半导体封装流程

IntroductionofICAssemblyProcess

IC封装工艺介绍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））TOPVIEWSIDEVIEWLeadFrame引线框架架GoldWire金线DiePad芯片焊盘盘Epoxy银浆MoldCompound塑封料RawMaterialinAssembly(封装原材材料)【Wafer】】晶圆晶圆是指指硅半导导体集成成电路制制作所用用的硅晶晶片，由由于其形形状为圆圆形，故故称为晶晶圆；在在硅晶片片上可加加工制作作成各种种电路元元件结构构，而成成为有特特定电性性功能之之IC产品。RawMaterialinAssembly(封装原材材料)【LeadFrame】引线框架架提供电路路连接和和Die的固定作作用；主要材料料为铜，，会在上上面进行行镀银、、NiPdAu等材料；；L/F的制程有有Etch和Stamp两种；易氧化，，存放于于氮气柜柜中，湿湿度小于于40%RH;除了BGA和CSP外，其他他Package都会采用用LeadFrame，BGA采用的是是Substrate；RawMaterialinAssembly(封装原材材料)【GoldWire】焊接金线线实现芯片片和外部部引线框框架的电电性和物物理理连连接；金线采用用的是99.99%的高纯度度金；同时，出出于成本本考虑，，目前有有采用铜铜线线和和铝线工工艺的。。优点是是成本降降低，同同时工工艺难度度加大，，良率降降低；线径决定定可传导导的电流流；0.8mil，1.0mil，1.3mils，1.5mils和2.0mils；RawMaterialinAssembly(封装原材材料)【MoldCompound】塑封料/环氧树脂脂主要成分分为：环环氧树脂脂及各种种添加剂剂（固化化剂，改改性剂，，脱模模剂，染染色剂，，阻燃剂剂等）；；主要功能能为：在在熔融状状态下将将Die和LeadFrame包裹起来来，提提供物理理和电气气保护，，防止外外界干扰扰；存放条件件：零下下5°保存，常常温下需需回温24小时；RawMaterialinAssembly(封装原材材料)成分为环环氧树脂脂填充金金属粉末末（Ag）；有三个作作用：将将Die固定在DiePad上；散散热作作用，导导电作用用；-50°°以下存放放，使用用之前回回温24小时；【Epoxy】】银浆---环氧树脂脂TypicalAssemblyProcessFlowFOL/前段EOL/中段Plating/电镀EOL/后段FinalTest/测试FOL––FrontofLine前段工艺艺BackGrinding磨片Wafer晶圆WaferMount晶圆安装装WaferSaw晶圆切割割WaferWash晶圆清洗洗DieAttach芯片粘接接EpoxyCure银浆固化化WireBond引线焊接接2ndOptical第二道光光检3rdOptical第三道光光检EOLFOL––BackGrinding磨片Taping粘胶带BackGrinding磨片De-Taping去胶带将从晶圆圆厂出来来的Wafer晶圆进行行背面研研磨，来来减薄晶晶圆达达到到封装装需要的的厚度（（8mils~10mils）；磨片时，，需要在在正面（（ActiveArea）贴胶带带保护电电路区域域同同时研研磨背面面。研磨磨之后，，去除胶胶带，测测量厚度度；FOL––WaferSaw晶圆切割割WaferMount晶圆安装装WaferSaw晶圆切割割WaferWash清洗将晶圆粘粘贴在蓝蓝膜（Mylar）上，使使得即使使被切割割开后，，不会散散落；通过SawBlade将整片Wafer切割成一一个个独独立的Dice，方便后后面的DieAttach等工序；；WaferWash主要清洗洗Saw时候产生生的各种种粉尘，，清洁Wafer；FOL––WaferSaw晶圆切割割WaferSawMachineSawBlade(切割刀片片)：LifeTime：900~1500M；SpindlierSpeed：30~50Krpm：FeedSpeed：30~50/s;FOL––2ndOpticalInspection二光检查查主要是针针对WaferSaw之后在显显微镜下下进行Wafer的外观检检查，是是否有出出现废品品。ChippingDie崩边FOL––DieAttach芯片粘接接WriteEpoxy点环氧树树脂DieAttach芯片粘接接EpoxyCure环氧树脂脂固化EpoxyStorage：

零下下50度存放；；使用之前前回温，，除去气气泡；EpoxyWriting：

点银银浆于L/F的Pad上，Pattern可选；第一步：：顶针从从蓝膜下下面将芯芯片往上上顶、同同时真空空吸嘴将将芯片往往上吸，，将芯片片与膜蓝蓝脱离。。FOL––DieAttach芯片粘接接第二步：：将液态态环氧树树脂涂到到引线框框架的台台载片台台上。FOL––DieAttach芯片粘接接第三步：：将芯片片粘贴到到涂好环环氧树脂脂的引线线框架上上。FOL––DieAttach芯片粘接接FOL––EpoxyCure环氧树脂脂固化环氧树脂脂固化：：-175°C，1个小时；；N2环境，防防止氧化化：DieAttach质量检查查：DieShear（芯片剪剪切力））FOL––WireBonding引线焊接接利用高纯纯度的金金线（Au）、铜铜线（Cu）或铝线线（Al）把Pad和引线通通过焊接接的方法法连接起起来。Pad是芯片上上电路的的外接点点，引线线是引线线框架上上的连连接点。。引线焊接接是封装装工艺中中最为关关键的一一部工艺艺。FOL––WireBonding引线焊接接KeyWords：Capillary：陶瓷劈劈刀。W/B工艺中最最核心的的一个BondingTool，内部为为空心，，中间穿穿上金线线，并分分别在芯芯片的Pad和引线框架架的引线上上形成第第一和第第二焊点点；EFO：打火杆杆。用于于在形成成第一焊焊点时的的烧球。。打火杆杆打火形形成高温温，将外外露于Capillary前端的金金线高温温熔化成成球形，，以便在在Pad上形成第第一焊点点（BondBall）；BondBall：第一焊焊点。指指金线在在Cap的作用下下，在Pad上形成的的焊接点点，一般般为一个个球形；；Wedge：第二焊焊点。指指金线在在Cap的作用下下，在LeadFrame上形成的的焊接点点，一般般为月牙牙形（或或者鱼尾尾形）；；W/B四要素：：压力（（Force）、超声声（USGPower）、时间间（Time）、温度度（Temperature）；FOL––WireBonding引线焊接接EFO打火杆在在磁嘴前前烧球Cap下降到芯芯片的Pad上，加Force和Power形成第一一焊点Cap牵引金线线上升Cap运动轨迹迹形成良良好的WireLoopCap下降到LeadFrame形成焊接接Cap侧向划开开，将金金线切断断，形成成鱼尾Cap上提，完完成一次次动作FOL––WireBonding引线焊接接WireBond的质量控控制：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电镀退火火EOL––Molding（注塑））为了防止止外部环环境的冲冲击，利利用塑封封料把引线键键合完成成后的产产品封装装起来来的过过程，并并需要加加热硬化化。BeforeMoldingAfterMoldingEOL––Molding（注塑））MoldingTool（模具））EMC（塑封料料）为黑黑色块状状，低温温存储，，使用前前需先回回温。其其特性性为：在在高温下下先处于于熔融状状态，然然后会逐逐渐硬化化，最终终成型。。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-块状塑封封料放入入模具孔孔中-高温下，，塑封料料开始熔熔化，顺顺着轨道道流向孔孔穴中-从底部开开始，逐逐渐覆盖盖芯片-完全覆盖盖包裹完完毕，成成型固化化EOL––LaserMark（激光打打字）在产品品（Package）的正正面或或者背背面激激光刻刻字。。内容容有：：产品品名称称，生生产日日期，，生产产批次次等；；BeforeAfterEOL––PostMoldCure（模后固固化）用于Molding后塑封料料的固化化，保护护IC内部结构构，消除除内部应应力。CureTemp：175+/-5°C；CureTime：8HrsESPECOven4hrsEOL––De-flash（去溢料料）BeforeAfter目的：去溢料的目的在在于去除除模具后后在管体体周围引引线之间间多多余的的溢料；；

方法法：弱酸酸浸泡，，高压水水冲洗；；EOL––Plating（电镀））BeforePlatingAfterPlating利用金属属和化学学的方法法，在引引线框架架的表面面镀镀上一一层镀层层，以防防止外界界环境的的影响（（潮湿和和热）。。并且使使元器件件在PCB板上容易易焊接及及提提高导导电性。。电镀一般般有两种种类型：：Pb-Free：无铅电电镀，采采用的是是>99.95%的高纯度度的锡（（Tin），为目目前普遍遍采用的的技