BGA封装工艺简介1-ln课件

BGA封装工艺简介1BGA封装工艺简介11BGAPackage

StructureTOP/BottomVIEWSIDEVIEWBGAPackageStructureTOP/Bott2TypicalAssemblyProcessFlowFOL/前段EOL/中段Reflow/回流EOL/后段FinalTest/测试TypicalAssemblyProcessFlow3FOL–FrontofLine前段工艺BackGrinding磨片Wafer晶圆WaferMount晶圆安装WaferSaw晶圆切割WaferWash晶圆清洗DieAttach芯片粘接EpoxyCure银浆固化WireBond引线焊接Optical检验Optical检验EOLFOL–FrontofLine前段工艺BackWafe4FOL–FrontofLineWafer【Wafer】晶圆……FOL–FrontofLineWafer【Waf5FOL–BackGrinding背面减薄Taping粘膜BackGrinding磨片De-Taping去胶带将从晶圆厂出来的Wafer进行背面研磨，来减薄晶圆达到

封装需要的厚度（5mils~10mils）；磨片时，需要在正面（ActiveArea）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；FOL–BackGrinding背面减薄TapingBa6FOL–WaferSaw晶圆切割WaferMount晶圆安装WaferSaw晶圆切割WaferWash清洗目的：将晶圆粘贴在蓝膜（Tape）上，使得即使被切割开后，不会散落；通过SawBlade将整片Wafer切割成一个个独立的Dice，方便后面的DieAttach等工序；WaferWash主要清洗Saw时候产生的各种粉尘，清洁Wafer；FOL–WaferSaw晶圆切割WaferMountW7FOL–BackGrinding背面减薄FRAMETAPEWAFERFOL–BackGrinding背面减薄FRAMETAP8FOL–WaferSaw晶圆切割WaferSawMachineSawBlade(切割刀片)：LifeTime：900~1500M；

SpindlierSpeed：30~50Krpm：FeedSpeed：30~50/s;FOL–WaferSaw晶圆切割WaferSawMa9FOL–OpticalInspection主要是针对WaferSaw之后在显微镜下进行Wafer的外观检查，是否有出现不良产品。ChippingDie

崩边FOL–OpticalInspection主要是针对Wa10FOL–DieAttach芯片粘接WriteEpoxyDieAttachEpoxyCureEpoxyStorage：

零下50度存放；EpoxyAging：

使用之前回温，除去气泡；EpoxyWriting：

点银浆于L/F的Pad上，Pattern可选；FOL–DieAttach芯片粘接WriteEpox11FOL–DieAttach芯片粘接芯片拾取过程：

1、EjectorPin从wafer下方的Mylar顶起芯片，使之便于

脱离蓝膜；

2、Collect/Pickuphead从上方吸起芯片，完成从Wafer

到L/F的运输过程；

3、Collect以一定的力将芯片Bond在点有银浆的L/F

的Pad上，具体位置可控；

4、BondHeadResolution：

X-0.2um；Y-0.5um；Z-1.25um；

5、BondHeadSpeed：1.3m/s；FOL–DieAttach芯片粘接芯片拾取过程：

1、12FOL–DieAttach芯片粘接EpoxyWrite：

Coverage>75%;DieAttach：

Placement<0.05mm;FOL–DieAttach芯片粘接EpoxyWrit13DieBond

(DieAttach)上片BONDHEADSUBSTRATEEPOXYEPOXYCURE(DIEBONDCURE)FOL–DieAttach芯片粘接DieBond(DieAttach)BONDHEAD14FOL–EpoxyCure银浆固化，检验银浆固化：175°C，1个小时；

N2环境，防止氧化：DieShear（芯片剪切力）FOL–EpoxyCure银浆固化，检验银浆固化：Di15FOL–WireBonding引线焊接利用高纯度的金线（Au）、铜线（Cu）或铝线（Al）把Pad

和Lead通过焊接的方法连接起来。Pad是芯片上电路的外接

点，Lead是LeadFrame上的连接点。W/B是封装工艺中最为关键的一部工艺。FOL–WireBonding引线焊接利用高纯度的金线16FOL–WireBonding引线焊接【GoldWire】焊接金线实现芯片和外部引线框架的电性和物

理连接；金线采用的是99.99%的高纯度金；同时，出于成本考虑，目前有采用铜

线和铝线工艺的。铜铝线优点是成本降低，同时工艺难度加大，良率降低；线径决定可传导的电流；0.8mil，

1.0mil，1.3mils，1.5mils和2.0mils；FOL–WireBonding引线焊接【GoldWi17FOL–WireBonding引线焊接KeyWords：Capillary：陶瓷劈刀。W/B工艺中最核心的一个BondingTool，内部为空心，中间穿上金线，并分别在芯片的Pad和LeadFrame的Lead上形成第一和第二焊点；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，将外露于Capillary前端的金线高温熔化成球形，以便在Pad上形成第一焊点（BondBall）；BondBall：第一焊点。指金线在Cap的作用下，在Pad上形成的焊接点，一般为一个球形；Wedge：第二焊点。指金线在Cap的作用下，在LeadFrame上形成的焊接点，一般为月牙形（或者鱼尾形）；W/B四要素：压力（Force）、超声（USGPower）、时间（Time）、温度（Temperature）；FOL–WireBonding引线焊接KeyWord18FOL–WireBonding引线焊接陶瓷的Capillary内穿金线，并且在EFO的作用下，高温烧球；金线在Cap施加的一定压力和超声的作用下，形成BondBall；金线在Cap施加的一定压力作用下，形成Wedge；FOL–WireBonding引线焊接陶瓷的Capil19FOL–WireBonding引线焊接EFO打火杆在磁嘴前烧球Cap下降到芯片的Pad上，加Force和Power形成第一焊点Cap牵引金线上升Cap运动轨迹形成良好的WireLoopCap下降到LeadFrame形成焊接Cap侧向划开，将金线切断，形成鱼尾Cap上提，完成一次动作FOL–WireBonding引线焊接EFO打火杆在磁20FOL–WireBonding引线焊接WireBond的质量控制：WirePull、StitchPull（金线颈部和尾部拉力）BallShear（金球推力）WireLoop（金线弧高）BallThickness（金球厚度）CraterTest（弹坑测试）Intermetallic（金属间化合物测试）SizeThicknessFOL–WireBonding引线焊接WireBon21FOL–OpticalInspection检查检查DieAttach和WireBond之后有无各种废品FOL–OpticalInspection检查检查Die22正常品正常品23MaterialProblemMaterialProblem24

Peeling1stBondFail(I)Peeling1stBondFail(I)25BallLift1stBondFail(II)

BallLiftBallLift1stBondFail(II)Ba26

NeckCrack1stBondFail(III)NeckCrack1stBondFail(III27OffCenter1stBondFail(IV)

OffCenterBallOffCenter1stBondFail(IV)O281stBondFail(V)SmashBallSmashBall1stBondFail(V)SmashBallSma29WithWeldWireCapillaryMarkMissingWeldWireBrokenLeadBondingWeldInspection：WeldDetectionWithWeldWireCapillaryMarkMis302ndBondFail(II)縫點脫落2ndBondFail(II)縫點脫落31

LoopingFail(WireShortI)WireShortLoopingFail(WireShortI)Wir32LoopingFail(WireShortII)LoopBaseBendWireShortLoopingFail(WireShortII)Loo33LoopingFail(WireShortIII)ExcessiveLoop

WireShortLoopingFail(WireShortIII)Ex34EOL–EndofLine后段工艺Molding注塑EOLLaserMark激光打字PMC高温固化BallAttach植球Test测试Singulation切单

FVI终检Packing包装EOL–EndofLine后段工艺MoldingEOL35EOL–Molding（注塑）【MoldCompound】塑封料/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

模剂，染色剂，阻燃剂等）；主要功能为：在熔融状态下将Die和金丝等包裹起来，提供物理和电气保护，防止外界干扰；存放条件：零下5°保存，常温下需回温24小时；EOL–Molding（注塑）【MoldCompound36EOL–Molding（注塑）为了防止外部环境的冲击，利用EMC

把WireBonding完成后的产品封装起

来的过程，并需要加热硬化。BeforeMoldingAfterMoldingEOL–Molding（注塑）为了防止外部环境的冲击，利用37EOL–Molding（注塑）EMC（塑封料）为黑色/白色块状，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。Molding参数：

MoldingTemp：175~185°C；ClampPressure：3000~4000N；

TransferPressure：1000~1500Psi；TransferTime：5~15s；

CureTime：60~120s；TopchaseAirventBottomchaseCavitySubstratePlungerPotGateinsertRunnerCompoundBottomcullblockTopcullblockMolding

SIDEVIEW上顶式注塑EOL–Molding（注塑）EMC（塑封料）为黑色/白色38EOL–Molding（注塑）：下压式注塑-基板置于模具Cavity中，模具合模。-块状EMC放入模具注浇口中-高温下，EMC开始熔化，顺着轨道流向Cavity中-从底部开始，逐渐覆盖芯片-完全覆盖包裹完毕，成型固化EOL–Molding（注塑）：下压式注塑-基板置于模具C39EOL–Molding（注塑）常見之Molding缺陷充填不良(IncompleteFill)黏膜(Sticking)氣孔(Void/Blister)金線歪斜(WireSweep)晶片座偏移(PadShift)表面針孔(RoughSurfaceinPinHole)流痕(FlowMark)溢膠(ResinBleed)EOL–Molding（注塑）常見之Molding缺40EOL–PostMoldCure（模后固化）用于Molding后塑封料的固化，保护产品内部结构，消除内部应力。

CureTemp：175+/-5°C；CureTime：4—8HrsESPECOven4hrsEOL–PostMoldCure（模后固化）用于Mol41EOL–LaserMark（激光打字）在产品（Package）的正面或者背面激光刻字。内容有：产品名称，生产日期，生产批次等；BeforeAfterEOL–LaserMark（激光打字）在产品（Packa42EOL–BallAttach

植球植球前之產品植球完成之產品EOL–BallAttach植球植球前之產品植球完成43EOL–BallAttach

植球MOTOROLABGAMSA-250-APLUS植球機EOL–BallAttach植球MOTOROLAB44EOL–BallAttach

植球CONCEPTRONICHVC-155迴銲爐EOL–BallAttach植球CONCEPTRON45VACUUMBALLATTACHTOOLSOLDERBALLFLUXFLUXPRINTINGBALLATTACHREFLOWEOL–BallAttach

植球VACUUMBALLATTACHTOOLSOLDERB46BallREFLOW

参数EOL–BallAttach

植球BallREFLOW参数EOL–BallAttach47REFLOW

PROFILEEOL–BallAttach

植球REFLOWPROFILEEOL–BallAttac48EOL–Singulation將整條CLAER完畢之SUBSTRATE產品，切割成單顆的正式BGA產品SawSpindleEOL–Singulation將整條CLAER完畢之SU49EOL–SingulationASMBG-289

切割机：將整條CLAER完畢之SUBSTRATE產品，切割成單顆的正式BGA產品EOL–SingulationASMBG-289切割50EOL–Singulation切单前之產品切单完成之產品EOL–Singulation切单前之產品切单完成之產品51EOL–Test测试：根据测试程式检测产品的功能、元器件的连接情况等EOL–Test测试：根据测试程式检测产品的功能、元器52EOL–FinalVisualInspection（终检）FinalVisualInspection-FVI在低倍放大镜下，对产品外观进行检查。主要针对EOL工艺可能产生的废品：例如Molding缺陷，切单缺陷和植球缺陷等；EOL–FinalVisualInspection（终53EOL–Packing包装：按照一定的批次数量等装箱出货Ttay盘抽真空纸箱EOL–Packing包装：按照一定的批次数量等装箱出54TheEndThankYou！IntroductionofICAssemblyProcessTheEndIntroductionofICAsse55BGA封装工艺简介1BGA封装工艺简介156BGAPackage

StructureTOP/BottomVIEWSIDEVIEWBGAPackageStructureTOP/Bott57TypicalAssemblyProcessFlowFOL/前段EOL/中段Reflow/回流EOL/后段FinalTest/测试TypicalAssemblyProcessFlow58FOL–FrontofLine前段工艺BackGrinding磨片Wafer晶圆WaferMount晶圆安装WaferSaw晶圆切割WaferWash晶圆清洗DieAttach芯片粘接EpoxyCure银浆固化WireBond引线焊接Optical检验Optical检验EOLFOL–FrontofLine前段工艺BackWafe59FOL–FrontofLineWafer【Wafer】晶圆……FOL–FrontofLineWafer【Waf60FOL–BackGrinding背面减薄Taping粘膜BackGrinding磨片De-Taping去胶带将从晶圆厂出来的Wafer进行背面研磨，来减薄晶圆达到

封装需要的厚度（5mils~10mils）；磨片时，需要在正面（ActiveArea）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；FOL–BackGrinding背面减薄TapingBa61FOL–WaferSaw晶圆切割WaferMount晶圆安装WaferSaw晶圆切割WaferWash清洗目的：将晶圆粘贴在蓝膜（Tape）上，使得即使被切割开后，不会散落；通过SawBlade将整片Wafer切割成一个个独立的Dice，方便后面的DieAttach等工序；WaferWash主要清洗Saw时候产生的各种粉尘，清洁Wafer；FOL–WaferSaw晶圆切割WaferMountW62FOL–BackGrinding背面减薄FRAMETAPEWAFERFOL–BackGrinding背面减薄FRAMETAP63FOL–WaferSaw晶圆切割WaferSawMachineSawBlade(切割刀片)：LifeTime：900~1500M；

SpindlierSpeed：30~50Krpm：FeedSpeed：30~50/s;FOL–WaferSaw晶圆切割WaferSawMa64FOL–OpticalInspection主要是针对WaferSaw之后在显微镜下进行Wafer的外观检查，是否有出现不良产品。ChippingDie

崩边FOL–OpticalInspection主要是针对Wa65FOL–DieAttach芯片粘接WriteEpoxyDieAttachEpoxyCureEpoxyStorage：

零下50度存放；EpoxyAging：

使用之前回温，除去气泡；EpoxyWriting：

点银浆于L/F的Pad上，Pattern可选；FOL–DieAttach芯片粘接WriteEpox66FOL–DieAttach芯片粘接芯片拾取过程：

1、EjectorPin从wafer下方的Mylar顶起芯片，使之便于

脱离蓝膜；

2、Collect/Pickuphead从上方吸起芯片，完成从Wafer

到L/F的运输过程；

3、Collect以一定的力将芯片Bond在点有银浆的L/F

的Pad上，具体位置可控；

4、BondHeadResolution：

X-0.2um；Y-0.5um；Z-1.25um；

5、BondHeadSpeed：1.3m/s；FOL–DieAttach芯片粘接芯片拾取过程：

1、67FOL–DieAttach芯片粘接EpoxyWrite：

Coverage>75%;DieAttach：

Placement<0.05mm;FOL–DieAttach芯片粘接EpoxyWrit68DieBond

(DieAttach)上片BONDHEADSUBSTRATEEPOXYEPOXYCURE(DIEBONDCURE)FOL–DieAttach芯片粘接DieBond(DieAttach)BONDHEAD69FOL–EpoxyCure银浆固化，检验银浆固化：175°C，1个小时；

N2环境，防止氧化：DieShear（芯片剪切力）FOL–EpoxyCure银浆固化，检验银浆固化：Di70FOL–WireBonding引线焊接利用高纯度的金线（Au）、铜线（Cu）或铝线（Al）把Pad

和Lead通过焊接的方法连接起来。Pad是芯片上电路的外接

点，Lead是LeadFrame上的连接点。W/B是封装工艺中最为关键的一部工艺。FOL–WireBonding引线焊接利用高纯度的金线71FOL–WireBonding引线焊接【GoldWire】焊接金线实现芯片和外部引线框架的电性和物

理连接；金线采用的是99.99%的高纯度金；同时，出于成本考虑，目前有采用铜

线和铝线工艺的。铜铝线优点是成本降低，同时工艺难度加大，良率降低；线径决定可传导的电流；0.8mil，

1.0mil，1.3mils，1.5mils和2.0mils；FOL–WireBonding引线焊接【GoldWi72FOL–WireBonding引线焊接KeyWords：Capillary：陶瓷劈刀。W/B工艺中最核心的一个BondingTool，内部为空心，中间穿上金线，并分别在芯片的Pad和LeadFrame的Lead上形成第一和第二焊点；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，将外露于Capillary前端的金线高温熔化成球形，以便在Pad上形成第一焊点（BondBall）；BondBall：第一焊点。指金线在Cap的作用下，在Pad上形成的焊接点，一般为一个球形；Wedge：第二焊点。指金线在Cap的作用下，在LeadFrame上形成的焊接点，一般为月牙形（或者鱼尾形）；W/B四要素：压力（Force）、超声（USGPower）、时间（Time）、温度（Temperature）；FOL–WireBonding引线焊接KeyWord73FOL–WireBonding引线焊接陶瓷的Capillary内穿金线，并且在EFO的作用下，高温烧球；金线在Cap施加的一定压力和超声的作用下，形成BondBall；金线在Cap施加的一定压力作用下，形成Wedge；FOL–WireBonding引线焊接陶瓷的Capil74FOL–WireBonding引线焊接EFO打火杆在磁嘴前烧球Cap下降到芯片的Pad上，加Force和Power形成第一焊点Cap牵引金线上升Cap运动轨迹形成良好的WireLoopCap下降到LeadFrame形成焊接Cap侧向划开，将金线切断，形成鱼尾Cap上提，完成一次动作FOL–WireBonding引线焊接EFO打火杆在磁75FOL–WireBonding引线焊接WireBond的质量控制：WirePull、StitchPull（金线颈部和尾部拉力）BallShear（金球推力）WireLoop（金线弧高）BallThickness（金球厚度）CraterTest（弹坑测试）Intermetallic（金属间化合物测试）SizeThicknessFOL–WireBonding引线焊接WireBon76FOL–OpticalInspection检查检查DieAttach和WireBond之后有无各种废品FOL–OpticalInspection检查检查Die77正常品正常品78MaterialProblemMaterialProblem79

Peeling1stBondFail(I)Peeling1stBondFail(I)80BallLift1stBondFail(II)

BallLiftBallLift1stBondFail(II)Ba81

NeckCrack1stBondFail(III)NeckCrack1stBondFail(III82OffCenter1stBondFail(IV)

OffCenterBallOffCenter1stBondFail(IV)O831stBondFail(V)SmashBallSmashBall1stBondFail(V)SmashBallSma84WithWeldWireCapillaryMarkMissingWeldWireBrokenLeadBondingWeldInspection：WeldDetectionWithWeldWireCapillaryMarkMis852ndBondFail(II)縫點脫落2ndBondFail(II)縫點脫落86

LoopingFail(WireShortI)WireShortLoopingFail(WireShortI)Wir87LoopingFail(WireShortII)LoopBaseBendWireShortLoopingFail(WireShortII)Loo88LoopingFail(WireShortIII)ExcessiveLoop

WireShortLoopingFail(WireShortIII)Ex89EOL–EndofLine后段工艺Molding注塑EOLLaserMark激光打字PMC高温固化BallAttach植球Test测试Singulation切单

FVI终检Packing包装EOL–EndofLine后段工艺MoldingEOL90EOL–Molding（注塑）【MoldCompound】塑封料/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

模剂，染色剂，阻燃剂等）；主要功能为：在熔融状态下将Die和金丝等包裹起来，提供物理和电气保护，防止外界干扰；存放条件：零下5°保存，常温下需回温24小时；EOL–Molding（注塑）【MoldCompound91EOL–Molding（注塑）为了防止外部环境的冲击，利用EMC

把WireBonding完成后的产品封装起

来的过程，并需要加热硬化。BeforeMoldingAfterMoldingEOL–Molding（注塑）为了防止外部环境的冲击，利用92EOL–Molding（注塑）EMC（塑封料）为黑色/白色块状，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。Molding参数：

MoldingTemp：175~185°C；ClampPressure：3000~4000N；

TransferPressure：1000~1500Psi；TransferTime：5~15s；

CureTime：60~120s；TopchaseAirventBottomchaseCavitySubstratePlungerPotGateinsertRunnerCompoundBottomcullblockTopcullblockMolding

SIDEVIEW上顶式注塑EOL–Molding（注塑）EMC（塑封料）为黑色/白色93EOL–Molding（注塑）：下压式注塑-基板置于模具Cavity中，模具合模。-块状EMC放入模具注浇口中-高温下，EMC开始熔化，顺着轨道流向Cavity中-从底部开始，逐渐覆盖芯片-完全覆盖包裹完毕，成型固化EOL–Molding（注塑）：下压式注塑-基板置于模具C94EOL–Molding（注塑）常見之Molding缺陷充填不良(IncompleteFill)黏膜(Sticking)氣孔(Void/Blister)金線歪斜(WireSweep)晶片座偏移(PadShift)表面針孔(RoughSurfaceinPinHole)流痕(FlowMark)溢膠(ResinBleed)EOL–Molding（注塑）常見之Molding缺95EOL–PostM