《IC封装技术》PPT课件.ppt
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1、IC IC 封裝製程簡介封裝製程簡介IC Assembly Process IntroductionIC Assembly Process IntroductionA.IC的活動鏈B.IC封裝之目的,演進及趨勢C.封裝體外型簡介D.封裝體構造E.IC 封裝流程F.可靠度及信賴性測試簡介IC的活動鏈IC封裝(電子構裝)之目的,演進及趨勢封裝之目的支撐產品實體滿足電子產品的電性功能及訊號傳輸的要求使產品得以散熱避免電路因熱受到損壞保護電路避免受到環境破壞IC封裝(電子構裝)之目的,演進及趨勢封裝之演進封裝之趨勢-輕、薄、短、小IC封裝(電子構裝)之目的,演進及趨勢電子構裝之分級IC黏著於電路板之型
2、態封裝體外型簡介-名詞釋意 DIP:Dual Inline Package ZIP:Zigzag Inline Package SIP:Single Inline Package(M)SOP(N,W):(Mini)Small Outline Package(Narrow,Wide)SSOP:Shrink Small Outline Package TSSOP:Thin Shrink Small Outline Package PLCC/CLCC:Plastic/Ceramic leadless chip carrier SOJ:Small Outline J-lead package TO:T
3、ransistor Outline Package SOT:Small Outline Transistor QFN:Quad Flat No-lead DFN:Dual Flat No-lead QFP:Quad Flat Package LQFP/TQFP:Low/Thin Flat Quad Flat Package CSP:Chip Size(Scale)Package WLCSP:Wafer Level Chip Size(Scale)Package BGA/PBA:Ball/Pin Grid Array TAB:Tape Automated Bonding封裝體外型簡介四方扁平封裝
4、(QFP)無引腳晶片載器(LCC)有引腳晶片塑膠載器(PLCC)雙排引腳封裝(DIP)薄小外形輪廓封裝(TSOP)單排引腳封裝(SIP)廠內封裝體SOT-23(1.45mm)3,5,6,8LTSOT-23(0.8mm)JSOT6,8LSOT-893,5LSOT-2233LSC-703L5LTO-2203L,5LTO-2633L,4L,5LTO-251TO-2523L,4L,5LTO-923L,M3L,M4LQFN(1.0mil)TQFN(0.8mil)DFN(1.0mil)TDFN(0.8mil)PunchSawKPAKDIPSOPMSOPSSOPTSSOPSOP-PSOPSSOPSOP-Ex
5、posed padMini-SOPTSSOPLQFP(1.6mm)TQFP(1.2mm)BGAWLCSP封裝體構造晶片晶片托盤黏粒Epoxy外引腳銲線:二銲點導通線材:Au,Cu,Al熱固型環氧樹脂晶片保護層銲線:一銲點IC封裝流程Wafer GrindingDie Attach(DA 黏晶)Epoxy Curing(EC 銀膠烘烤)Wire Bond(WB 銲線)Die Coating(DC 晶粒封膠)Plasma(Option)Molding(MD 封膠)Post Mold Cure(PMC 封膠後烘烤)Dejunk/Trim(DT 去膠去緯)Wafer Saw (WS 切割)Solder
6、 Plating(SP 錫鉛電鍍)Top Mark(TM 正面印碼)Forming/Singulation(FS 去框/成型)Scanning(Option)Dry PackingShippingIC封裝流程:全製程接單下線進料檢驗晶圓切割異常處理l由PC或Sales接到客戶訂單,檢查相關物料後下製造命令l接獲客戶之晶圓(晶片)後做進料檢驗l將晶片研磨至適當厚度l將整片晶圓上的晶片切成具有完整功能的單一晶粒晶片研磨IC封裝流程:細部概要說明二目視黏粒銀膠烘烤l切割完後針對切割品質做目檢l烘烤基板內之水氣l將單一晶粒黏到導線架上l利用熱將黏晶粒之銀膠固化以固定晶粒基板烘烤銲線點膠(選項)三目視l
7、清除表面污染物l以金線將晶片上之線路連結到導線架上l使用保護膠將晶粒表面覆蓋,使其免於被外部應力或放射線破壞l抽檢上述製造過程所產生的缺點電漿清洗(選項)100%目檢壓模去膠緯(SMD)除膠膜l將產品之內部線路以環氧樹脂(黑膠)保護起來l去除膠體邊緣多餘的黑渣及環繞膠體邊圓的金屬線(緯線,Dam bar)l去除溢出在導線架腳上的膠膜,以利導線架外部(外腳)的電鍍蓋印電鍍(植球)四目視-1l用油墨或雷射將產品品牌型號種類等相資料蓋或刻在膠體表面l將錫鉛電鍍於導線架外部(外腳)以保護其免於氧化及提供銲錫l檢查壓模到電鍍所有可能發生的缺點成型四目視-2品管驗收重工報廢報廢l將導線架外腳依銲接之需求做
8、成不同的外型尺寸l檢查壓模到成型的所有缺點(主要為成型)l出貨前之品質抽驗l依客戶或產品需求包裝成所需樣式出貨包裝出貨IC封裝流程:晶圓進料檢驗(Wafer income inspection)l目的:檢驗晶片來料品質,以判斷是否需做特殊製程及通知客戶l檢驗項目-文件,晶片數量,晶片刻號,Mapping File-缺點項目:1.CP缺點:探針痕跡過重、過大,刮傷,Ink不良 2.FAB問題:金屬橋接、斷裂,銲墊變色、未開窗 3.其他缺點:混料,破片,外物沾附l工具:顯微鏡,Z軸顯微鏡,Contact Angle儀器l製程目的:將晶片從背面磨至適當厚度,以符合相關封裝體之需求.l 研磨目的1.防
9、止翹曲(Warpage)2.平衡上下模流,防止灌不滿或保護層剝離3.薄型封裝需求:DIP-不磨;PLCC,QFP-19mil;TSOP,TQFP-12mil SOP15mill設備:Taping Machine,Grinder,De-taping Machinel材料:膠帶Tape(for taping and de-taping)l置具:晶舟盒(Wafer cassette)IC封裝流程:晶圓研磨(Wafer grinding)27mil12mill晶圓研磨步驟l將晶片正面黏貼在膠帶上l以平面砂輪在晶片背面研磨至設定厚度l除去膠帶,並將晶片退入Cassette內Wafer TapingWaf
10、er GrindingWafer de-tapingl 研磨膠帶(Grinding tape)1.目的:在研磨製程時作為保護功用 2.種類:UV Type和Non UV Type(Blue tape)3.重要特性:a.厚度:100250 m b.黏性:Non UV Type:20200 gf/20mm UV Type:350 gf/20mm(before)3 gf/20mm(after UV irradiation)4.研磨膠帶選用之考量:a.晶圓Ink的厚度或晶圓長突塊之高度 b.研磨之晶圓尺寸及研磨後之厚度 c.低殘膠低污染Grinding tapeDe-taping typeTaping
11、 Processl 研磨機(Grinder)研磨機的外型研磨的行程-1研磨的行程-2l 製程關鍵因素(Process key factor)1.貼片前須確認Ink之大小及高度,避免凸塊效應造成研磨破片.2.貼片機之切割刀需有壽命控制,以避免膠絲殘留造成研磨破片.3.粗磨砂輪需須定時整治清理,以控制表面粗糙度.4.研磨機之清潔需特別注意,避免殘留矽渣在Chuck table表面 造成研磨時破片.5.貼片及撕片時有靜電產生,注意ESD防護.6.晶圓貼片時需注意不得有氣泡殘留.IC封裝流程:晶圓貼片(Wafer mount)l製程目的:將晶片藉膠帶固定在晶圓環(wafer ring)上,以利後製程(
12、晶圓切割,黏晶)之操作.l設備:Taping Machinel材料:膠帶Tape(UV Type 和Non UV Type)重要特性:a.厚度:80150 m b.黏性:Non UV Type:50200 gf/20mm UV Type:1501000 gf/20mm(before)530 gf/20mm(after UV irradiation)c.擴張性:250350 m(5mm)l置具:晶舟盒(Wafer cassette)l 切割膠帶選用之考量 1.晶片大小 2.上片機之吸片強度 3.良好之擴張性 l製程目的:利用鑽石砂輪為將晶圓之上的晶(Die)割分.l設備:Saw Machinel
13、材料:切割刀(Blade)l置具:晶片彈匣(Wafer cassette)IC封裝流程:晶圓切割(Wafer saw,die saw,wafer cut)l晶片切割步驟l將晶片背面連同鐵環(固定用)黏貼在膠帶上l以100度左右溫度烘烤十分鐘可稍增加黏度(Blue tape)l連同Cassette送入切割機中,設定位置座標,進行切割,並以DI Water沖洗殘屑及Spin Dryl使用UV Tape需用UV光源照射以降低黏性,便於將晶粒取下Wafer MountBaking(Option)Wafer SawUV Release(Option)l 切割刀(Blade)1.種類Type:Z and
14、ZH type.2.組成:鑽石顆粒,結合劑,矽袋 3.重要特性:a.鑽石顆粒大小:切割能力,刀片壽命,正崩情形 b.鑽石的集中度(密度):刀片壽命,正崩 c.結合劑種類:正崩,切割能力,刀片壽命 4.切割刀選用之考量:產品種類,切割道寬度,晶片厚度(刀刃長度)l 切割機(Saw machine)Machine lay-out:l 切割方式及結構-1:l 切割方式及結構-2:l 切割方式及結構-3:l 切割道:1.切割刀中心線與實際切割中心線之偏差.2.切割道寬度,不含切割缺陷(chipping)3.實際切割道寬度4.切割道中心至晶粒邊緣之距離5.碎裂缺陷之深度(chipping size)l
15、切割站之異常:l 製程關鍵因素(Process key factor)1.Saw Blade Life Time Control及破損偵測功能 2.進刀速度,轉速及切穿次數-Die Crack 3.使用DI Water,減少晶片表面銲墊污染 4.DI Water中加入CO2以增高水阻值,降低ESD Issue 5.清洗水壓控制,以避免清洗不完全或應力破壞 6.清洗角度控制亦可減少矽粉殘留 7.Kerf Width Control(Blade thickness,進刀深度,進刀速度,轉速)l製程目的:將晶(Chip/Dies)依照所需之位置置於導線架(Lead Frame)上並用膠(Epoxy)
16、加以黏著固定。黏晶完成後之導線架則經由傳輸設備送至屬匣(Magazine)內,以送至下一製程進銲線。在此步驟中導線架提供晶黏著的位置,並預設有可延伸晶電的內、外引腳。導線架依同設計可有一個或個晶座l設備:Die bonder,ionizerl材料:基板或導線架(substrate or Leadframe),銀膠或絕緣 膠(Epoxy)l工具:點膠頭(Dispenser),頂針(Needle),吸嘴(Pick-up tool)l置具:彈匣(Magazine)IC封裝流程:上片,黏晶,黏片(die bond,die mount,die attach)l黏粒步驟l依BOM準備花架(基板)及銀膠l將
17、已切割完畢之Wafer及Cassette放入Die Bonder之進料區,並設定座標位置及讀入mapping資料l設備自動點適當膠量至Die Pad上並吸取晶粒壓於其上做接合l烘烤以將Epoxy固化,連結基座晶粒Material PrepareWafer PrepareDie BondEpoxy Curel黏粒製程準備1.花架/基板準備:產品封裝型態,Die Pad尺寸2.銀膠準備:回溫,震盪混合(離心脫泡),管制標簽3.Good Die資料抓取 a.Ink Die -調整光學讀取燈光強度 -一般取用未上Ink之Good Die -常因燈光強度或Ink濃淡而有誤取或漏取 b.Mapping -
18、使用電子檔案儲存存於磁片中,或連線傳送 -不因燈光或Ink而有誤差 -會因各廠家而有不同之檔案格式而需轉檔l 上片膠(Epoxy)組成:a.樹脂(Resin):會影響製程特性和化學反應性 b.催化劑(Curing agents):催化劑與樹脂不同的組合會影響 化學反應性,一般也稱為觸媒 c.填充劑(Fillers):影響製程特性,比如黏性及流動性還會 影響熱應力特性、熱傳導、機械強度和 電傳導性 d.稀釋劑(Diluent):在樹脂系統中可用來降低黏度的任何 物質。e.加速劑(Accelerators):縮短烘烤時間及烘烤溫度 l 工具:1.點膠頭(Dispenser):依據不同晶粒大小做設計
19、,使其在點膠 後晶粒mount上後不會包氣,並於擴散過 程中不至攀爬到晶粒表面 -主要選用因子:口徑大小,外型配置形狀 2.頂針(Needle):需依照不同的產品外型,特性,大小,膠帶的 特性,去設計選擇頂針的外型,數量及配置 位置 -主要選用因子:針數,Radius 3.吸嘴總成(Pick-up tool):依據不同晶粒大小做設計,選擇不 同尺寸的吸嘴(Rubber tip)-主要選用因子:晶粒尺寸,材質 l 上片機(Die bonder)Machine lay-out:Leadframe inputWafer elevatorMagazine output beltMagazine inp
20、ut beltMonitorDispenser systemIndexerWafer tableKeyboard and mouseWafer inspectionPick-up systemPost-bond inspectionMagazine elevatorl 上片製程:Dispense and attach l 上片製程:Ejector and pick-up l 上片站之異常:晶粒脫落,偏移膠量不足花架腳沾膠膠量過多晶粒正面沾膠l 製程關鍵因素(Process key factor)1.導線架或基板上料時之方向 2.點膠頭的出膠方式設計,控制膠量 3.吸嘴定期清理更換,以避免異物沾
21、附刮傷 4.膠量要控制,過多容易造成銀膠攀爬,污染晶粒表面;太少 則附著不良或引起可靠性問題 5.頂針選擇需注意針尖曲率,頂針數及受力位置 6.頂針壓力及頂出高度不宜造成Tape貫穿Crack 7.燈光調整需準確 8.黏粒位置需控制良好 IC封裝流程:上片烘烤(Curing)l製程目的:利用溫度將接著劑固化(聚合),並使其與晶粒及導線架或基板表面結合,使其固著於基座上l設備:烤箱Ovenl材料:氮氣(N2)l置具:彈匣(Magazine),彈匣托盤(Carrier)1.Normal Cure Epoxya.固化時間長12小時b.兩段式固化溫度c.成本低2.Snap Cure Epoxy a.C
22、ure時間短數十秒鐘三分鐘b.成本高3.Fast Cure Epoxya.Cure時間短510 Minutesb.成本高l 上片烘烤製程種類:l 製程關鍵因素(Process key factor)1.氮氣流量 2.迴風方式 3.擺放產品數量 4.擺放方向 l 烘烤異常事項 1.溫度不足:晶粒脫落 2.溫度過高:銀膠裂解,花架氧化 3.脫層Delaminationl製程目的:利用電漿之物理與化學雙特性有效去除leadframe,wafer,substrate表面有機物,無機物,光阻殘留以提升產品之良率;藉由Ar轟擊表面達到表面活化加強表面附著的能力.-WB前使用:去除die及基材表面之污染物,
23、藉以提升表 面共晶強度.-Molding前使用:清洗晶粒及基材表面,使molding compound附著良好,減少脫層之發生.l設備:Plasma cleanerl材料:需做表面清潔的產品,相關之氣體l置具:Plasma專用彈匣(Magazine)IC封裝流程:濺擊清潔(Plasma clean)l製程目的:依照線圖,利用熱及超音波,使用金(鋁/銅)線銲接於晶片上的銲墊及導線架或基板的銲墊上,連接內外部線路,使晶片得以與外界溝通l設備:Wire bonderl材料:金線,銅線或鋁線(鋁片)l工具:鋼嘴(capillary)l置具:彈匣(Magazine)IC封裝流程:銲線,打線(Wire b
24、ond)l銲線步驟l參照銲線圖設定銲線位置,並設定銲線參數l檢驗Wire pull,Ball shear,Bond Position,Loop Height,Ball sizel銲線機依照設定之程式,連續生產Program&ParameterBuy-offWire Bondl 銲線的種類及模式 1.銲線的種類Bonding mode:a.Thermocompression Process:temperature:350C b.Thermoultrasonic process:temperature:150250 C c.Ultrasonic process:temperature:Wire d
25、iameter。-對於 FA=0之鋼嘴,OR Wire diameter 之24倍。f.鋼嘴內孔之錐度 Inside chamfer angle“IDA”:-CDA值愈大,在Bonding時向下的分向力愈大,Bond force傳送到金線的力量也愈大;有較佳之銲接品質 -CDA值較小有利於Loop之成形,但較不利於Bond -對於fine pitch、low loop or long loop選用圓角,以利Looping -目前常使用有90及120g.成型內徑 Chamfer diameter“CD”:CD愈大,對First bond所形成之球愈大h.成型內徑之角度 Inner Chamfer
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