半导体封装流程完整

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等材料料；L/F的制程程有Etch和Stamp两种；；易氧化化，存存放于于氮气气柜中中，湿湿度小小于于40%RH;除了BGA和CSP外，其其他Package都会采采用LeadFrame，BGA采用的的是Substrate；RawMaterialinAssembly(封装原原材料料)【GoldWire】】焊接金金线实现芯芯片和和外部部引线线框架架的电电性和和物理理连接接；金线采采用的的是99.99%的高纯纯度金金；同时，，出于于成本本考虑虑，目目前有有采用用铜线线和铝铝线工工艺的的。优优点是是成本本降低低，同同时时工艺艺难度度加大大，良良率降降低；；线径决决定可可传导导的电电流；；0.8mil，1.0mil，1.3mils，1.5mils和2.0mils；RawMaterialinAssembly(封装原原材料料)【MoldCompound】】塑封料料/环氧树树脂主要成成分为为：环环氧树树脂及及各种种添加加剂（（固化化剂，，改性性剂，，脱模模剂，，染色色剂，，阻燃燃剂等等）；；主要功功能为为：在在熔融融状态态下将将Die和LeadFrame包裹起起来，，提提供供物理理和电电气保保护，，防止止外界界干扰扰；存放条条件：：零下下5°保存，，常温温下需需回温温24小时；；RawMaterialinAssembly(封装原原材料料)成分为为环氧氧树脂脂填充充金属属粉末末（Ag）；有三个个作用用：将将Die固定在在DiePad上；散散热热作用用，导导电作作用；；-50°以下存存放，，使用用之前前回温温24小时；【Epoxy】】银浆---环氧树树脂TypicalAssemblyProcessFlowFOL/前段EOL/中段Plating/电镀EOL/后段FinalTest/测试FOL–FrontofLine前段工工艺BackGrinding磨片Wafer晶圆WaferMount晶圆安安装WaferSaw晶圆切切割WaferWash晶圆清清洗DieAttach芯片粘粘接EpoxyCure银浆固固化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：陶瓷劈刀刀。W/B工艺中最核核心的一个个BondingTool，内部为空空心，中间间穿上金线线，并分别别在芯片的的Pad和引线框架的引线上形形成第一和和第二焊点点；EFO：打火杆。。用于在形形成第一焊焊点时的烧烧球。打火火杆打火形形成高温，，将外露于于Capillary前端的金线线高温熔化化成球形，，以便在Pad上形成第一一焊点（BondBall）；BondBall：第一焊点点。指金线线在Cap的作用下，，在Pad上形成的焊焊接点，一一般为一个个球形；Wedge：第二焊点点。指金线线在Cap的作用下，，在LeadFrame上形成的焊焊接点，一一般为月牙牙形（或者者鱼尾形））；W/B四要素：压压力（Force）、超声（（USGPower）、时间（（Time）、温度（（Temperature）；FOL–WireBonding引线焊接EFO打火杆在磁磁嘴前烧球球Cap下降到芯片片的Pad上，加Force和Power形成第一焊焊点Cap牵引金线上上升Cap运动轨迹形形成良好的的WireLoopCap下降到LeadFrame形成焊接Cap侧向划开，，将金线切切断，形成成鱼尾Cap上提，完成成一次动作作FOL–WireBonding引线焊接WireBond的质量控制制：WirePull、StitchPull（金线颈部部和尾部拉拉力）BallShear（金球推力力）WireLoop（金线弧高高）BallThickness（金球厚度度）CraterTest（弹坑测试试）Intermetallic（金属间化化合物测试试）SizeThicknessFOL–3rdOpticalInspection三光检查检查DieAttach和WireBond之后有无各种种废品EOL–EndofLine后段工艺Molding注塑EOLLaserMark激光打字PMC高温固化De-flash/Plating去溢料/电镀Trim/Form切筋/成型4thOptical第四道光检Annealing电镀退火EOL–Molding（注塑）为了防止外部部环境的冲击击，利用塑封封料把引线键合完完成后的产品品封装起来来的的过程，并需需要加热硬化化。BeforeMoldingAfterMoldingEOL–Molding（注塑）MoldingTool（模具）EMC（塑封料）为为黑色块状，，低温存储，，使用前需先先回温。其特特性性为：在高温温下先处于熔熔融状态，然然后会逐渐硬硬化，最终成成型。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-块状塑封料放放入模具孔中中-高温下，塑封封料开始熔化化，顺着轨道道流向孔穴中中-从底部开始，，逐渐覆盖芯芯片-完全覆盖包裹裹完毕，成型型固化EOL–LaserMark（激光打字））在产品（Package）的正面或者者背面激光刻刻字。内容有有：产品名称称，生产日期期，生产批次次等；BeforeAfterEOL–PostMoldCure（模后固化））用于Molding后塑封料的固固化，保护IC内部结构，消消除内部应力力。CureTemp：175+/-5°C；CureTime：8HrsESPECOven4hrsEOL–De-flash（去溢料）BeforeAfter目的：去溢料的目的在于去去除模具后在在管体周围引引线之间多多余的溢料料；

方法：：弱酸浸泡，，高压水冲洗洗；EOL–Plating（电镀）BeforePlatingAfterPlating利用金属和化化学的方法，，在引线框架架的表面镀镀上一层镀层层，以防止外外界环境的影影响（潮湿和和热）。并并且使元器件件在PCB板上容易焊接接及提提高导导电性。电镀一般有两两种类型：Pb-F