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1、封装制造工序,集成电路封装知识详解,集成电路的封装外型,半导体的产品很多，应用的场合非常广泛，半导体元件外型一般是以接腳形式或外型來划分类别 集成电路的外型种类很多，在电路板上常用的组装方式有二种，一种是插入电路板的焊孔，如DIP、PGA，另一种是貼附在电路板表面的焊垫上，如SOP、SOT、 QFP、 PLCC、BGA,集成电路的核心,从外观，只能看到的塑封体和引脚，而真正的的核心，是一片非常小的芯片，通过引脚与外部联系。下图是一片DIP封装的EPROM,它有一个 石英窗口 可以看见 内部芯片,集成电路的内部引线,用显微镜将內部的芯片放大，可以看到芯片上的金丝。就是这些金丝和引脚相连。,注意：
2、图中有一条金丝断裂，可以看见熔融的金球。那是使用不当引起电流过大而烧毀，致使电路失去功能。 这是电路失效原因之一,下面我们开始介绍集成电路的制造工序圆片流片完成并经过芯片测试部测试后开始,封装所需材料,外腿,封装树脂,金属引线,芯片,金属衬底,内腿,金 线,硅 圆,塑封树脂,引线框架,导电性粘接剂,封装的关键技术,外腿,封装树脂,金属引线,芯片,金属衬底,内腿,金线的焊接,硅圆的研磨与切割,引脚的成形,芯片的粘接固定,外腿电镀焊锡,树脂塑封,磨片减薄,圆片经过中测测试后首先要磨片 为了测试和运输时有一定的机械力，圆片厚度比较后，可是实际封入电路的芯片不能太厚，一般在50m 300m左右。 本工
3、序就是将背面多余的部分通过研磨的方法减薄。,1、贴保护胶带（taping）,4、清洗干燥 （Washing Drying ）,3、剥离保护胶带（detape）,2、背面研磨（Back Grind）,温水清洗,干燥,磨片减薄的工序流程,如果硅圆一开始就很薄将会是什么样呢？,只有50m厚时的硅圆,正常厚度的硅圆,粘片,研磨完的圆片很容易碎裂。这就要在圆片背面粘上一层薄膜，并置于框架上。 我们叫这一层薄膜为蓝膜（blue tape） 粘上圆片后整体也叫蓝膜 取了一部分管芯的圆片引申称为蓝膜,蓝膜 （Blue Tape）,蓝膜 （Blue Tape）,划片,芯片切割的目的是要将加工完成的圆片上一颗颗管
4、芯 （Die）切割分离。,主要的划片方法,金刚砂论法 将金刚砂轮片高速转动，切割圆片。其特点是高效率，残留应力低，是当前主要的切片方法。,金刚刀法 用金刚刀的尖角沿芯片边缘划沟，再利用芯片的脆性，用机械方法使其开裂分开。此法为最古老的方法。由于裂口易出现不规则，本法已基本被淘汰,激光刻蚀法 用大功率激光融化硅片，形成细沟痕，再用机械方法使其开裂分开。此法已发现残留应力高，现只用于特殊半导体的切片。,金刚砂轮切片原理,硅圆推进方向,旋转方向,金刚砂轮,硅 圆,固定粘胶带,支撑环,冷却水、切削水均使用纯水,高速旋转：30000rpm,金刚砂轮片的构造,金刚砂粒 直径2-6数微米 镍基材,硅圆 蓝膜
5、,金刚砂轮片厚度：约30m,金刚砂轮及砂轮片,金刚砂轮,金刚砂轮片,划片,划片后，一颗颗管芯井然有序的排列在蓝膜上，同时由于有框架的支撑可避免蓝膜褶皱而使芯片互相碰撞，框架撑住蓝膜也以便搬运。,切片前后对比,边缘崩裂,划片主要关注的是边缘崩裂！ 划片时要考虑晶体的各向异性。 要按晶向方向划片，否则会沿其自身解理面碎裂。,其它切割问题,引线框架的各部名称与作用,镀银（或金）区： 保证与金线的焊接性,外腿：与外部（印刷基板）连接用,内腿：与芯片连接,塑封范围,固定胶带：保证内腿不变形,小岛：固定芯片、接地、导热,孔穴：防止树脂剥离,连筋： 支撑引线 防止树脂外流,连筋： 支撑引线 防止树脂外流,引
6、线框架要求,保证与金线的焊接性,保证良好的导电性与导热性,保证与塑封树脂的结合强度,保证良好的机械强度,保证良好的尺寸精度,保证良好的加工性,单列，矩阵式引线框,一个引线框依不同的设计可以有数个die pad。通常排成一列，也有成矩阵式的多列排法。,引线框内腿缺陷,引线框对成品质量的影响,例： 客户在使用L503时候发现第一脚容易脱落。 我们分析了L503的引线框架 一脚的结合点太小，又是处于边缘 解决方法： 1、减小小岛面积 2、延长一脚长度,芯片粘接,将每个芯片逐个粘贴在引线框架的中央小岛部位 要求： 1）芯片与小岛间有强固的结合力，耐各种冲击。 2）芯片与小岛间有良好的导电性、导热性,主
7、要粘接方法,Au-Si合金熔接法 利用 Au 和 Si 在 370 时可形成共晶体的特点进行共晶熔接。 Pd-Sn合金焊接法 用 Pb Sn 合金薄膜作为中间层，在保护气氛中加热、进行熔融焊接。（AMD在其CPU中使用该方法） 导电胶粘接法 采用含有银粉的环氧树脂或聚酰胺树脂等热固性树脂，在常温下将芯片与小岛粘接，再加热固化处理。 通常用导电胶：Ag Paste（银浆） 也有使用不导电的胶水，叫不导胶,点胶,引线框经传输定位后，首先要在小岛预定黏著芯片的位置上点上胶（导电胶或不导胶）（此动作称为点胶），然后移至下一位置将芯片放置其上。,点胶,1、向浆罐中施加压力，从喷头挤出银浆。 喷头有单孔也
8、有多孔 2、喷头位置下降，接触到小岛，涂敷银浆。 3、涂敷后的引线框架被传送到下一道工序。,传送带,浆罐,喷头,银浆,支撑架,小岛,点胶设备,滴胶头,胶管,上芯装片,金属顶针将经过切割的晶圆上的芯片顶起，由带吸嘴的取放臂一颗一颗放置在已点胶的小岛上。 此动作称为上芯（Die Bond） 或者叫装片,取芯片,1,吸盘,芯片,蓝膜,1、用CCD照相机确认芯片位置，吸盘向芯片位置移动。 2、由下部伸出顶针，顶起胶带，使芯片突起，然后吸盘下降吸住芯片。 3、吸盘抓住芯片，向上提起。 4、顶针收回，硅圆托盘移动到下一个新片处。,上芯,1、吸盘移动到涂好银浆的引线框架小岛上方。 2、吸盘下降，将芯片覆于小
9、岛上,并加一定的力。 3、如果银浆的润湿性差的话，有时吸盘可以在施压的同时，X、Y方向发出震动。,2,3,1,设备,装片前后,引线框 上芯后,点胶、装片工艺,装片倾斜,导电胶过多,导电胶过少,装片正常,点胶正常,装片旋转,点胶装片异常实例,上芯导致的质量问题,上芯吸嘴沾污芯片表面。,在一批8010的测试过程中发现 电路第2脚对地电阻异常，阻值在812K，正常值为4M。,固化,导电胶在常温下是不会固化的。一般在干燥箱中进行高温固化。 根据粘接剂种类： 固化条件 150300、30秒2小时,目的：防止内腿铜表面的氧化,氮气等还原性气氛下,键合,键合前,键合后,用金属线(金线、铜线或铝线等）将芯片与
10、引线框架内腿互连起来。从而让集成电路的信号与外界沟通。,键合金丝,金丝有多细？ 直径20-50m,金丝和汗毛的对比,键合方式,超声-热压法原理,超声波是由压电性物质（PZT系压电陶瓷：钛酸盐，锆酸盐类）产生的。 所谓的压电性是指当给物质施加应力时，他会发生电解而产生电流，反之进行电解时物质会产生应力。,超声波的频率与施加电频率相同，且振动方向一定要与芯片表面平行，而压力与之垂直。,超声波-热压焊接法键合,当引线框传送至定位后，利用机器视觉技术来确定芯片上各个接点位置，然后做焊接动作。 键合时，以芯片上的PAD节点为第一焊点，內引脚上的节点为第二焊点。 首先將金丝烧结成小球，然后将小球压焊在第一
11、焊点上。 接着依设计好的路径拉金丝，最后将金丝压焊在第二焊点上，并拉断第二焊点与劈刀间的金丝。而完成一条金丝的焊接动作。接着重复上诉动作焊接下一条金丝。（键合速度: 每秒3-15次）,焊点,第一焊点 第二焊点,压点异常,正常 太厚 太薄 太大 太小 匙形,拖尾,正常,金丝球异常实例,金丝球根部断裂,第二压点处翘尾,第二压点断裂,金丝弧度异常,正常,不合格,高压空气,修正后,不良现象的修正方法,修正前,其它金丝弧度异常现象,塑 封,用环氧类热固型树脂，将芯片、金属引线（金线）、引线框架内腿等易受损的部分封装起来。以防止外部环境的影响和破坏。,人间 Human,环境 Environment,头发、
12、皮削唾液汗化粧,水分、灰尘、静电、紫外線、線,塑 封,过程 首先将焊接完成后的引线框置于框架上并预热，再将框架置于压模机的封装模上，此时预热好的树脂投入封装模上的树脂进料口。压模机压下，封闭上下模再将半溶化的树脂压入模中，待树脂充填满硬化后，开模取出成品。,塑 封,树脂块,传送带,液压缸,通道,注入口,排气口,塑封模具,先将树脂块传送到压缸下的位置，用射频加热等方法预热。再加热到融化温度（170-180）。然后在液压缸的挤压下，熔融状树脂通过通道灌入塑封模腔中，大约几十秒后，树脂失去流动性而凝固。,塑封过程,向树脂施压，将液态树脂 注入模腔中,待充满模腔后，保持压力 压力：约70kg/cm2
13、保持时间：60-150s,将工件和树脂安装在模具内 模具温度：170-180,取出产品,塑封模具,多连体模具,单连体模具,适用于大封装体,适用于小封装体,完成品,完成品,环氧塑封料组成,对塑封料的要求,问题与应对措施,气孔 浇口粘连 不完全充填 粘模 树脂溢出 基板倾斜 冲线,潮湿，料桶中的空气，注入方式 固化不充分，冷却时间 浇口堵塞，排气孔堵塞，流动过短 固化不足，润模不足 模具磨损，模具不平整，捏合不足 粘度过高，基板过大 粘度过大，注模速度过快/慢,各类塑封异常,金丝变形与流体速度,流体中圆柱体受力用下式表示：,其中： 是黏度 是流速 是比重 d 是圆柱体直径 l 是圆柱体长度,金丝形
14、变与注模时间,注模速度越快，作用于金丝上的力也越大金丝形变也越大。 注模速度过慢，塑料的硬化反应不断进行，黏度变高，金丝形变也越大。,金丝被冲断的案例1,下图是95833在塑封时金丝被冲断、冲乱后的X射线图,金丝被冲断的案例2,下图是1812因键合不良、在塑封时导致金丝在键合点被冲开后的X射线图,对电路开帽，可以看见键合点的不良情况,引线框及环境温度对质量的影响,07年、08年，每到冬天8951的合格率就明显下降。具体表现为某些管脚对地短路。,由于注模速度过慢，塑封料硬化黏度变高，托起引线框的小岛，或小岛倾斜，边缘和金丝接触。最终导致短路。 见如下示意图：,解决方法：1、采用下沉小岛 2、减小
15、小岛面积,应力导致塑封体分层导致开路现象,用超声波对电路分层情况进行分析。 用电子显微镜对金丝球情况进行分析。,塑封对电路影响的实例,5251实验的主要目的： 封装对中心点偏移两和离散性的影响 中测从库房里取一片已经测过的圆片，再次测试其过充检测电压点，并控制在4.3150.015V以内 。 封装完成后取样100颗，测量其过充检测电压，统计分布区间，在4.2750.030V。 结论： 封装后中心点比封装前小40mV。离散性从原来的15mV扩大到30mV。,后固化,塑封后，树脂虽已成固态，但固化并不完全。还要进行彻底的固化处理。固化是在保温箱中进行。 根据不同的要求，温度从120度到180度，时
16、间从4小时到24小时不等。,大气气氛下,切 筋,引线框架的各腿是用筋连接着的，起支撑引线作用。封装后，连筋已完成任务，本工序是将其连筋冲掉。,连筋,切筋前后,切筋前,切筋后,去飞边,去除外引线上的树脂飞边和氧化层，便于镀锡。 气体去飞边用玻璃微珠在高压空气带动下冲击外引线部分。 液体去飞边用水和磨料（Al2O3）代替玻璃微珠冲击外引线部分。,电镀焊锡,为了保证在二级封装时顺利地与印刷极板焊接，要对引线外腿进行可焊性Sn-Pb合金镀层的电镀。合金组成一般为Sn-20%Pb、镀层厚度为7.5-15m。,去飞边电镀前,去飞边电镀后,电镀焊锡,一般采用电化学镀锡，有碱性电镀和酸性电镀。酸性电镀利用率高
17、，速度快，室温下就能进行。 现在有无铅电镀，就是在镀层中不包含铅等有毒金属物质。,电镀原理,将预镀件放入含有锡和铅金属离子的电解溶液中，并把预镀件作为阴极，通电后，锡和铅金属离子在阴极表面得到电子还原成金属原子，使预镀件（外腿）表面形成可焊性Sn-Pb合金镀层。,阴极反应： Sn2+ + 2e = Sn Pb2+ + 2e = Pb 阳极反应： Sn - 2e = Sn2+ Pb - 2e = Pb2+,电镀流程,流程：上挂具碱脱脂酸洗镀锡中和热纯水洗净干燥卸料,打 印,打印在IC封装过程中也是相当重要的，往往会有因为印字不清晰或字迹断裂而遭致退货重新打印的情形。 打印的方式有下列几种：、油墨打印。、激光刻印（laser mark）：使用激光直接在塑封体上刻印。,两种打印方式效果,油墨打印 激光打印,成 型,切掉不要的部分，对外腿进行弯曲加工,切掉不要部分,弯曲加工,成 形 前,外腿加工方法,切筋不良导致管脚异常,下图是切筋不良导致管脚异常现象可以很明显看到管脚向下偏移,分析为产品在轨道中落料时，由于轨道卡料引起管脚有下塌、偏位现象 结果导致在采用回流焊时发生虚焊等焊接不良的情况,外观检查,要求：在防静电条件下用显微镜检查,长度,端面不齐,包装,用铝箔袋封闭，以防吸收水分 托盘要有防静电效果等 要整齐放入，稳定性好,至此封装工序全部完成,成品出厂,