半导体封装流程复习进程.ppt

半导体封装流程LogoIntroduction of IC Assembly Process一、概念一、概念 半导体芯片封装是指利用膜技术及细微加工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、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程。将前面的两个定义结合起来构成广义的封装概念。概念。LogoLogoLogoLogoICPackage（IC的封装形式）的封装形式）Package-封装体：封装体：指芯片（指芯片（Die）和不同类型的框架（）和不同类型的框架（L/F）和塑封料（）和塑封料（EMC）形成的不同外形的封装体。形成的不同外形的封装体。ICPackage种类很多，可以按以下标准分类：种类很多，可以按以下标准分类：按封装材料划分为：按封装材料划分为：金属封装、陶瓷封装、塑料封装金属封装、陶瓷封装、塑料封装按照和按照和PCB板连接方式分为：板连接方式分为：PTH封装和封装和SMT封装封装按照封装外型可分为：按照封装外型可分为：SOT、SOIC、TSSOP、QFN、QFP、BGA、CSP等；等；LogoICPackage（IC的封装形式）的封装形式）按封装材料划分为：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，无金属封装主要用于军工或航天技术，无商业化产品；商业化产品；陶瓷封装优于金属封装，也用于军事产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；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，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工艺简单，可靠性高而占有绝大部分的市场份额；市场份额；LogoICPackage（IC的封装形式）的封装形式）按与按与PCB板的连接方式划分为：板的连接方式划分为：PTHSMTPTH-PinThroughHole,通孔式；通孔式；SMT-SurfaceMountTechnology，表面贴装式。，表面贴装式。目前市面上大部分目前市面上大部分IC均采为均采为SMT式式的的SMTLogoICPackage（IC的封装形式）的封装形式）按封装外型可分为：按封装外型可分为：SOT、QFN、SOIC、TSSOP、QFP、BGA、CSP等；等；决定封装形式的两个关键因素决定封装形式的两个关键因素:封装效率。芯片面积封装效率。芯片面积/封装面积，尽量接近封装面积，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；引脚数。引脚数越多，越高级，但是工艺难度也相应增加；其中，其中，CSP由于采用了由于采用了FlipChip技术和裸片封装，达到了技术和裸片封装，达到了芯片面积芯片面积/封装面积封装面积=1:1，为目前最高级的技术；，为目前最高级的技术；封装形式和工艺逐步高级和复杂封装形式和工艺逐步高级和复杂LogoICPackage（IC的封装形式）的封装形式）QFNQuadFlatNo-leadPackage四方无引脚扁平封装四方无引脚扁平封装SOICSmallOutlineIC小外形小外形IC封装封装TSSOPThinSmallShrinkOutlinePackage薄小外形封装薄小外形封装QFPQuadFlatPackage四方引脚扁平式封装四方引脚扁平式封装BGABallGridArrayPackage球栅阵列式封装球栅阵列式封装CSPChipScalePackage芯片尺寸级封装芯片尺寸级封装LogoIC Package Structure（IC结构图）结构图）TOPVIEWSIDEVIEWLeadFrame引线框架引线框架GoldWire金金线线DiePad芯片焊盘芯片焊盘Epoxy银浆银浆MoldCompound塑封料塑封料LogoRawMaterialinAssembly(封装原材料封装原材料)【Wafer】晶圆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构，而成为有特定电性功能之IC产品。产品。LogoRawMaterialinAssembly(封装原材料封装原材料)【LeadFrame】引线框架引线框架提供电路连接和提供电路连接和Die的固定作用；的固定作用；主要材料为铜，会在上面进行镀银、主要材料为铜，会在上面进行镀银、NiPdAu等材料；等材料；L/F的制程有的制程有Etch和和Stamp两种；两种；易氧化，存放于氮气柜中，湿度小易氧化，存放于氮气柜中，湿度小于于40%RH;除了除了BGA和和CSP外，其他外，其他Package都会采用都会采用LeadFrame，BGA采用的是采用的是Substrate；LogoRawMaterialinAssembly(封装原材料封装原材料)【GoldWire】焊接金线焊接金线实现芯片和外部引线框架的电性和物实现芯片和外部引线框架的电性和物理连接；理连接；金线采用的是金线采用的是99.99%的高纯度金；的高纯度金；同时，出于成本考虑，目前有采用铜同时，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，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；同时工艺难度加大，良率降低；线径决定可传导的电流；线径决定可传导的电流；0.8mil，1.0mil，1.3mils，1.5mils和和2.0mils；LogoRawMaterialinAssembly(封装原材料封装原材料)【MoldCompound】塑封料塑封料/环氧树脂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）；模剂，染色剂，阻燃剂等）；主要功能为：在熔融状态下将主要功能为：在熔融状态下将Die和和LeadFrame包裹起来，包裹起来，提供物理和电气保护，防止外界干扰；提供物理和电气保护，防止外界干扰；存放条件：零下存放条件：零下5保存，常温下需回温保存，常温下需回温24小时；小时；LogoRawMaterialinAssembly(封装原材料封装原材料)成分为环氧树脂填充金属粉末（成分为环氧树脂填充金属粉末（Ag）；）；有三个作用：将有三个作用：将Die固定在固定在DiePad上；上；散热作用，导电作用；散热作用，导电作用；-50以下存放，使用之前回温以下存放，使用之前回温24小时小时；【Epoxy】银浆银浆-环氧树脂环氧树脂LogoTypicalAssemblyProcessFlowFOL/前段前段EOL/中段中段Plating/电镀电镀EOL/后段后段FinalTest/测试测试LogoFOLFrontofLine前段工艺前段工艺BackGrinding磨片磨片Wafer晶圆晶圆WaferMount晶圆安装晶圆安装WaferSaw晶圆切割晶圆切割WaferWash晶圆清洗晶圆清洗DieAttach芯片粘接芯片粘接EpoxyCure银浆固化银浆固化WireBond引线焊接引线焊接2ndOptical第二道光检第二道光检3rdOptical第三道光检第三道光检EOLLogoFOLBackGrinding磨片磨片Taping粘胶带粘胶带BackGrinding磨片磨片De-Taping去胶带去胶带将从晶圆厂出来的将从晶圆厂出来的Wafer晶圆进行背面研磨，来减薄晶圆晶圆进行背面研磨，来减薄晶圆达到达到封装需要的厚度（封装需要的厚度（8mils10mils）；）；磨片时，需要在正面（磨片时，需要在正面（ActiveArea）贴胶带保护电路区域）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；同时研磨背面。研磨之后，去除胶带，测量厚度；LogoFOLWaferSaw晶圆切割晶圆切割WaferMount晶圆安装晶圆安装WaferSaw晶圆切割晶圆切割WaferWash清洗清洗将晶圆粘贴在蓝膜（将晶圆粘贴在蓝膜（Mylar）上，使得即使被切割开后，不会散落；）上，使得即使被切割开后，不会散落；通过通过SawBlade将整片将整片Wafer切割成一个个独立的切割成一个个独立的Dice，方便后面的，方便后面的DieAttach等工序；等工序；WaferWash主要清洗主要清洗Saw时候产生的各种粉尘，清洁时候产生的各种粉尘，清洁Wafer；LogoFOLWaferSaw晶圆切割晶圆切割WaferSawMachineSawBlade(切割刀片切割刀片)：LifeTime：9001500M；SpindlierSpeed：3050Krpm：FeedSpeed：3050/s;LogoFOL2ndOpticalInspection二光检查二光检查主要是针对主要是针对WaferSaw之后在显微镜下进行之后在显微镜下进行Wafer的外观检查，是否有的外观检查，是否有出现废品出现废品。ChippingDie崩崩边边LogoFOLDieAttach芯片粘接芯片粘接WriteEpoxy点环氧树脂点环氧树脂DieAttach芯片粘接芯片粘接EpoxyCure环氧树脂固化环氧树脂固化EpoxyStorage：零下零下50度存放；度存放；使用之前回温，除使用之前回温，除去气泡；去气泡；EpoxyWriting：点银浆于点银浆于L/F的的Pad上，上，Pattern可选可选；Logo第一步：顶针从蓝膜下面将芯片往上顶、同时真空吸嘴将芯片往上吸，将芯片与膜蓝脱离。FOLDieAttach芯片粘接芯片粘接Logo第二步：将液态环氧树脂涂到引线框架的台载片台上。FOLDieAttach芯片粘接芯片粘接Logo第三步：将芯片粘贴到涂好环氧树脂的引线框架上。FOLDieAttach芯片粘接芯片粘接LogoFOLEpoxyCure环氧树脂环氧树脂固化固化环氧树脂固化：环氧树脂固化：-175C，1个小时；个小时；N2环境，防止氧化：环境，防止氧化：DieAttach质量检查：质量检查：DieShear（芯片剪切力）（芯片剪切力）LogoFOLWireBonding引线焊接引线焊接利用高纯度的金线（利用高纯度的金线（Au）、铜线（、铜线（Cu）或铝线（）或铝线（Al）把）把Pad和引线通过焊接的方法连接起来。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，是芯片上电路的外接点，引线是引线框架上的引线是引线框架上的连接点。连接点。引线焊接是封装工艺中最为关键的一部工艺。引线焊接是封装工艺中最为关键的一部工艺。LogoFOLWireBonding引线焊接引线焊接KeyWords：Capillary：陶瓷劈刀。：陶瓷劈刀。W/B工艺中最核心的一个工艺中最核心的一个BondingTool，内部为，内部为空心，中间穿上金线，并分别在芯片的空心，中间穿上金线，并分别在芯片的Pad和和引线框架引线框架的引线上形成第一的引线上形成第一和第二焊点；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，：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，将外露于将外露于Capillary前端的金线高温熔化成球形，以便在前端的金线高温熔化成球形，以便在Pad上形成第一上形成第一焊点（焊点（BondBall）；）；BondBall：第一焊点。指金线在：第一焊点。指金线在Cap的作用下，在的作用下，在Pad上形成的焊接点，上形成的焊接点，一般为一个球形；一般为一个球形；Wedge：第二焊点。指金线在：第二焊点。指金线在Cap的作用下，在的作用下，在LeadFrame上形成的焊上形成的焊接点，一般为月牙形（或者鱼尾形）；接点，一般为月牙形（或者鱼尾形）；W/B四要素：压力（四要素：压力（Force）、超声（）、超声（USGPower）、时间（）、时间（Time）、）、温度（温度（Temperature）；）；LogoFOLWireBonding引线焊接引线焊接EFO打火杆在磁打火杆在磁嘴前烧球嘴前烧球Cap下降到芯片的下降到芯片的Pad上，加上，加Force和和Power形成第一焊点形成第一焊点Cap牵引金牵引金线上升线上升Cap运动轨迹形成运动轨迹形成良好的良好的WireLoopCap下降到下降到LeadFrame形成焊接形成焊接Cap侧向划开，将金侧向划开，将金线切断，形成鱼尾线切断，形成鱼尾Cap上提，完成一次上提，完成一次动作动作LogoFOLWireBonding引线焊接引线焊接Wire Bond的质量控制：的质量控制：WirePull、StitchPull（金线颈部和尾部拉力）（金线颈部和尾部拉力）BallShear（金球推力）（金球推力）WireLoop（金线弧高）（金线弧高）BallThickness（金球厚度）（金球厚度）CraterTest（弹坑测试）（弹坑测试）Intermetallic（金属间化合物测试）（金属间化合物测试）SizeThicknessLogoFOL 3rd Optical Inspection三光检查三光检查检查检查DieAttach和和WireBond之后有无各种废品之后有无各种废品LogoEOLEndofLine后段工艺后段工艺Molding注塑注塑EOLLaserMark激光打字激光打字PMC高温固化高温固化De-flash/Plating去溢料去溢料/电镀电镀Trim/Form切筋切筋/成型成型4thOptical第四道光检第四道光检Annealing电镀退火电镀退火LogoEOLMolding（注塑）（注塑）为了防止外部环境的冲击，利用塑封料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。来的过程，并需要加热硬化。BeforeMoldingAfterMoldingLogoEOLMolding（注塑）（注塑）MoldingTool（模具）（模具）EMC（塑封料）为黑色块状，低温存储，使用前需先回温。其特（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。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：参数：MoldingTemp：175185C；ClampPressure：30004000N；TransferPressure：10001500Psi；TransferTime：515s；CureTime：60120s；CavityL/FL/FLogoEOLMolding（注塑）（注塑）MoldingCycle-块状塑封料放入模块状塑封料放入模具孔中具孔中-高温下，塑封料开高温下，塑封料开始熔化，顺着轨道始熔化，顺着轨道流向孔穴中流向孔穴中-从底部开始，逐渐从底部开始，逐渐覆盖芯片覆盖芯片-完全覆盖包裹完毕，完全覆盖包裹完毕，成型固化成型固化LogoEOLLaserMark（激光打字）（激光打字）在产品（在产品（Package）的正面或者背面）的正面或者背面激光刻字。内容有：产品名称，生产激光刻字。内容有：产品名称，生产日期，生产批次等；日期，生产批次等；BeforeAfterLogoEOLPostMoldCure（模后固化）（模后固化）用于用于Molding后塑封料的固化，保护后塑封料的固化，保护IC内部结构，消除内部应力。内部结构，消除内部应力。CureTemp：175+/-5C；CureTime：8HrsESPECOven4hrsLogoEOLDe-flash（去溢料）（去溢料）BeforeAfter目的：目的：去溢料的目的在于去除模具后在管体周围引线之间的目的在于去除模具后在管体周围引线之间多余的溢料；多余的溢料；方法：弱酸浸泡，高压水冲洗；方法：弱酸浸泡，高压水冲洗；LogoEOLPlating（电镀）（电镀）BeforePlatingAfterPlatingp利用金属和化学的方法，在引线框架的表面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）。并且使元器件在和热）。并且使元器件在PCB板上容易焊接及板上容易焊接及提高导电性。提高导电性。p电镀一般有两种类型：电镀一般有两种类型：Pb-Free：无铅电镀，采用的是：无铅电镀，采用的是99.95%的高纯的高纯度的锡（度的锡（Tin），为目前普遍采用的技术，符合），为目前普遍采用的技术，符合Rohs的要求；的要求；Tin-Lead：铅锡合金。：铅锡合金。Tin占占85%，Lead占占15%，由于不符合，由于不符合Rohs，目前基本被淘汰；，目前基本被淘汰；LogoEOLPostAnnealingBake（电镀退火）（电镀退火）目的：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消除电镀层潜在的晶须生长的问题;条件：条件：150+/-5C;2Hrs；晶须晶须晶须，是指锡在长晶须，是指锡在长时间的潮湿环境和时间的潮湿环境和温度变化环境下生温度变化环境下生长出的一种须状晶长出的一种须状晶体，可能导致产品体，可能导致产品引脚的短路引脚的短路。LogoEOLTrim&Form（切筋成型）（切筋成型）Trim：将一条片的引线框架切割成单独的：将一条片的引线框架切割成单独的Unit（IC）的过程；）的过程；Form：对切筋后的：对切筋后的IC产品进行引脚成型，达到工艺需要求的形状，产品进行引脚成型，达到工艺需要求的形状，并放置进并放置进Tube或者或者Tray盘中；盘中；LogoEOLTrim&Form（切筋成型）（切筋成型）CuttingTool&FormingPunchCuttingDieStripperPadFormingDie1234LogoEOLFinalVisualInspection（第四道光检）（第四道光检）FinalVisualInspection-FVI在低倍放大镜下，对产品外观在低倍放大镜下，对产品外观进行检查。主要针对进行检查。主要针对EOL工艺工艺可能产生的废品：例如可能产生的废品：例如Molding缺陷，电镀缺陷和缺陷，电镀缺陷和Trim/Form缺陷等；缺陷等；LogoTheEndThankYou！Introduction of IC Assembly Process结束语结束语谢谢大家聆听！谢谢大家聆听！46