《半导体封装流程》PPT课件.ppt

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1、Introduction of IC Assembly ProcessIC封装工艺介绍,Introduction of IC Assembly Process,一、概念 半导体芯片封装是指利用膜技术及细微加工技术，将芯片及其他要素在框架或基板上布局、粘贴固定及连接，引出接线端子并通过可塑性绝缘介质灌封固定，构成整体立体结构的工艺。此概念为狭义的封装定义。更广义的封装是指封装工程，将封装体与基板连接固定，装配成完整的系统或电子设备，并确保整个系统综合性能的工程。将前面的两个定义结合起来构成广义的封装概念。,半导体封装的目的及作用,第一，保护：半导体芯片的生产车间都有非常严格的生产条件控制，恒定的

2、温度（2303）、恒定的湿度（5010%）、严格的空气尘埃颗粒度控制（一般介于1K到10K）及严格的静电保护措施，裸露的装芯片只有在这种严格的环境控制下才不会失效。但是，我们所生活的周围环境完全不可能具备这种条件，低温可能会有-40、高温可能会有60、湿度可能达到100%，如果是汽车产品，其工作温度可能高达120以上，为了要保护芯片，所以我们需要封装。第二，支撑：支撑有两个作用，一是支撑芯片，将芯片固定好便于电路的连接，二是封装完成以后，形成一定的外形以支撑整个器件、使得整个器件不易损坏。,半导体封装的目的及作用,第三，连接：连接的作用是将芯片的电极和外界的电路连通。引脚用于和外界电路连通，金

3、线则将引脚和芯片的电路连接起来。载片台用于承载芯片，环氧树脂粘合剂用于将芯片粘贴在载片台上，引脚用于支撑整个器件，而塑封体则起到固定及保护作用。第四，可靠性：任何封装都需要形成一定的可靠性，这是整个封装工艺中最重要的衡量指标。原始的芯片离开特定的生存环境后就会损毁，需要封装。芯片的工作寿命，主要决于对封装材料和封装工艺的选择。,IC Process Flow,Customer客 户,IC DesignIC设计,Wafer Fab晶圆制造,Wafer Probe晶圆测试,Assembly&TestIC 封装测试,SMTIC组装,IC Package（IC的封装形式）,Package-封装体：指芯

4、片（Die）和不同类型的框架（L/F）和塑封料（EMC）形成的不同外形的封装体。IC Package种类很多，可以按以下标准分类：按封装材料划分为：金属封装、陶瓷封装、塑料封装 按照和PCB板连接方式分为：PTH封装和SMT封装 按照封装外型可分为：SOT、SOIC、TSSOP、QFN、QFP、BGA、CSP等；,IC Package（IC的封装形式）,按封装材料划分为：,金属封装,陶瓷封装,塑料封装,金属封装主要用于军工或航天技术，无商业化产品；陶瓷封装优于金属封装，也用于军事产品，占少量商业化市场；塑料封装用于消费电子，因为其成本低，工艺简单，可靠性高而占有绝大部分的市场份额；,IC Pa

5、ckage（IC的封装形式）,按与PCB板的连接方式划分为：,PTH,SMT,PTH-Pin Through Hole,通孔式；SMT-Surface Mount Technology，表面贴装式。目前市面上大部分IC均采为SMT式的,SMT,IC Package（IC的封装形式）,按封装外型可分为：SOT、QFN、SOIC、TSSOP、QFP、BGA、CSP等；决定封装形式的两个关键因素:封装效率。芯片面积/封装面积，尽量接近1:1；引脚数。引脚数越多，越高级，但是工艺难度也相应增加；其中，CSP由于采用了Flip Chip技术和裸片封装，达到了 芯片面积/封装面积=1:1，为目前最高级的技

6、术；,封装形式和工艺逐步高级和复杂,IC Package（IC的封装形式）,QFNQuad Flat No-lead Package 四方无引脚扁平封装 SOICSmall Outline IC 小外形IC封装 TSSOPThin Small Shrink Outline Package 薄小外形封装 QFPQuad Flat Package 四方引脚扁平式封装 BGABall Grid Array Package 球栅阵列式封装 CSPChip Scale Package 芯片尺寸级封装,IC Package Structure（IC结构图）,TOP VIEW,SIDE VIEW,Lead

7、Frame 引线框架,Gold Wire 金 线,Die Pad 芯片焊盘,Epoxy 银浆,Mold Compound塑封料,Raw Material in Assembly(封装原材料),【Wafer】晶圆,晶圆是指硅半导体集成电路制作所用的硅晶片，由于其形状为圆形，故称为晶圆；在硅晶片上可加工制作成各种电路元件结构，而成为有特定电性功能之IC产品。,Raw Material in Assembly(封装原材料),【Lead Frame】引线框架,提供电路连接和Die的固定作用；主要材料为铜，会在上面进行镀银、NiPdAu等材料；L/F的制程有Etch和Stamp两种；易氧化，存放于氮气柜

8、中，湿度小 于40%RH;除了BGA和CSP外，其他Package都会采用Lead Frame，BGA采用的是Substrate；,Raw Material in Assembly(封装原材料),【Gold Wire】焊接金线,实现芯片和外部引线框架的电性和物 理连接；金线采用的是99.99%的高纯度金；同时，出于成本考虑，目前有采用铜 线和铝线工艺的。优点是成本降低，同时工艺难度加大，良率降低；线径决定可传导的电流；0.8mil，1.0mil，1.3mils，1.5mils和2.0mils；,Raw Material in Assembly(封装原材料),【Mold Compound】塑封料

9、/环氧树脂,主要成分为：环氧树脂及各种添加剂（固化剂，改性剂，脱 模剂，染色剂，阻燃剂等）；主要功能为：在熔融状态下将Die和Lead Frame包裹起来，提供物理和电气保护，防止外界干扰；存放条件：零下5保存，常温下需回温24小时；,Raw Material in Assembly(封装原材料),成分为环氧树脂填充金属粉末（Ag）；有三个作用：将Die固定在Die Pad上；散热作用，导电作用；-50以下存放，使用之前回温24小时；,【Epoxy】银浆-环氧树脂,Typical Assembly Process Flow,FOL/前段,EOL/中段,Plating/电镀,EOL/后段,Fin

10、al Test/测试,FOL Front of Line前段工艺,BackGrinding磨片,Wafer晶圆,Wafer Mount晶圆安装,Wafer Saw晶圆切割,Wafer Wash晶圆清洗,Die Attach芯片粘接,Epoxy Cure银浆固化,Wire Bond引线焊接,2nd Optical第二道光检,3rd Optical第三道光检,EOL,FOL Back Grinding磨片,Taping粘胶带,BackGrinding磨片,De-Taping去胶带,将从晶圆厂出来的Wafer晶圆进行背面研磨，来减薄晶圆 达到 封装需要的厚度（8mils10mils）；磨片时，需要在

11、正面（Active Area）贴胶带保护电路区域 同时研磨背面。研磨之后，去除胶带，测量厚度；,FOL Wafer Saw晶圆切割,Wafer Mount晶圆安装,Wafer Saw晶圆切割,Wafer Wash清洗,将晶圆粘贴在蓝膜（Mylar）上，使得即使被切割开后，不会散落；通过Saw Blade将整片Wafer切割成一个个独立的Dice，方便后面的 Die Attach等工序；Wafer Wash主要清洗Saw时候产生的各种粉尘，清洁Wafer；,FOL Wafer Saw晶圆切割,Wafer Saw Machine,Saw Blade(切割刀片)：Life Time：9001500M

12、；Spindlier Speed：3050K rpm：Feed Speed：3050/s;,FOL 2nd Optical Inspection二光检查,主要是针对Wafer Saw之后在显微镜下进行Wafer的外观检查，是否有出现废品。,Chipping Die 崩 边,FOL Die Attach 芯片粘接,Write Epoxy点环氧树脂,Die Attach芯片粘接,Epoxy Cure环氧树脂固化,Epoxy Storage：零下50度存放；,使用之前回温，除去气泡；,Epoxy Writing：点银浆于L/F的Pad上，Pattern可选；,第一步：顶针从蓝膜下面将芯片往上顶、同时

13、真空吸嘴将芯片往上吸，将芯片与膜蓝脱离。,FOL Die Attach 芯片粘接,第二步：将液态环氧树脂涂到引线框架的台载片台上。,FOL Die Attach 芯片粘接,第三步：将芯片粘贴到涂好环氧树脂的引线框架上。,FOL Die Attach 芯片粘接,FOL Epoxy Cure环氧树脂固化,环氧树脂固化：-175C，1个小时；N2环境，防止氧化：,Die Attach质量检查：Die Shear（芯片剪切力）,FOL Wire Bonding 引线焊接,利用高纯度的金线（Au）、铜线（Cu）或铝线（Al）把 Pad 和引线通过焊接的方法连接起来。Pad是芯片上电路的外接点，引线是引线

14、框架上的 连接点。引线焊接是封装工艺中最为关键的一部工艺。,FOL Wire Bonding 引线焊接,Key Words：Capillary：陶瓷劈刀。W/B工艺中最核心的一个Bonding Tool，内部为空心，中间穿上金线，并分别在芯片的Pad和引线框架的引线上形成第一和第二焊点；EFO：打火杆。用于在形成第一焊点时的烧球。打火杆打火形成高温，将外露于Capillary前端的金线高温熔化成球形，以便在Pad上形成第一焊点（Bond Ball）；Bond Ball：第一焊点。指金线在Cap的作用下，在Pad上形成的焊接点，一般为一个球形；Wedge：第二焊点。指金线在Cap的作用下，在Le

15、ad Frame上形成的焊接点，一般为月牙形（或者鱼尾形）；W/B四要素：压力（Force）、超声（USG Power）、时间（Time）、温度（Temperature）；,FOL Wire Bonding 引线焊接,EFO打火杆在磁嘴前烧球,Cap下降到芯片的Pad上，加Force和Power形成第一焊点,Cap牵引金线上升,Cap运动轨迹形成良好的Wire Loop,Cap下降到Lead Frame形成焊接,Cap侧向划开，将金线切断，形成鱼尾,Cap上提，完成一次动作,FOL Wire Bonding 引线焊接,Wire Bond的质量控制：Wire Pull、Stitch Pull（金

16、线颈部和尾部拉力）Ball Shear（金球推力）Wire Loop（金线弧高）Ball Thickness（金球厚度）Crater Test（弹坑测试）Intermetallic（金属间化合物测试）,Size,Thickness,FOL 3rd Optical Inspection三光检查,检查Die Attach和Wire Bond之后有无各种废品,EOL End of Line后段工艺,Molding注塑,EOL,Laser Mark激光打字,PMC高温固化,De-flash/Plating去溢料/电镀,Trim/Form切筋/成型,4th Optical第四道光检,Annealing电

17、镀退火,EOL Molding（注塑）,为了防止外部环境的冲击，利用塑封料 把引线键合完成后的产品封装起 来的过程，并需要加热硬化。,Before Molding,After Molding,EOL Molding（注塑）,Molding Tool（模具）,EMC（塑封料）为黑色块状，低温存储，使用前需先回温。其特 性为：在高温下先处于熔融状态，然后会逐渐硬化，最终成型。Molding参数：Molding Temp：175185C；Clamp Pressure：30004000N；Transfer Pressure：10001500Psi；Transfer Time：515s；Cure Tim

18、e：60120s；,Cavity,L/F,L/F,EOL Molding（注塑）,Molding Cycle,-块状塑封料放入模具孔中,-高温下，塑封料开始熔化，顺着轨道流向孔穴中,-从底部开始，逐渐覆盖芯片,-完全覆盖包裹完毕，成型固化,EOL Laser Mark（激光打字）,在产品（Package）的正面或者背面激光刻字。内容有：产品名称，生产日期，生产批次等；,Before,After,EOL Post Mold Cure（模后固化）,用于Molding后塑封料的固化，保护IC内部结构，消除内部应力。Cure Temp：175+/-5C；Cure Time：8Hrs,ESPEC Ove

19、n,4hrs,EOL De-flash（去溢料）,Before,After,目的：去溢料的目的在于去除模具后在管体周围引线之间 多余的溢料；方法：弱酸浸泡，高压水冲洗；,EOL Plating（电镀）,Before Plating,After Plating,利用金属和化学的方法，在引线框架的表面 镀上一层镀层，以防止外界环境的影响（潮湿 和热）。并且使元器件在PCB板上容易焊接及 提高导电性。,电镀一般有两种类型：Pb-Free：无铅电镀，采用的是99.95%的高纯 度的锡（Tin），为目前普遍采用的技术，符合 Rohs的要求；Tin-Lead：铅锡合金。Tin占85%，Lead占 15%，

20、由于不符合Rohs，目前基本被淘汰；,EOL Post Annealing Bake（电镀退火）,目的：让无铅电镀后的产品在高温下烘烤一段时间，目的在于 消除电镀层潜在的晶须生长的问题;条件：150+/-5C;2Hrs；,晶须,晶须，是指锡在长时间的潮湿环境和温度变化环境下生长出的一种须状晶体，可能导致产品引脚的短路。,EOL Trim&Form（切筋成型）,Trim：将一条片的引线框架切割成单独的Unit（IC）的过程；Form：对切筋后的IC产品进行引脚成型，达到工艺需要求的形状，并放置进Tube或者Tray盘中；,EOL Trim&Form（切筋成型）,Cutting Tool&Forming Punch,Cutting Die,Stripper Pad,Forming Die,1,2,3,4,EOL Final Visual Inspection（第四道光检）,Final Visual Inspection-FVI在低倍放大镜下，对产品外观进行检查。主要针对EOL工艺可能产生的废品：例如Molding缺陷，电镀缺陷和Trim/Form缺陷等；,The End Thank You！,Introduction of IC Assembly Process,