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1、微电子制造概论,元器件互连技术,IC封装的4种重要功能,1.保护使其免于外界环境与人工操作的破坏。 2.信号进入芯片、从芯片输出的之内连线。 3.对芯片实质上之固持。 4.散热。,传统装配与封装,图 20.1,典型的IC封装体,图 20.2,IC封装有关之设计限制,表 20.1,IC封装之层级,图 20.3,传统式装配,背面研磨 分片 装架 引线键合,背面研磨制程之示意图,图 20.4,晶圆锯与已切割之晶圆,图 20.5,典型用于装架之导线架,图 20.6,环氧基树脂之芯片粘帖,图 20.7,连接带从导线架中的移除,图 20.15,金-硅低共熔性接着,图 20.8,从芯片接合垫到导线架之引线键
2、合 WireBounding,图 20.9,引线键合芯片至导线架,照片 20.1,热压接合之示意图,图 20.10,超声波焊线接合之顺序,图 20.11,热声波球接合,图 20.12,焊线拉伸测试,图 20.13,传统封装,塑胶封装 陶瓷封装,TO款式之金属封装,图 20.14,DIP封装（Dual In-line Package），也叫双列直插式封装技术，双入线封装，DRAM的一种元件封装形式。,图 20.16A,单列直插封装SIP,图 20.16B,TSOP是“Thin Small Outline Package”的缩写，意思是薄型小尺寸封装。,图 20.16C,双排引脚封装存储器模块DI
3、MM （Dual-Inline-Memory-Modules ）,图 20.16D,QFP（Quad Flat Pockage）为四侧引脚扁平封装是表面贴装型封装之一，引脚从四个侧面引出呈海鸥翼(L)型。,图 20.16E,PLCC(Plastic Leaded Chip Carrier),带引线的塑料芯片载体,图 20.16F,无引脚芯片载器LCC,图 20.16G,多层板耐高温陶瓷制程之顺序,图 20.17,陶瓷针脚格状阵列,(Photo courtesy of Advanced Micro Devices),照片 20.2,CERDIP封装陶瓷双列直插,图 20.18,用于IC封装之测试
4、插座,图 20.19,先进装配与封装,倒装芯片FlipChip 球栅阵列 (BGA) 板上芯片 (COB) 卷带式自动接合 (TAB) 多芯片模块 (MCM) 芯片尺寸级封装 (CSP) 晶圆级封装,FlipChip封装,图 20.20,在晶圆接合垫上之C4焊接凸块,图 20.21,用于覆晶之环氧基树脂底部填胶,图 20.22,覆晶面积阵列之焊接凸块与 焊线接合之比较,图 20.23,球栅阵列之芯片BGA Ball grid array,照片 20.3,球栅阵列,图 20.24,板上芯片 (COB， chip on board),图 20.25,卷带式自动接合TAB,图 20.26,多芯片模块
5、,图 20.27,先前封装之趋势,Redrawn from S. Winkler, “Advanced IC Packaging Markets and Trends,” Solid State Technology (June 1998): p. 63.,图 20.28,单位 (百万),芯片尺寸级封装之变化,表 20.2,晶圆后封装,具C4凸块之单晶片,图 20.29,C4凸块晶圆,(Photo courtesy of Advanced Micro Devices),照片 20.4,晶圆级封装之设计概念,Redrawn from V. DiCaprio, M. Liebhard, and L
6、. Smith, “The Evolution of a New Wafer-Level Chip-Size Package,” Chip Scale Review (May/June 1999).,图 20.30,标准测试流程与 晶圆级封装测试流程间的比较,图 20.31,晶圆级封装之特征与优点,表 20.3,芯片互连和封装小测试,什么是引线键合？引线键合有哪两种类型，分别适合什么线？ 什么是TAB？TAB相对引线键合的优缺点是什么？ 什么是FlipChip？FC相对引线键合的优缺点是什么？,指出下列封装的类型,LED生产和制造,LED结构 LED芯片生产 LED封装 LED应用,LED结构
7、-插装式,LED（Light Emitting Diode，发光二极）芯片是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。LED的心脏是一个半导体的芯片，芯片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个芯片被环氧树脂封装起来。,贴片式LED：3528,5050,LED芯片,LED芯片：是led灯的核心组件，也就是指的P-N结。其主要功能是：把电能转化为光能。半导体芯片由两部分组成，一部分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个P-N结。当电流通过导线作用于这个芯片的时候，电子就会被推向P区，在
8、P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED发光的原理。而光的波长也就是光的颜色，是由形成P-N结的材料决定的。,LED芯片的分类,用途：根据用途分为大功率led芯片、小功率led芯片两种； 颜色：主要分为三种：红色、绿色、蓝色（制作白光的原料）； 形状：一般分为方片、圆片两种； 大小：小功率的芯片一般分为8mil、9mil、12mil、14mil等,LED芯片结构,传统正装的LED 蓝宝石衬底的蓝光芯片电极在芯片出光面上的位置如图1所示。由于p型GaN掺杂困难，当前普遍采用p型GaN上制备金属透明电极的方法，从而使电流扩散，以达到均匀发光的目的。,LED芯片生产工艺,首先
9、在衬底上制作氮化镓（GaN）基的外延片(外延片)，外延片所需的材料源(碳化硅SiC)和各种高纯的气体如氢气H2或氩气Ar等惰性气体作为载体之后，按照工艺的要求就可以逐步把外延片做好。接下来是对LED-PN结的两个电极进行加工，并对LED毛片进行减薄，划片。然后对毛片进行测试和分选，就可以得到所需的LED芯片,MOCVD是利用气相反应物（前驱物）及族的有机金属和族的NH3在衬底表面进行反应，将所需的产物沉积在衬底表面。通过控制温度、压力、反应物浓度和种类比例，从而控制镀膜成分、晶相等品质。MOCVD外延炉是制作LED外延片最常用的设备。,然后是对LED PN结的两个电极进行加工，电极加工也是制作
10、LED芯片的关键工序，包括清洗、蒸镀、黄光、化学蚀刻、熔合、研磨；然后对LED毛片进行划片、测试和分选，就可以得到所需的LED芯片。如果芯片清洗不够干净，蒸镀系统不正常，会导致蒸镀出来的金属层（指蚀刻后的电极）会有脱落，金属层外观变色，金泡等异常。,包装好的LED芯片,LED封装,1. LED的封装的任务 是将外引线连接到LED芯片的电极上，同时保护好LED芯片，并且起到提高光取出效率的作用。关键工序有装架、压焊、封装。 2. LED封装形式 LED封装形式可以说是五花八门，主要根据不同的应用场合采用相应的外形尺寸，散热对策和出光效果。LED按封装形式分类有Lamp-LED、TOP-LED、S
11、ide-LED、SMD-LED、High-Power-LED等。,LED封装工艺,1.芯片检验 镜检：材料表面是否有机械损伤及麻点麻坑（lockhill） 芯片尺寸及电极大小是否符合工艺要求 电极图案是否完整 2扩片 由于LED芯片在划片后依然排列紧密间距很小（约0.1mm），不利于后工序的操作。我们采用扩片机对黏结芯片的膜进行扩张，是LED芯片的间距拉伸到约0.6mm。也可以采用手工扩张，但很容易造成芯片掉落浪费等不良问题。,3.点胶 在LED支架的相应位置点上银胶或绝缘胶。（对于GaAs、SiC导电衬底，具有背面电极的红光、黄光、黄绿芯片，采用银胶。对于蓝宝石绝缘衬底的蓝光、绿光LED芯片
12、，采用绝缘胶来固定芯片。） 工艺难点在于点胶量的控制，在胶体高度、点胶位置均有详细的工艺要求。 由于银胶和绝缘胶在贮存和使用均有严格的要求，银胶的醒料、搅拌、使用时间都是工艺上必须注意的事项。,4.备胶 和点胶相反，备胶是用备胶机先把银胶涂在LED背面电极上，然后把背部带银胶的LED安装在LED支架上。备胶的效率远高于点胶，但不是所有产品均适用备胶工艺。 5.手工刺片 将扩张后LED芯片（备胶或未备胶）安置在刺片台的夹具上，LED支架放在夹具底下，在显微镜下用针将LED芯片一个一个刺到相应的位置上。手工刺片和自动装架相比有一个好处，便于随时更换不同的芯片，适用于需要安装多种芯片的产品.,6.自
13、动装架 自动装架其实是结合了沾胶（点胶）和安装芯片两大步骤，先在LED支架上点上银胶（绝缘胶），然后用真空吸嘴将LED芯片吸起移动位置，再安置在相应的支架位置上。 自动装架在工艺上主要要熟悉设备操作编程，同时对设备的沾胶及安装精度进行调整。在吸嘴的选用上尽量选用胶木吸嘴，防止对LED芯片表面的损伤，特别是兰、绿色芯片必须用胶木的。因为钢嘴会划伤芯片表面的电流扩散层。 7.烧结 烧结的目的是使银胶固化，烧结要求对温度进行监控，防止批次性不良。 银胶烧结的温度一般控制在150，烧结时间2小时。根据实际情况可以调整到170，1小时。 绝缘胶一般150，1小时。 银胶烧结烘箱的必须按工艺要求隔2小时（
14、或1小时）打开更换烧结的产品，中间不得随意打开。烧结烘箱不得再其他用途，防止污染。,8.压焊 压焊的目的将电极引到LED芯片上，完成产品内外引线的连接工作。 LED的压焊工艺有金丝球焊和铝丝压焊两种。右图是铝丝压焊的过程，先在LED芯片电极上压上第一点，再将铝丝拉到相应的支架上方，压上第二点后扯断铝丝。金丝球焊过程则在压第一点前先烧个球，其余过程类似。 9.点胶封装 LED的封装主要有点胶、灌封、模压三种。基本上工艺控制的难点是气泡、多缺料、黑点。设计上主要是对材料的选型，选用结合良好的环氧和支架。（一般的LED无法通过气密性试验） 如右图所示的TOP-LED和Side-LED适用点胶封装。手
15、动点胶封装对操作水平要求很高（特别是白光LED），主要难点是对点胶量的控制，因为环氧在使用过程中会变稠。白光LED的点胶还存在荧光粉沉淀导致出光色差的问题。,10.灌胶封装 Lamp-LED的封装采用灌封的形式。灌封的过程是先在LED成型模腔内注入液态环氧，然后插入压焊好的LED支架，放入烘箱让环氧固化后，将LED从模腔中脱出即成型。 11.模压封装 将压焊好的LED支架放入模具中，将上下两副模具用液压机合模并抽真空，将固态环氧放入注胶道的入口加热用液压顶杆压入模具胶道中，环氧顺着胶道进入各个LED成型槽中并固化。,12.固化与后固化 固化是指封装环氧的固化，一般环氧固化条件在135，1小时。模压封装一般在150，4分钟。 13.后固化 后固化是为了让环氧充分固化，同时对LED进行热老化。后固化对于提高环氧与支架（PCB）的粘接强度非常重要。一般条件为120，4小时。 14.切筋和划片 由于LED在生产中是连在一起的（不是单个），Lamp封装LED采用切筋切断LED支架的连筋。SMD-LED则是在一片PCB板上，需要划片机来完成分离工作。,15.测试 测试LED的光电参数、检验外形尺寸，同时根据客户要求对LED产品进行分选。 16.包装 将成品进行计数包装。超高亮LED需要防静电包装。,LED应用,