IC封装工艺简介 2

IntroductionofICAssemblyProcess

IC封装工艺简介IntroductionofICAssemblyProcess一、概念

半导体芯片封装是指利用膜技术及细微加工技术，将芯片及其他要素在框架或基板上布局、粘贴固定及连接，引出接线端子并通过可塑性绝缘介质灌封固定，构成整体立体结构的工艺。此概念为狭义的封装定义。更广义的封装是指封装工程，将封装体与基板连接固定，装配成完整的系统或电子设备，并确保整个系统综合性能的工程。将前面的两个定义结合起来构成广义的封装概念。半导体封装的目的及作用

第一，保护：半导体芯片的生产车间都有非常严格的生产条件控制，恒定的温度（230±3℃）、恒定的湿度（50±10%）、严格的空气尘埃颗粒度控制（一般介于1K到10K）及严格的静电保护措施，裸露的装芯片只有在这种严格的环境控制下才不会失效。但是，我们所生活的周围环境完全不可能具备这种条件，低温可能会有-40℃、高温可能会有60℃、湿度可能达到100%，如果是汽车产品，其工作温度可能高达120℃以上，为了要保护芯片，所以我们需要封装。第二，支撑：支撑有两个作用，一是支撑芯片，将芯片固定好便于电路的连接，二是封装完成以后，形成一定的外形以支撑整个器件、使得整个器件不易损坏。半导体封装的目的及作用第三，连接：连接的作用是将芯片的电极和外界的电路连通。引脚用于和外界电路连通，金线则将引脚和芯片的电路连接起来。载片台用于承载芯片，环氧树脂粘合剂用于将芯片粘贴在载片台上，引脚用于支撑整个器件，而塑封体则起到固定及保护作用。第四，可靠性：任何封装都需要形成一定的可靠性，这是整个封装工艺中最重要的衡量指标。原始的芯片离开特定的生存环境后就会损毁，需要封装。芯片的工作寿命，主要决于对封装材料和封装工艺的选择。ICProcessFlowCustomer客户ICDesignIC设计WaferFab晶圆制造WaferProbe晶圆测试Assembly&TestIC封装测试SMTIC组装ICPackage（IC的封装形式）Package--封装体：指芯片（Die）和不同类型的框架（L/F）和塑封料（EMC）形成的不同外形的封装体。ICPackage种类很多，可以按以下标准分类：按封装材料划分为：金属封装、陶瓷封装、塑料封装按照和PCB板连接方式分为：PTH封装和SMT封装按照封装外型可分为：SOT、SOIC、TSSOP、QFN、QFP、BGA、CSP等；ICPackage（IC的封装形式）

按封装材料划分为：

金属封装陶瓷封装塑料封装金属封装主要用于军工或航天技术，无商业化产品；陶瓷封装优于金属封装，也用于军事产品，占少量商业化市场；塑料封装用于消费电子，因为其成本低，工艺简单，可靠性高而占有绝大部分的市场份额；ICPackage（IC的封装形式）按与PCB板的连接方式划分为：

PTHSMTPTH-PinThroughHole,通孔式；SMT-SurfaceMountTechnology，表面贴装式。目前市面上大部分IC均采为SMT式的SMTICPackage（IC的封装形式）按封装外型可分为：SOT、QFN

、SOIC、TSSOP、QFP、BGA、CSP等；决定封装形式的两个关键因素:封装效率。芯片面积/封装面积，尽量接近1:1；引脚数。引脚数越多，越高级，但是工艺难度也相应增加；其中，CSP由于采用了FlipChip技术和裸片封装，达到了

芯片面积/封装面积=1:1，为目前最高级的技术；封装形式和工艺逐步高级和复杂ICPackage（IC的封装形式）

QFN—QuadFlatNo-leadPackage四方无引脚扁平封装SOIC—SmallOutlineIC小外形IC封装TSSOP—ThinSmallShrinkOutlinePackage薄小外形封装QFP—QuadFlatPackage四方引脚扁平式封装BGA—BallGridArrayPackage球栅阵列式封装CSP—ChipScalePackage芯片尺寸级封装ICPackageStructure（IC结构图图）TOPVIEWSIDEVIEWLeadFrame引线框框架GoldWire金线线DiePad芯片焊焊盘Epoxy银浆MoldCompound塑封料料RawMaterialinAssembly(封装原原材料料)【Wafer】】晶圆晶圆是是指硅硅半导导体集集成电电路制制作所所用的的硅晶晶片，，由于于其形形状为为圆形形，故故称为为晶圆圆；在在硅晶晶片上上可加加工制制作成成各种种电路路元件件结构构，而而成为为有特特定电电性功功能之之IC产品。。RawMaterialinAssembly(封装原原材料料)【LeadFrame】引线框框架提供电电路连连接和和Die的固定定作用用；主要材材料为为铜，，会在在上面面进行行镀银银、NiPdAu等材料；L/F的制程有Etch和Stamp两种；易氧化，存存放于氮气气柜中，湿湿度小于于40%RH;除了BGA和CSP外，其他Package都会采用LeadFrame，BGA采用的是Substrate；RawMaterialinAssembly(封装原材料料)【GoldWire】焊接金线实现芯片和和外部引线线框架的电电性和物理理连接；金线采用的的是99.99%的高纯度金金；同时，出于于成本考虑虑，目前有有采用铜线线和铝线工工艺的。优优点是成本本降低，同同时时工艺难度度加大，良良率降低；；线径决定可可传导的电电流；0.8mil，1.0mil，1.3mils，1.5mils和2.0mils；RawMaterialinAssembly(封装原材料料)【MoldCompound】塑封料/环氧树脂主要成分为为：环氧树树脂及各种种添加剂（（固化剂，，改性剂，，脱模模剂，，染色剂，，阻燃剂等等）；主要功能为为：在熔融融状态下将将Die和LeadFrame包裹起来，，提提供物理理和电气保保护，防止止外界干扰扰；存放条件：：零下5°保存，常温温下需回温温24小时；RawMaterialinAssembly(封装原材料料)成分为环氧氧树脂填充充金属粉末末（Ag）；有三个作用用：将Die固定在DiePad上；散散热热作用，导导电作用；；-50°以下存放，，使用之前前回温24小时；【Epoxy】银浆---环氧树脂TypicalAssemblyProcessFlowFOL/前段EOL/中段Plating/电镀EOL/后段FinalTest/测试FOL–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2ndOptical第二道光检检3rdOptical第三道光检检EOLFOL–BackGrinding磨片Taping粘胶带BackGrinding磨片De-Taping去胶带将从晶圆厂厂出来的Wafer晶圆进行背背面研磨，，来减薄晶晶圆达达到封封装需要的的厚度（8mils~10mils）；磨片时，需需要在正面面（ActiveArea）贴胶带保保护电路区区域同同时研磨背背面。研磨磨之后，去去除胶带，，测量厚度度；FOL–WaferSaw晶圆切割WaferMount晶圆安装WaferSaw晶圆切割WaferWash清洗将晶圆粘贴贴在蓝膜（（Mylar）上，使得得即使被切切割开后，，不会散落落；通过SawBlade将整片Wafer切割成一个个个独立的的Dice，方便后面面的DieAttach等工序；WaferWash主要清洗Saw时候产生的的各种粉尘尘，清洁Wafer；FOL–WaferSaw晶圆切割WaferSawMachineSawBlade(切割刀片)：LifeTime：900~1500M；SpindlierSpeed：30~50Krpm：FeedSpeed：30~50/s;FOL–2ndOpticalInspection二光检查主要是针对对WaferSaw之后在显微微镜下进行行Wafer的外观检查查，是否有有出现废品品。ChippingDie崩边FOL–DieAttach芯片粘接WriteEpoxy点环氧树脂脂DieAttach芯片粘接EpoxyCure环氧树脂固固化EpoxyStorage：

零下50度存放；使用之前回回温，除去去气泡；EpoxyWriting：

点银浆浆于L/F的Pad上，Pattern可选；第一步：顶顶针从蓝膜膜下面将芯芯片往上顶顶、同时真真空吸嘴将将芯片往上上吸，将芯芯片与膜蓝蓝脱离。FOL–DieAttach芯片粘接第二步：将将液态环氧氧树脂涂到到引线框架架的台载片片台上。FOL–DieAttach芯片粘接第三步：将将芯片粘贴贴到涂好环环氧树脂的的引线框架架上。FOL–DieAttach芯片粘接FOL–EpoxyCure环氧树脂固化环氧树脂固固化：-175°°C，1个小时；N2环境，防止止氧化：DieAttach质量检查：：DieShear（芯片剪切切力）FOL–WireBonding引线焊接利用高纯度度的金线（（Au）、铜线线（Cu）或铝线（（Al）把Pad和引线通过过焊接的方方法连接起起来。Pad是芯片上电电路的外接接点，引线线是引线框框架上的连连接点。。引线焊接是是封装工艺艺中最为关关键的一部部工艺。FOL–WireBonding引线焊接KeyWords：Capillary：陶瓷劈刀。。W/B工艺中最核心心的一个BondingTool，内部为空心心，中间穿上上金线，并分分别在芯片的的Pad和引线框架的引线上形成成第一和第二二焊点；EFO：打火杆。用用于在形成第第一焊点时的的烧球。打火火杆打火形成成高温，将外外露于Capillary前端的金线高高温熔化成球球形，以便在在Pad上形成第一焊焊点（BondBall）；BondBall：第一一焊点点。指指金线线在Cap的作用用下，，在Pad上形形成成的的焊焊接接点点，，一一般般为为一一个个球球形形；；Wedge：第第二二焊焊点点。。指指金金线线在在Cap的作作用用下下，，在在LeadFrame上形形成成的的焊焊接接点点，，一一般般为为月月牙牙形形（（或或者者鱼鱼尾尾形形））；；W/B四要要素素：：压压力力（（Force）、、超超声声（（USGPower）、、时时间间（（Time）、、温温度度（（Temperature）；；FOL––WireBonding引线线焊焊接接EFO打火火杆杆在在磁磁嘴嘴前前烧烧球球Cap下降降到到芯芯片片的的Pad上，，加加Force和Power形成成第第一一焊焊点点Cap牵引引金金线线上上升升Cap运动动轨轨迹迹形形成成良良好好的的WireLoopCap下降降到到LeadFrame形成成焊焊接接Cap侧向向划划开开，，将将金金线线切切断断，，形形成成鱼鱼尾尾Cap上提提，，完完成成一一次次动动作作FOL––WireBonding引线线焊焊接接WireBond的质质量量控控制制：：WirePull、StitchPull（金线颈颈部和尾尾部拉力力）BallShear（金球推推力）WireLoop（金线弧弧高）BallThickness（金球厚厚度）CraterTest（弹坑测测试）Intermetallic（金属间间化合物物测试））SizeThicknessFOL––3rdOpticalInspection三光检查查检查DieAttach和WireBond之后有无无各种废废品EOL––EndofLine后段工艺艺Molding注塑EOLLaserMark激光打字字PMC高温固化化De-flash/Plating去溢料/电镀Trim/Form切筋/成型4thOptical第四道光光检Annealing电镀退退火EOL–Molding（注塑塑）为了防防止外外部环环境的的冲击击，利利用塑塑封料料把引线线键合合完成成后的的产品品封装装起来来的的过程程，并并需要要加热热硬化化。BeforeMoldingAfterMoldingEOL–Molding（注塑塑）MoldingTool（模具具）EMC（塑封封料））为黑黑色块块状，，低温温存储储，使使用前前需先先回温温。其其特性性为：：在高高温下下先处处于熔熔融状状态，，然后后会逐逐渐硬硬化，，最终终成型型。Molding参数：：MoldingTemp：175~185°C；ClampPressure：3000~4000N；TransferPressure：1000~1500Psi；TransferTime：5~15s；CureTime：60~120s；CavityL/FL/FEOL–Molding（注塑）MoldingCycle-块状塑封料料放入模具具孔中-高温下，塑塑封料开始始熔化，顺顺着轨道流流向孔穴中中-从底部开始始，逐渐覆覆盖芯片-完全覆盖包包裹完毕，，成型固化化EOL–LaserMark（激光打字字）在产品（Package）的正面或或者背面激激光刻字。。内容有：：产品名称称，生产日日期，生产产批次等；；BeforeAfterEOL–PostMoldCure（模后固化化）用于Molding后塑封料的的固化，保保护IC内部结构，，消除内部部应力。CureTemp：175+/-5°C；CureTime：8HrsESPECOven4hrsEOL–De-flash（去溢料））BeforeAfter目的：去溢料的目的在于于去除模具具后在管体体周围引线线之间多多余余的溢料；；

方法：：弱酸浸泡泡，高压水水冲洗；EOL–Plating（电镀）BeforePlatingAfterPlating利用金属和和化学的方方法，在引引线框架的的表面镀镀上一层层镀层，以以防止外界界环境的影影响（潮湿湿和和热热）。并且且使元器件件在PCB板上容易焊焊接及提提高导电电性。电镀一般有两两种类型：Pb-Free：无铅电镀，，采用的是>99.95%的高纯度度的的锡（Tin），为目前普普遍采用的技技术，符合Rohs的要求；Tin-Lead：铅锡合金。。Tin占85%，Lead占15%，由于不符合合Rohs，目前基本被被淘汰；EOL–PostAnnealingBake（电镀退火））目的：让无无铅电镀后的的产品在高温温下烘烤一段段时间，目的的在于消消除电镀层层潜在的晶须须生长的问题题;条件：150+/-5C;2Hrs；晶须晶须，是指锡锡在长时间的的潮湿环境和和温度变化环环境下生长出出的一种须状状晶体，可能能导致产品引引脚的短路。EOL–Trim&Form（切筋成型））Trim：将一条片的的引线框架切切割成单独的的Unit（IC）的过程；Form：对切筋后的的IC产品进行引脚脚成型，达到到工艺需要求求的形状，并并放放置进Tube或者Tray盘中；EOL–Trim&Form（切筋成型））CuttingTool&FormingPunchCuttingDieStripperPadFormingDie1234EOL–FinalVisualInspection（第四道光检检）FinalVisualInspection-FVI在低倍放大镜镜下，对产品品外观进行检检查。主要针针对EOL工艺可能产生生的废品：例例如Molding缺陷，电镀缺缺陷和Trim/Form缺陷等；TheEndThankYou！IntroductionofICAssemblyProcess9、静夜四无无邻，荒居居旧业贫。。。12月-2212月-22Wednesday,December7,202210、雨中黄叶叶树，灯下下白头人。。。22:10:5922:10:5922:1012/7/202210:10:59PM11、以我独独沈久，，愧君相相见频。。。12月-2222:10:5922:10Dec-2207-Dec-2212、故人江江海别，，几度隔隔山川。。。22:10:5922:10:5922:10Wednesday,December7,202213、乍见翻疑梦梦，相悲各问问年。。12月-2212月-2222:10:5922:10:59December7,202214、他乡生白发发，旧国见青青山。。07十二月月202210:10:59下午午22:10:5912月-2215、比比不不了了得得就就不不比比，，得得不不到到的的就就不不要要。。。。。十二二月月2210:10下下午午12月月-2222:10December7,202216、行行动动出出成成果果，，工工作作出出财财富富。。。。2022/12/722:10:5922:10:5907December202217、做前，，能够环环视四周周；做时时，你只只能或者者最好沿沿着以脚脚为起点点的射线线向前。。。10:10:59下下午10:10下下午22:10:5912月-229、没有有失败败，只只有暂暂时停停止成成功！！。12月月-2212月月-22Wednesday,December7,202210、很多多事情情努力力了未未必有有结果果，但但是不不努力力却什什么改改变也也没有有。。。22:10:5922:10:5922:1012/7/202210:10:59PM11、成功就是是日复一日日那一点点点小小努力力的积累。。。12月-2222:10:5922:10Dec-2207-Dec-2212、世世间间成成事事，，不不求求其其绝绝对对圆圆满满，，留留一一份份不不足足，，可可得得无无限限完完美美。。。。22:10:5922:10:5922:10Wednesday,December7,202213、不知知香积积寺，，数里里入云云峰。。。12月月-2212月月-2222:10:5922:10:59December7,202214、意志坚坚强的人人能把世世界放在在手中像像泥块一一样任意意揉捏。。07十十二月202210:10:59下下午22:10:5912月-2215、楚塞三三湘接，，荆门九九派通。。。。十二月22