會融化）。塑封料外觀，如圖8-1所示。8.1.1認識塑料封裝圖8-1塑封料塑料封裝塑封的質量要求塑封前后的外觀對比，如圖8-2所示。塑封后，框架上裸露的芯片、鍵合線等結構被環(huán)氧樹脂包裹，塑封體內部的結構如圖8-3所示。8.1.1認識塑料封裝圖8-2注塑前（左）與注塑后（右）圖8-3注塑后結構示意圖塑料封裝在塑封過程中，會出現(xiàn)不同的異常現(xiàn)象，常見的塑封質量異常及其產生原因，如表8-1所示。8.1.1認識塑料封裝8.1.2塑封設備塑封工藝的設備塑封工藝的設備，主要包括自動排片機、高頻預熱機和塑封機。自動排片機自動排片機是將待注塑的框架條從上料區(qū)自動排放于上料架中，并進行預熱的設備。高頻預熱機高頻預熱機也稱為高周波預熱機，其主要作用是通過高頻（高周波）介質加熱的方式對塑封料進行預熱。8.1.2塑封設備塑封工藝的設備塑封機塑封機是將已塑化好的熔融狀態(tài)（即粘流態(tài)）的塑封料注入閉合模腔內，經固化定型后獲得塑封制品的設備。塑封機主要有設置區(qū)和注塑區(qū)2部分，其中注塑區(qū)完成塑封料的傳送、注塑和定型。塑封機外觀如圖8-4所示。8-4塑封知識目標掌握芯片塑封實施流程能利用虛擬仿真軟件，設置相關參數(shù)實施芯片塑封技能目標8.1.3塑封實施8.1.3塑封實施芯片塑封流程領料確認參數(shù)設置高溫固化塑封操作抽檢8.1.3塑封實施芯片塑封流程領料確認參數(shù)設置高溫固化塑封操作抽檢8.1.3塑封實施芯片塑封流程領料確認參數(shù)設置高溫固化塑封操作抽檢8.1.3塑封實施塑封操作引線框架預熱

設置排片機預熱溫度和時間8.1.3塑封實施塑封操作引線框架預熱引線框架預熱8.1.3塑封實施塑封操作塑封料預熱圖8-12塑封料預熱8.1.3塑封實施塑封操作塑封機上料

合模操作8.1.3塑封實施塑封操作塑封機上料投料8.1.3塑封實施塑封操作注塑

注塑8.1.3塑封實施塑封操作開模下料開模下料8.1.3塑封實施芯片塑封流程領料確認參數(shù)設置高溫固化塑封操作抽檢8.1.3塑封實施抽檢為了能夠及時發(fā)現(xiàn)塑封過程中的不良情況并做出處理，質量檢查是必不可少的環(huán)節(jié)，一般分為首檢、自檢和抽檢等3個檢查方式。記錄抽檢結果8.1.3塑封實施芯片塑封流程領料確認參數(shù)設置高溫固化塑封操作抽檢8.1.3塑封實施高溫固化高溫固化8.1.4塑封常見異常故障排除在塑封過程中，可能會出現(xiàn)塑封體缺損、塑封體氣泡等塑封質量問題，以及塑封機未自動開模、塑封機溫度異常等設備運行問題。當發(fā)現(xiàn)異常時，需要及時處理，故障排除后方可繼續(xù)生產。塑封質量異常填充不足有規(guī)則的填充不足現(xiàn)象，如圖8-20所示，無規(guī)則的填充不足現(xiàn)象，如圖8-21所示。圖8-20有規(guī)則的填充不足圖8-21無規(guī)則的填充不足8.1.4塑封常見異常故障排除塑封質量異常粘模常見的粘?，F(xiàn)象，如圖8-22所示。圖8-22常見的粘?，F(xiàn)象8.1.4塑封常見異常故障排除塑封質量異常溢料溢料現(xiàn)象，如圖8-23所示。圖8-23溢料8.1.4塑封常見異常故障排除塑封質量異常氣孔產生氣孔的現(xiàn)象，如圖8-24所示。圖8-24氣孔8.1.4塑封常見異常故障排除自動開模失敗顯示屏出現(xiàn)“無法正常開?！钡木?，塑封機自動開模失敗，如圖8-25所示。圖8-25異常顯示8.1.4塑封常見異常故障排除自動開模失敗點擊“查看”按鍵，發(fā)現(xiàn)塑封機未自動開模，操作員按動“開?！卑粹o，手動將模具打開，如圖8-26所示。圖8-26手動開模8.1.4塑封常見異常故障排除塑封機加熱異常塑封機加熱異?，F(xiàn)象塑封機開啟加熱一定時間后，其溫度沒有變化，未達到設定值，如圖8-27所示。圖8-27塑封機加熱異常8.1.4塑封常見異常故障排除塑封機加熱異常塑封機加熱異常分析塑封機加熱異常，可能的原因有加熱電源未接通、溫度顯示異常、加熱裝置損壞等。塑封機加熱異常處理首先檢查加熱電源是否接通，若確定為設備故障，則有相關技術人員對加熱裝置或顯示裝置進行維修。激光打標是芯片打標的方式之一，其利用激光在塑封體上面打上標識，比如制造商信息、批號、產品名稱、生產日期等內容。激光打標的作用在塑封之后，塑封體表面是沒有任何內容的，此時如果發(fā)生混料或散落等情況會很難辨識，且不便于后期對物流的跟蹤。所以在塑封之后，大部分工藝會在產品的正面或背面進行打標操作。激光打標就是利用激光在塑封體上面打上去不掉的、字跡清楚的標識，方便后續(xù)對元件的跟蹤與辨識。8.2.1認識激光打標芯片打標方式在芯片上印字的方式有很多，主要有以下幾種。直印式：像印章一樣直接將內容印在塑封體上。轉印式：使用轉印頭，從字模上將內容蘸印，再印字在塑封體上。激光刻印式：利用激光直接在塑封體上刻印內容。直印式和轉印式均通過油墨實現(xiàn)，油墨打標字跡比較深，對比清晰，但對模塊表面要求較高，若模塊表面有沾污現(xiàn)象，油墨就不易印上去，且油墨比較容易擦除。8.2.1認識激光打標激光打標精度較高、字跡不易擦除，且不產生機械擠壓和應力，不會損害被加工芯片，熱影響區(qū)域也較小，但相較于油墨打標而言，它的字跡較淡，對比不明顯。激光打標效果，如圖8-28所示。8.2.1認識激光打標圖8-28激光打標效果激光打標是芯片打標的方式之一，其利用激光在塑封體上面打上標識，比如制造商信息、批號、產品名稱、生產日期等內容。激光打標的作用在塑封之后，塑封體表面是沒有任何內容的，此時如果發(fā)生混料或散落等情況會很難辨識，且不便于后期對物流的跟蹤。所以在塑封之后，大部分工藝會在產品的正面或背面進行打標操作。激光打標就是利用激光在塑封體上面打上去不掉的、字跡清楚的標識，方便后續(xù)對元件的跟蹤與辨識。8.2.1認識激光打標芯片打標方式在芯片上印字的方式有很多，主要有以下幾種。直印式：像印章一樣直接將內容印在塑封體上。轉印式：使用轉印頭，從字模上將內容蘸印，再印字在塑封體上。激光刻印式：利用激光直接在塑封體上刻印內容。直印式和轉印式均通過油墨實現(xiàn)，油墨打標字跡比較深，對比清晰，但對模塊表面要求較高，若模塊表面有沾污現(xiàn)象，油墨就不易印上去，且油墨比較容易擦除。8.2.1認識激光打標激光打標精度較高、字跡不易擦除，且不產生機械擠壓和應力，不會損害被加工芯片，熱影響區(qū)域也較小，但相較于油墨打標而言，它的字跡較淡，對比不明顯。激光打標效果，如圖8-28所示。8.2.1認識激光打標圖8-28激光打標效果知識目標掌握激光打標實施流程能利用虛擬仿真軟件，進行激光打標工藝實施技能目標8.2.3激光打標實施激光打標流程領料確認參數(shù)設置結批激光打標操作抽檢8.2.3激光打標實施激光打標流程領料確認參數(shù)設置結批激光打標操作抽檢8.2.3激光打標實施領料確認8.2.3激光打標實施操作員領料確認參數(shù)設置8.2.3激光打標實施調用打標文件激光打標流程領料確認參數(shù)設置結批激光打標操作抽檢8.2.3激光打標實施結批8.2.3激光打標實施

隨件單填寫激光打標工藝在檢查打標制品時，常見的不合格現(xiàn)象有打標內容錯誤、打標字體錯誤、字跡模糊或缺損等。出現(xiàn)故障時，及時分析原因并做出相應的處理，以減少損失。8.2.4激光打標常見故障圖8-35文本內容錯誤文本內容錯誤故障現(xiàn)象實際打標的文本內容與要求內容不符。若調用的打標文件名為“HE311768B*Y”，而打標后的芯片批號顯示為“HE336512T”，該故障為文本內容錯誤，如圖8-35所示。原因分析：選擇了錯誤的打標文件，即調用時選擇的文件與隨件單不一致，導致調取了其他芯片的打標內容，此時打標出來的文本或圖案內容也是錯誤的。解決措施：重新調用打標文件。8.2.4激光打標常見故障圖8-36字體錯誤字體錯誤故障現(xiàn)象實際打標的文本字體與要求不符，如圖8-36所示。原因分析打標內容的格式設置錯誤，可以在編輯界面查看設置效果，排查問題。解決措施出現(xiàn)該問題時，由相關技術人員重新編輯文本的字號、格式等內容。技術員查詢字體要求后，將界面左側的字體改成“Arial”形式，點擊“保存”進行確定，如圖8-37所示。8.2.4激光打標常見故障圖8-37修改文本形式8.2.4激光打標常見故障圖8-38字跡缺損字跡模糊缺損故障現(xiàn)象打標出現(xiàn)字跡模糊、有波紋或字跡缺損等現(xiàn)象。本虛擬仿真以字跡缺損為例，其現(xiàn)象如圖8-38所示。原因分析由激光不穩(wěn)定或光路未對準等情況引起。解決措施需要相關技術人員，對激光打標機進行檢修。切筋成型是將整條片狀的框架條，切割成獨立的成品電路的操作。引腳成型后，會將其放進料管或料盤中。切筋成型的作用切筋成型實際上是切筋和成型2道工藝，但大多會在一臺機器上同時完成，有時也會分開完成。切筋工藝是切除框架外引腳之間的連接點以及在框架帶上連在一起的地方；成型工藝是將引腳彎成一定的形狀，以滿足裝配的需要。切筋：是將整條引線框架上已經封裝好的元件獨立分開。切筋后的每個獨立封裝元件是一塊樹脂硬殼，且側面伸出許多外引腳。成型：是將已經完成切筋的元件外引腳進行打彎，壓成預先設計好的引腳形狀，以便于后期在電路板上的使用。8.3.1認識切筋成型切筋成型的質量要求通常用戶都有自己嚴格的尺寸與外觀質量要求，但是封裝外形一般都要符合JEDEC（固態(tài)技術協(xié)會）或EIAJ（日本電子機械工業(yè)協(xié)會）的規(guī)格標準。主要參數(shù)如下：8.3.1認識切筋成型共面性；引腳位置，它可進一步分為引腳歪斜和引腳偏移；引腳分散；站立高度，對于引腳的外觀質量，主要問題是引腳末端的毛刺、焊錫擦傷和焊錫破裂。切筋成型前后的效果，如圖8-39所示。8.3.1認識切筋成型圖8-39切筋成型示意圖切筋機的作用，簡單來講就是將整條片狀的框架條切割成獨立的電路，并進行引腳成形后放進料管或者料盤中。切筋機的外觀，如圖8-40所示。8.3.2切筋成型設備圖8-40切筋機的外觀切筋機主要由上料區(qū)、切筋成型區(qū)、下料區(qū)和顯示區(qū)等組成。（1）上料區(qū)：放置合格的鍍錫框架條。（2）切筋成型區(qū)：完成切筋與成型的區(qū)域。設備啟動后，框架條會被送到軌道上，機械滑塊將框架條送到指定位置，進行切筋與成型的操作。此時上下模閉合，切斷連筋，然后成型沖頭下壓，將管腳彎成所需的形狀，即可完成切筋與成型操作。（3）下料區(qū)：成型后的元件，通過下料軌道被收入收料管。（4）顯示區(qū)：切筋機上有顯示屏，主要用來設置該批芯片的參數(shù)，調用相關的程序。顯示屏上有開關鍵、緊急鍵、警示燈等，在機械動作中若有緊急狀況發(fā)生時，可以立刻采取相關措施。8.3.2切筋成型設備知識目標掌握切筋成型實施流程能利用虛擬仿真軟件，進行工藝參數(shù)設置、模具選擇等進行切筋成型工藝實施技能目標8.3.3切筋成型實施切筋成型流程領料確認參數(shù)設置結批設備運行抽檢8.3.3切筋成型實施切筋成型流程領料確認參數(shù)設置結批設備運行抽檢8.3.3切筋成型實施領料確認根據(jù)提示信息，操作員領取芯片，并對芯片批號、數(shù)量、合格情況進行檢查，確保實物與隨件單信息一致。若本次共領取芯片良品數(shù)為7038個（引線框架為352條），操作員將檢查過的芯片放到切筋成型工位上后，記錄相關數(shù)據(jù)，完成隨件單對應部分的填寫。8.3.3切筋成型實施

設備操作界面參數(shù)設置批次創(chuàng)建1）領料完成后，在設備操作界面，點擊“批次管理”，對本批次的物料進行批次創(chuàng)建操作，如圖8-42所示。8.3.3切筋成型實施

批次創(chuàng)建參數(shù)設置批次創(chuàng)建2）根據(jù)隨件單信息，在“批次管理”界面中填寫相關信息8.3.3切筋成型實施模具選擇參數(shù)設置模具選擇

模具是用來制作成型物品的工具。切筋模具是由上模和下模組成，更換不同型號的芯片時，模具需要進行一次性調整，直到產品再次更換。

進入“模具選擇”界面，根據(jù)隨件單，查看產品名稱并選擇對應的模具。8.3.3切筋成型實施圖8-45參數(shù)設置參數(shù)設置工藝參數(shù)設置選擇完成相應模具型號后，進入“參數(shù)設置”界面，設置相關工藝參數(shù)。根據(jù)隨件單信息，完成參數(shù)信息的填寫，如圖8-45所示。8.3.3切筋成型實施切筋成型流程領料確認參數(shù)設置結批設備運行抽檢8.3.3切筋成型實施切筋成型流程領料確認參數(shù)設置結批設備運行抽檢8.3.3切筋成型實施

填寫抽檢記錄單抽檢切筋成型過程中，為了及時發(fā)現(xiàn)生產中的問題，以保證產品正常的合格率，需要對已經完成切筋成型的成品芯片進行抽檢。8.3.3切筋成型實施填寫結批單結批

切筋成型工藝操作完成后，由操作員進行結批。8.3.3切筋成型實施圖8-51產品未推出在切筋機運行過程中，可能會出現(xiàn)產品未推出、產品電路被損壞、下料區(qū)無空料管等故障。出現(xiàn)故障時，應及時分析原因并做出相應的處理，以減少損失。8.3.4切筋成型常見故障產品未推出故障現(xiàn)象顯示屏出現(xiàn)“產品未推出”報警提示時，應立即暫停作業(yè)，檢查原因。產品未推出的故障現(xiàn)象，如圖8-51所示。圖8-52電路被損壞電路被損壞故障現(xiàn)象在正常加工過程中，芯片在模具中受到損壞。電路被損壞的故障現(xiàn)象，如圖8-52所示。8.3.4切筋成型常見故障圖8-53收料區(qū)無料收料區(qū)無料顯示屏出現(xiàn)“下料區(qū)無料管”報警提示時，應立即暫停作業(yè)。到達收料區(qū)進行查看，確認收料架上無空料管，點擊“上料”，進行補料，如圖8-53所示。8.3.4切筋成型常見故障1．塑料封裝的作用，是對裸露芯片進行塑料封裝可以有效防止?jié)駳獾韧獠咳肭郑鸬街?、保護、散熱等作用，并且提供了一個可手持的形體。2．塑封原材料一般采用熱固性塑料，也稱為塑封料。熱固性塑料是以熱固性樹脂為主要成分而制成的塑料，其特性是：在低溫時是塑性的、流動的；溫度加熱到一定范圍時，聚合物分子發(fā)生交聯(lián)反應，形成剛性固體；當加熱溫度過高時，則聚合物會變軟（但不會融化）。3．塑封工藝的設備，主要包括自動排片機、高頻預熱機和塑封機。（1）自動排片機是將待注塑的框架條從上料區(qū)自動排放于上料架中，并進行預熱的設備。關鍵知識點梳理（2）高頻預熱機也稱為高周波預熱機，其主要作用是通過高頻（高周波）介質加熱的方式對塑封料進行預熱。（3）塑封機是將已塑化好的熔融狀態(tài)（即粘流態(tài)）的塑封料注入閉合模腔內，經固化定型后獲得塑封制品的設備。4．塑料封裝的質量檢查，一般分為首檢、自檢和抽檢等3種檢查方式。（1）首檢是由操作員或檢驗員對首模產品進行檢查，需要在設備開機或調試后、換班后、清模后等情形下進行；（2）自檢是由操作員在操作時選擇部分檢查；（3）抽檢是由檢驗員在生產過程中抽取檢查。關鍵知識點梳理5．激光打標就是利用激光在塑封體上面打上去不掉的、字跡清楚的標識，方便后續(xù)對元件的跟蹤與辨識。6．在芯片上打標的方式有很多，主要有以下3種。（1）直印式：像印章一樣直接將內容印在塑封體上。（2）轉印式：使用轉印頭，從字模上將內容蘸印，再印字在塑封體上。（3）激光刻印式：利用激光直接在塑封體上刻印內容。7．激