集成电路封装知识简介

1、封装制程简介晶粒测试及切割 长 晶晶圆切割设计导线架 测试 封裝 制造 光罩 晶圆光罩设计逻辑设计封 裝化学品 CADCAE材料设备仪器資金人力資源服务支援货运海关科学圆区成品测试IC产业体系Wire, Solder, Tape, Underfill Material什么是电子封裝电子封装乃是将前制程加工完成后所提供晶圆中之每一顆IC晶粒独立分离，并外接信号线至导线架上而予以包覆，使其最終形成與外界電源相連之通路。Wafer(晶圓):外觀為一圓薄盤,底材為Si,一面長有微細電路Die, Chip(晶粒): 呈方形,附於wafer上互相連接,每個之間均隔 有寬線(切割道),排列如下名詞簡釋Die

2、, Chip檢測製程封膠製程最終產品構 裝 製 程 簡 介黏晶製程銲線製程晶圓切割半 導 體 製 程Oxidization(氧化處理)Lithography(石板印刷)Etching(蝕刻)Diffusion Ion Implantation(擴散離子植入)Deposition(沉澱)Wafer Inspection(晶圓檢查)Dicing(晶圓切割)Mounting(黏晶)Bonding(銲線)Molding(封膠) Testing(測試)Wafer Cutting(晶圓切斷)Wafer Grinding(晶圓研磨)Forming(成型)Marking(打字)Trimming(修剪)IC製造

3、開始前段結束後段構裝開始製造完成Wafer FABAssy & F/test三 種 不 同 的 連 接 方 式Wire BondingFlip ChipBondingTABBonding封 裝 之 目 的從現在起傳統之構裝1. 保護元件2. 連接3. 散熱4. 協助測試 低成本/高可靠度 小而薄之塑膠構裝1. 電子連接與隔離2. I/O 位置標準化3. 散熱4. 協助測試5. 保護元件 元件至最後系統 模擬與評估 給與最佳之封裝組合封 裝 型 式資料來源：Michael Pecht, “Integrated Circuit, Hybrid, and Multichip Module Packa

4、ge Design Guidelines,” pp. 50-51Packaging Evolution1970s Dual-in-line packaging (DIPS)1980s Quad flat packaging (QFP)1990s Ball Grid arrays (BGA)2000s Single level integrated module (SLIM)Figure. Packaging EvolutionPackaging EvolutionFigure. Single-Chip Packaging Evolution leading to Multichip Packa

5、gingIC 元 件 和 封 裝 趨 勢Prepared by:Peng xu dongTSOP封装流程介绍内容：封装外观尺寸TSOP II 54LD的内部构造工艺流程前道工艺贴膜 WTP研磨 GRD抛光 Polish上片 W-M揭膜 WDP目检 V-I切割 SAW清洗 DWC紫外线照射 U-V切割后检查 PSI晶片粘结 DBD银胶固化 CRG打线结合 WBD打线后检查 PBI 主要内容后道工艺塑封 MLD塑封后固化 PMC背印 BMK正印 PTP切筋 TRM电镀 SDP电镀后烘烤 APB切筋成型 T-F引脚检查 LSI烘烤（去湿) UBK最终目检 FVI包装 P-K出货检查 OQC入库 W-

6、H封装外观尺寸SMICSMICTSOPTSOP II 54LD内部构造ItemsThickness (mm) NominalThickness (mils)Package thickness (A4)1.00039.37Lead frame thick (A2)0.1275Lead frame materialAlloy 42A42Die thickness (A1)0.27911Tape thickness(A6)0.1004Down set Depth (DS)0.0502(A7)0.2108Top balance (A5)0.25410Bottom balance(A3)0.2389.3

7、7A5A5A2DSA1A6A7A3A5 工艺流程（前道工艺）晶圆表面贴膜(WTP)晶圆保护膜背面正面定义：在晶圆的表面贴上一层保护膜目的：在晶圆背部研磨过程中，对晶圆表面电路提供保护主要失效：1. 切割毛边 （cut burr）2. 双层胶带（double tape）3. 胶带脱落（tape peeling）4. 外来物（F/M under protective tape ）5. 气泡（Bubble ）设备与材料：贴膜机：待定胶带：待定主要控制参数：贴膜压力贴膜速度贴膜温度定义：研磨晶圆的背面，减薄晶圆厚度目的：根据封装尺寸要求，减薄晶圆厚度到芯片规定厚度主要失效：1. 晶圆碎裂 （wafer

8、 broken）2. 边缘破损（edge chipping）收集数据：1. 表面粗糙度2. 表面平整度3. 最终厚度设备与材料：研磨机研磨轮去离子水主要控制参数：主轴转速吸盘转速进给速度晶圆初始厚度晶圆目标厚度粗磨量精磨量晶圆背面研磨(GRD)晶圆背面研磨轮真空吸盘 工艺流程（前道工艺）定义：抛光研磨过的晶圆背面目的：减少晶圆研磨时产生的加工应力。主要失效：1. 晶圆碎裂 （wafer broken）2. 边缘破损（edge chipping）收集数据：1. 表面粗糙度2. 表面平整度3. 最终厚度设备与材料：抛光机抛光轮抛光剂去离子水主要控制参数：主轴转速吸盘转速抛光步骤抛光压力抛光时间抛光

9、剂流量晶圆背面真空吸盘抛光轮*选项: 晶圆背面抛光(POLISHING) 工艺流程（前道工艺）抛光的影响 工艺流程（前道工艺）抛光表面 抛光后，研磨痕迹完全被消除； Pitch mark of grind wheel was removed after polishing. 能减小操作中晶圆损坏的风险。 Damage and handling risk were reduced. 定义：在晶圆背面贴一层膜把晶圆固定在晶圆框架上。目的：便于芯片切割和芯片焊接。主要失效：1. 气泡 （bubble）2. 外来物（F/M under protective tape ）设备与材料：上片机滚轮胶带主要控

10、制参数：上片压力上片速度上片温度上片(W-M)晶圆背面真空吸盘侧面图（示意图）正面图晶圆框架晶圆框架晶圆框架晶圆 工艺流程（前道工艺）上片后图片定义：去掉晶圆表面的保护膜主要失效：1. 晶圆碎裂 （wafer broken） 设备与材料：去膜机滚轮去膜胶带主要控制参数：去膜压力去膜速度去膜温度晶圆正面侧面图（示意图）真空吸盘滚轮保护膜去膜(WDP) 工艺流程（前道工艺）目检(V-I)设备与材料：厚度测量仪粗糙度测量仪显微镜主要控制参数：NA定义：研磨后检查目的：检查研磨质量检查主要内容：晶圆厚度研磨（抛光）后晶圆粗糙度废品 工艺流程（前道工艺）定义：切割晶圆，将IC分离开主要失效：见PSI废品

11、标准设备与材料：切割机刀片去离子水主要控制参数：晶圆厚度芯片尺寸胶带型号刀片型号刀片转速切割高度切割速度测高频率真空吸盘刀片芯片切割(SAW) 工艺流程（前道工艺）芯片切割后图片检查主要内容：晶圆mount方向是否与键合图一致芯片名称，芯片ID是否与键合图所示相符废品刮痕Scratch腐蚀Pad Corrosion 金属镀层的短路Metallization bridging 刮划Scribe裂纹Crack碎片Chipping金属镀层的附着Metallization adherence 金属镀层的气孔Metallization void玻璃钝化保护层失效 Glassivation defect

12、外来物质Foreign material 设备与材料：高倍显微镜主要控制参数：NA切割后检查(PSI) 工艺流程（前道工艺）传统银胶粘结工艺设备与材料：粘片机银胶/胶带框架吸嘴顶针主要机器参数：拣片力粘结力粘结时间拣片时间粘结温度点胶压力顶针速度顶针高度晶片粘结(Die Bonding)框架加热银胶胶带胶带粘结工艺固化固化 工艺流程（前道工艺）DBD Simulation晶片粘结(Die Bonding)芯片银胶主要工艺参数：BLTDie tiltFillet heightWettingDie placementDie shearBLTFillet heightDie Tilt框架焊盘芯片银胶

13、所有兰色区域为WettingX1X2Y2Y1Die placement X=(X2-X1)/2Die placement Y=(Y2-Y1)/2 工艺流程（前道工艺）打线结合(Wire Bonding)Bonding PadL/F PadEpoxyGold WireInner LeadDie(Chip) Tie BarDie 俯视图正视图 工艺流程（前道工艺）Wb Simulation设备与材料：打线机金线劈刀主要机器参数：超声波功率焊接压力焊接持续的时间焊接温度打线结合(Wire Bonding)主要工艺参数：ball shear testwire pull testball bond si

14、zeBall placementPad Cractering Test Loop Height Test Reject(see PBI reject criteria)见下页图示 工艺流程（前道工艺）打线后图片打线结合(Wire Bonding)Loop Height推力拉力Wire pull testBall shear testX2X1Y2Y1Ball placement testBall placement X=(X2-X1)/2Ball placement Y=(Y2-Y1)/2 工艺流程（前道工艺）检查主要内容：实际连线是否与键合图一致芯片名称，芯片ID是否与键合图所示相符废品带墨点

15、的芯片/边缘的芯片 Ink Die / Edge Die擦痕Scratches芯片碎削Die Chip芯片碎削导致芯片有裂纹碎裂Die Crack芯片位置Die placement芯片翘起Die Tilt浸渍Wetting环氧浸渍气孔Epoxy Void在芯片/引脚上的环氧树脂Epoxy on die/lead外来物在芯片上Foreign material on die外来物在引脚上Foreign material on lead引线框架氧化Lead frame Discoloration设备与材料：高倍显微镜主要控制参数：NA打线后检查(PBI) 工艺流程（前道工艺）检查主要内容：废品Tie

16、 Bar 弯折Bent Tie Bar引线框架弯折受损Bent Frame引脚短路Lead Short引脚损伤(内引脚或外引脚)Bent lead引线断裂Broken Wire漏丝Missing Wire有受损的引线Damaged Wire重叠连接的错误Re-bonding Defect丝尾Wire Tail线交叉Wire Cross金线线环高度Loop Height引线下塌Sagging Wire金球或焊接短路Ball bond short to metallization or ball bond short引线短路Wire Short焊接尺寸Bond size too big or to

17、o small打线后检查(PBI) 工艺流程（前道工艺）Mold的定义:用热硬化性树脂(Compound)将D/B,W/B结束后的半成品封装成型的过程。Mold工艺的目的电子连接与隔离I/O位置标准化便于热量散发保护元件协助测试 工艺流程（后道Mold） Mold使用的材料: 直接材料： 已焊好芯片和金线的半成品 (图 1) 塑封料 Compound (图 2)(图 1)(图 2) 间接材料： 清模胶，脱模胶，脱模剂 工艺流程（后道Mold） Mold 设备 工艺流程（后道Mold）推片L/F进料 抓片 (In pick up)FeederShifterStageLoadingUn-loadi

18、ngCarrier (Degating) 抓片 (pick up)放片出料封装成型 Molding Mold 的工艺流程 工艺流程（后道Mold） Mold 的重要参数：(参照OI文件） 温度 Temperature:1755oC 塑封时间 Cure Time55120S 合模压力 Package Pressure4060T 注塑时间 Transfer Time515S 注塑压力 Transfer Pressure12T 预热时间 Preheat Time 28S 工艺流程（后道Mold） 注塑封装过程：1. Put product into buttom chaseButtom chasep

19、roductCompoundPlunger2. Put compound into plunger pot3. Closed molding & InjectingTop chaseMold gate4. Open mold & Take product outBottom chase 工艺流程（后道Mold） Mold后集成块外型图框架 Lead frame料饼Mold Cull塑封本体Package 工艺流程（后道Mold） 工艺流程（后道PMC） Post Mold Cure的定义及作用:后固化是将产品放置于高温烘箱内进行烘烤，使塑封料固化更彻底并与芯片及框架结合更紧密，以提高产品的可靠

20、性和稳定性 工艺流程（后道Marking）Marking的定义及作用: Marking就是在在封装模块的顶表面印上去不掉的、字迹清楚的字母和标识，包括制造商的信息、国家、器件代码等 。其主要的目的是为了识别并可跟踪。 SMICTSOP 54IImarking 工艺流程（后道Marking）Marking的方法:油墨印字（ink marking):工艺过程有点象敲橡皮图章，因为一般确实是用橡胶来刻制打码所用的标识。油墨通常是高分子化合物，常常是基于环氧或酚醛的聚合物，需要进行热固化，或使用紫外光固化。 激光印字（laser marking):激光印码是利用激光技术在模块表面刻写标识。 Ink m

21、arkLaser markLaser mark on surface 工艺流程（后道Marking）Ink marking的特性:对模块表面要求比较高，若模块表面有沾污现象，油墨就不易印上去。油墨比较容易被擦去。 加工后需要用加热或紫外光的方式进行固化。CompoundInternal CrosslinkingAdsorptionDiffusionReactive CrossbridgeInk 油墨 工艺流程（后道Marking）Laser marking的特性:对模块表面的要求相对较低。不易被擦去 。不需要后固化工序。 激光印码的缺点是它的字迹较淡 。 工艺流程（后道Trim）Trim的定义

22、及作用:切除引脚之间的连筋，使引脚与引脚分离连筋 Dambar 工艺流程（后道Solder Plating）Solder Plating - SDPPlating 的定义:用电化学的方法使金属或非金属制品表面沉积出一层金属的过程。 Solder Plating工艺的目的提供易焊表面增强抗腐蚀能力增强导电性改善外观 工艺流程（后道Solder Plating）DI Rinse I / Air Wipe Auto LoaderElectric DegreaseHPWJRinse I / Air Wipe Activation(Cu/A42)Descaling(Cu/A42)上料软化MF,EE,去油

23、脂冲洗,吹干去除MF,EE去除氧化物活化金属表面DI Rinse II / Air WipePlating IPlating IIPlating IIITin lead D/O Rinse/ Air WipeWater SaverRinse /Air Wipe电镀 流程 作用流程 作用冲洗,吹干 DI Spray Rinse III Hot DI Spray RinseAir knivesHot Air DryerAuto UnloaderBelt StripperStripper D/O Rinse热DI水冲洗吹干产品烘干产品下料去除皮带上 的焊料Belt Spray RinseBelt A

24、ir KnivesBelt Hot Air DryerLoader吹干皮带烘干皮带皮带产品无铅Annealing退火按要求送到下道工序Pre-Dipping 冲洗,吹干预浸冲洗,吹干冲洗,吹干冲洗,吹干冲洗,吹干冲洗,吹干 工艺流程（后道Solder Plating）Solder Plating电镀 - SDP原材料:纯锡球；前处理药水（电解除胶液，电解褪银剂，）电镀液（电镀酸，电镀锡，添加剂），后处理药水（中和液），褪镀液。 配置条件大于3M的去离子水自来水压缩空气抽风电 工艺流程（后道Solder Plating）Solder Plating电镀- SDP控制参数: 溶液浓度；温度；电流；

25、电压；常见问题掉片撞片产品污染厚度问题 工艺流程（后道Solder Plating）Solder Plating电镀- SDP设备检查:上料检查下料 检查上料位置检查液位检查传动机构检查钢带夹子检查清洗系统检查吹风系统检查 工艺流程（后道Solder Plating）Solder Plating Visual Inspection电镀检验- SPI目的:检查电镀后产品的外观质量和镀层厚度，合金含量设备:10-40X显微镜X-RF X-RAY测厚仪防静电手套，指套 工艺流程（后道Solder Plating）Solder Plating Visual Inspection电镀检验- SPI方式: A。人眼通过显微镜来检查产品的外观缺陷 B。通过仪器的射线穿透反射来检查镀层厚度和组份 C。产品全检；产品抽检；厚度测量常见缺陷:MISSING PL