微電子制造概論第5章互連和封裝課件

微電子制造概論元器件互連技術(shù)微電子制造概論元器件互連技術(shù)IC封裝的4種重要功能1.保護(hù)使其免于外界環(huán)境與人工操作的破壞。2.信號(hào)進(jìn)入芯片、從芯片輸出的之內(nèi)連線。3.對(duì)芯片實(shí)質(zhì)上之固持。4.散熱。

IC封裝的4種重要功能1.保護(hù)使其免于外界環(huán)境與人工操作的傳統(tǒng)裝配與封裝晶圓Wafer測(cè)試與分類引線鍵合（wireBounding）

晶粒分離塑膠封裝Packaging

成品封裝與測(cè)試貼片圖20.1

傳統(tǒng)裝配與封裝晶圓Wafer測(cè)試與分類引線鍵合晶粒分離微電子制造概論第5章互連和封裝課件典型的IC封裝體四方扁平封裝

(QFP)無(wú)管腳芯片載體(LCC)塑料電極芯片載體(PLCC)雙列直插式封裝

(DIP)薄小外形輪廓封裝

(TSOP)單列直插式封裝

(SIP)圖20.2

典型的IC封裝體四方扁平封裝無(wú)管腳芯片載體(LCC)塑料電IC封裝有關(guān)之設(shè)計(jì)限制

表20.1

IC封裝有關(guān)之設(shè)計(jì)限制表20.1IC封裝之層級(jí)第二層級(jí)封裝：印刷電路板裝配

第一層級(jí)封裝：IC封裝

最后的產(chǎn)品裝配：電路板組入系統(tǒng)之成品裝配

用以固著于印刷電路板的金屬引腳針腳針腳被插入針孔，繼之焊著在PCB背面表面固著芯片被焊著在PCB上的銅墊頂端邊緣的連接器插入主系統(tǒng)PCB副配件主電子裝配板引腳圖20.3

IC封裝之層級(jí)第二層級(jí)封裝：第一層級(jí)封裝：最后的產(chǎn)品裝配：傳統(tǒng)式裝配背面研磨分片裝架引線鍵合

傳統(tǒng)式裝配背面研磨背面研磨制程之示意圖旋轉(zhuǎn)及振蕩軸在旋轉(zhuǎn)平盤(pán)上之晶圓下壓力工作臺(tái)僅在指示有晶圓期間才旋轉(zhuǎn)圖20.4

背面研磨制程之示意圖旋轉(zhuǎn)及振蕩軸在旋轉(zhuǎn)平盤(pán)上之晶圓下壓力工晶圓鋸與已切割之晶圓晶圓工作臺(tái)刀刃圖20.5

晶圓鋸與已切割之晶圓晶圓工作臺(tái)刀刃圖20.5典型用于裝架之導(dǎo)線架芯片

引腳導(dǎo)線架 塑膠式DIP圖20.6

典型用于裝架之導(dǎo)線架芯片引腳導(dǎo)線架 塑膠式DIP圖環(huán)氧基樹(shù)脂之芯片粘帖

芯片環(huán)氧基樹(shù)脂導(dǎo)線架圖20.7

環(huán)氧基樹(shù)脂之芯片粘帖芯片環(huán)氧基樹(shù)脂導(dǎo)線架圖20.7連接帶從導(dǎo)線架中的移除芯片導(dǎo)線架連接帶連接帶移除線圖20.15

連接帶從導(dǎo)線架中的移除芯片導(dǎo)線架連接帶連接帶移除線圖20金-硅低共熔性接著Si

金膜金/硅低共熔性合金Al2O3圖20.8

金-硅低共熔性接著Si金膜金/硅Al2O3圖20.8從芯片接合墊到導(dǎo)線架之引線鍵合

WireBounding

模塑化合物導(dǎo)線架接合墊芯片引線針尖腳圖20.9

從芯片接合墊到導(dǎo)線架之引線鍵合

WireBounding模引線鍵合芯片至導(dǎo)線架

照片20.1

引線鍵合芯片至導(dǎo)線架照片20.1熱壓接合之示意圖柱元件接合墊圖20.10

熱壓接合之示意圖柱元件接合墊圖20.10超聲波焊線接合之順序焊線楔形工具(1)工具向上移更多焊線饋入工具(3)超聲波能量壓力導(dǎo)線架(4)工具向上移焊線在接合墊處切斷(5)(2)鋁接合墊超聲波能量壓力晶粒圖20.11

超聲波焊線接合之順序焊線楔形工具(1)工具向上移更多焊線熱聲波球接合(2)氫火源球(1)金線毛細(xì)管工具(5)壓力與熱形成墊導(dǎo)線架(6)工具往上移金線在接合墊處切斷墊上之接合球壓力與超聲波能量晶粒(3)工具向上移并饋入更多的金線晶粒(4)圖20.12

熱聲波球接合(2)氫火源球(1)金線毛細(xì)管(5)壓力與熱導(dǎo)焊線拉伸測(cè)試柱元件

受測(cè)試芯片勾物品夾具圖20.13

焊線拉伸測(cè)試柱元件受測(cè)試芯片勾物品夾具圖20.13傳統(tǒng)封裝塑膠封裝陶瓷封裝

傳統(tǒng)封裝塑膠封裝TO款式之金屬封裝圖20.14

TO款式之金屬封裝圖20.14DIP封裝（DualIn-linePackage），也叫雙列直插式封裝技術(shù)，雙入線封裝，DRAM的一種元件封裝形式。

圖20.16A

DIP封裝（DualIn-linePackage），也叫單列直插封裝SIP

圖20.16B

單列直插封裝SIP圖20.16BTSOP是“ThinSmallOutlinePackage”的縮寫(xiě)，意思是薄型小尺寸封裝。

圖20.16C

TSOP是“ThinSmallOutlinePacka雙排引腳封裝存儲(chǔ)器模塊DIMM

（Dual-Inline-Memory-Modules

）圖20.16D

雙排引腳封裝存儲(chǔ)器模塊DIMM（Dual-Inline-MQFP（QuadFlatPockage）為四側(cè)引腳扁平封裝是表面貼裝型封裝之一，引腳從四個(gè)側(cè)面引出呈海鷗翼(L)型。

圖20.16E

QFP（QuadFlatPockage）為四側(cè)引腳扁平封PLCC(PlasticLeadedChipCarrier),帶引線的塑料芯片載體

圖20.16F

PLCC(PlasticLeadedChipCarri無(wú)引腳芯片載器LCC

圖20.16G

無(wú)引腳芯片載器LCC圖20.16G多層板耐高溫陶瓷制程之順序陶瓷性內(nèi)連接層4層電路板圖20.17

多層板耐高溫陶瓷制程之順序陶瓷性內(nèi)連接層4層電路板圖20陶瓷針腳格狀陣列(PhotocourtesyofAdvancedMicroDevices)

照片20.2

陶瓷針腳格狀陣列(PhotocourtesyofAdCERDIP封裝陶瓷雙列直插

陶瓷蓋板玻璃密封物陶瓷基板金屬引腳在樹(shù)脂及導(dǎo)線架上之芯片橫切面指示性刻痕橫切面之平面圖20.18

CERDIP封裝陶瓷雙列直插陶瓷蓋板玻璃密封物陶瓷基板金屬用于IC封裝之測(cè)試插座圖20.19

用于IC封裝之測(cè)試插座圖20.19先進(jìn)裝配與封裝倒裝芯片F(xiàn)lipChip球柵陣列(BGA)板上芯片(COB)卷帶式自動(dòng)接合(TAB)多芯片模塊(MCM)芯片尺寸級(jí)封裝(CSP)晶圓級(jí)封裝

先進(jìn)裝配與封裝倒裝芯片F(xiàn)lipChipFlipChip封裝在接合墊上之焊錫凸塊硅芯片基板連接用針腳金屬內(nèi)連線介質(zhì)孔圖20.20

FlipChip封裝在接合墊上之焊錫凸塊硅芯片基板連接用針微電子制造概論第5章互連和封裝課件在晶圓接合墊上之C4焊接凸塊圖20.21

再回流制程金屬沈積與蝕刻2層金屬沈積(3)焊接凸塊形成于再回流期間(4)氧化物氮化物Al接合墊(1)3層金屬積層銅-錫鉻+銅鉻(2)錫鉛在晶圓接合墊上之C4焊接凸塊圖20.21再回流金屬沈積與用于覆晶之環(huán)氧基樹(shù)脂底部填膠圖20.22

焊接凸塊芯片環(huán)氧基樹(shù)脂基板用于覆晶之環(huán)氧基樹(shù)脂底部填膠圖20.22焊接凸塊芯片環(huán)氧覆晶面積陣列之焊接凸塊與

焊線接合之比較接合墊周邊陣列覆晶凸塊面積陣列圖20.23

覆晶面積陣列之焊接凸塊與

焊線接合之比較接合墊周邊陣列覆晶球柵陣列之芯片BGABallgridarray

照片20.3

球柵陣列之芯片BGABallgridarray照片2球柵陣列

圖20.24

模塑遮蓋芯片接合墊環(huán)氧基樹(shù)脂熱介質(zhì)孔焊線基板金屬介質(zhì)孔焊接球球柵陣列圖20.24模塑遮蓋芯片接合墊環(huán)氧基樹(shù)脂熱介質(zhì)孔板上芯片(COB，chiponboard)IC芯片印刷電路板圖20.25

板上芯片(COB，chiponboard)IC芯片印卷帶式自動(dòng)接合TAB高分子帶銅引腳圖20.26

卷帶式自動(dòng)接合TAB高分子帶銅引腳圖20.26多芯片模塊MCM基板個(gè)別晶粒圖20.27

多芯片模塊MCM基板個(gè)別晶粒圖20.27先前封裝之趨勢(shì)1996200119971998199920000180060090012001500300芯片直接接著直接組于電路板之覆晶卷帶式自動(dòng)接合其他年代RedrawnfromS.Winkler,“AdvancedICPackagingMarketsandTrends,”SolidStateTechnology(June1998):p.63.圖20.28

單位(百萬(wàn))先前封裝之趨勢(shì)1996200119971998199920芯片尺寸級(jí)封裝之變化表20.2

芯片尺寸級(jí)封裝之變化表20.2晶圓后封裝具C4凸塊之單晶片圖20.29

晶圓后封裝具C4凸塊之單晶片圖20.29C4凸塊晶圓(PhotocourtesyofAdvancedMicroDevices)

照片20.4

C4凸塊晶圓(PhotocourtesyofAdva晶圓級(jí)封裝之設(shè)計(jì)概念RedrawnfromV.DiCaprio,M.Liebhard,andL.Smith,“TheEvolutionofaNewWafer-LevelChip-SizePackage,”ChipScaleReview(May/June1999).芯片

接合線焊接凸塊圖20.30

晶圓級(jí)封裝之設(shè)計(jì)概念RedrawnfromV.DiC標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試流程與

晶圓級(jí)封裝測(cè)試流程間的比較WLP制作晶圓級(jí)原處預(yù)燒晶圓級(jí)功能測(cè)試切割

在配件板處之晶圓級(jí)拾取晶圓級(jí)封裝之測(cè)試流程裝載入自動(dòng)帶與卷軸晶圓探測(cè)晶圓切割封裝個(gè)別之IC在封裝級(jí)之插座／預(yù)燒在封裝級(jí)之功能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試流程

圖20.31

標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試流程與

晶圓級(jí)封裝測(cè)試流程間的比較WLP制作晶圓級(jí)晶圓級(jí)封裝之特征與優(yōu)點(diǎn)表20.3

晶圓級(jí)封裝之特征與優(yōu)點(diǎn)表20.3芯片互連和封裝小測(cè)試什么是引線鍵合？引線鍵合有哪兩種類型，分別適合什么線？什么是TAB？TAB相對(duì)引線鍵合的優(yōu)缺點(diǎn)是什么？什么是FlipChip？FC相對(duì)引線鍵合的優(yōu)缺點(diǎn)是什么？芯片互連和封裝小測(cè)試什么是引線鍵合？引線鍵合有哪兩種類型，分指出下列封裝的類型指出下列封裝的類型LED生產(chǎn)和制造LED結(jié)構(gòu)LED芯片生產(chǎn)LED封裝LED應(yīng)用LED生產(chǎn)和制造LED結(jié)構(gòu)LED結(jié)構(gòu)-插裝式LED（LightEmittingDiode，發(fā)光二極）芯片是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。LED的心臟是一個(gè)半導(dǎo)體的芯片，芯片的一端附在一個(gè)支架上，一端是負(fù)極，另一端連接電源的正極，使整個(gè)芯片被環(huán)氧樹(shù)脂封裝起來(lái)。LED結(jié)構(gòu)-插裝式LED（LightEmittingDi貼片式LED：3528,5050貼片式LED：3528,5050LED芯片LED芯片：是led燈的核心組件，也就是指的P-N結(jié)。其主要功能是：把電能轉(zhuǎn)化為光能。半導(dǎo)體芯片由兩部分組成，一部分是P型半導(dǎo)體，在它里面空穴占主導(dǎo)地位，另一端是N型半導(dǎo)體，在這邊主要是電子。但這兩種半導(dǎo)體連接起來(lái)的時(shí)候，它們之間就形成一個(gè)P-N結(jié)。當(dāng)電流通過(guò)導(dǎo)線作用于這個(gè)芯片的時(shí)候，電子就會(huì)被推向P區(qū)，在P區(qū)里電子跟空穴復(fù)合，然后就會(huì)以光子的形式發(fā)出能量，這就是LED發(fā)光的原理。而光的波長(zhǎng)也就是光的顏色，是由形成P-N結(jié)的材料決定的。LED芯片LED芯片：是led燈的核心組件，也就是指的P-NLED芯片的分類用途：根據(jù)用途分為大功率led芯片、小功率led芯片兩種；顏色：主要分為三種：紅色、綠色、藍(lán)色（制作白光的原料）；形狀：一般分為方片、圓片兩種；大小：小功率的芯片一般分為8mil、9mil、12mil、14mil等LED芯片的分類用途：根據(jù)用途分為大功率led芯片、小功率lLED芯片結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)正裝的LED藍(lán)寶石襯底的藍(lán)光芯片電極在芯片出光面上的位置如圖1所示。由于p型GaN摻雜困難，當(dāng)前普遍采用p型GaN上制備金屬透明電極的方法，從而使電流擴(kuò)散，以達(dá)到均勻發(fā)光的目的。LED芯片結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)正裝的LEDLED芯片生產(chǎn)工藝首先在襯底上制作氮化鎵（GaN）基的外延片(外延片)，外延片所需的材料源(碳化硅SiC)和各種高純的氣體如氫氣H2或氬氣Ar等惰性氣體作為載體之后，按照工藝的要求就可以逐步把外延片做好。接下來(lái)是對(duì)LED-PN結(jié)的兩個(gè)電極進(jìn)行加工，并對(duì)LED毛片進(jìn)行減薄，劃片。然后對(duì)毛片進(jìn)行測(cè)試和分選，就可以得到所需的LED芯片LED芯片生產(chǎn)工藝首先在襯底上制作氮化鎵（GaN）基的外延片MOCVD是利用氣相反應(yīng)物（前驅(qū)物）及Ⅲ族的有機(jī)金屬和Ⅴ族的NH3在襯底表面進(jìn)行反應(yīng)，將所需的產(chǎn)物沉積在襯底表面。通過(guò)控制溫度、壓力、反應(yīng)物濃度和種類比例，從而控制鍍膜成分、晶相等品質(zhì)。MOCVD外延爐是制作LED外延片最常用的設(shè)備。MOCVD是利用氣相反應(yīng)物（前驅(qū)物）及Ⅲ族的有機(jī)金屬和Ⅴ族的然后是對(duì)LEDPN結(jié)的兩個(gè)電極進(jìn)行加工，電極加工也是制作LED芯片的關(guān)鍵工序，包括清洗、蒸鍍、黃光、化學(xué)蝕刻、熔合、研磨；然后對(duì)LED毛片進(jìn)行劃片、測(cè)試和分選，就可以得到所需的LED芯片。如果芯片清洗不夠干凈，蒸鍍系統(tǒng)不正常，會(huì)導(dǎo)致蒸鍍出來(lái)的金屬層（指蝕刻后的電極）會(huì)有脫落，金屬層外觀變色，金泡等異常。然后是對(duì)LEDPN結(jié)的兩個(gè)電極進(jìn)行加工，電極加工也是制作L包裝好的LED芯片包裝好的LED芯片LED封裝1.LED的封裝的任務(wù)是將外引線連接到LED芯片的電極上，同時(shí)保護(hù)好LED芯片，并且起到提高光取出效率的作用。關(guān)鍵工序有裝架、壓焊、封裝。2.LED封裝形式LED封裝形式可以說(shuō)是五花八門(mén)，主要根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)合采用相應(yīng)的外形尺寸，散熱對(duì)策和出光效果。LED按封裝形式分類有Lamp-LED、TOP-LED、Side-LED、SMD-LED、High-Power-LED等。LED封裝1.LED的封裝的任務(wù)是將外引線連接到LED芯微電子制造概論第5章互連和封裝課件微電子制造概論第5章互連和封裝課件微電子制造概論第5章互連和封裝課件LED封裝工藝1.芯片檢驗(yàn)鏡檢：材料表面是否有機(jī)械損傷及麻點(diǎn)麻坑（lockhill）芯片尺寸及電極大小是否符合工藝要求電極圖案是否完整2擴(kuò)片由于LED芯片在劃片后依然排列緊密間距很?。s0.1mm），不利于后工序的操作。我們采用擴(kuò)片機(jī)對(duì)黏結(jié)芯片的膜進(jìn)行擴(kuò)張，是LED芯片的間距拉伸到約0.6mm。也可以采用手工擴(kuò)張，但很容易造成芯片掉落浪費(fèi)等不良問(wèn)題。LED封裝工藝1.芯片檢驗(yàn)鏡檢：材料表面是否有機(jī)械損傷及麻3.點(diǎn)膠在LED支架的相應(yīng)位置點(diǎn)上銀膠或絕緣膠。（對(duì)于GaAs、SiC導(dǎo)電襯底，具有背面電極的紅光、黃光、黃綠芯片，采用銀膠。對(duì)于藍(lán)寶石絕緣襯底的藍(lán)光、綠光LED芯片，采用絕緣膠來(lái)固定芯片。）工藝難點(diǎn)在于點(diǎn)膠量的控制，在膠體高度、點(diǎn)膠位置均有詳細(xì)的工藝要求。由于銀膠和絕緣膠在貯存和使用均有嚴(yán)格的要求，銀膠的醒料、攪拌、使用時(shí)間都是工藝上必須注意的事項(xiàng)。3.點(diǎn)膠在LED支架的相應(yīng)位置點(diǎn)上銀膠或絕緣膠。（對(duì)于Ga4.備膠和點(diǎn)膠相反，備膠是用備膠機(jī)先把銀膠涂在LED背面電極上，然后把背部帶銀膠的LED安裝在LED支架上。備膠的效率遠(yuǎn)高于點(diǎn)膠，但不是所有產(chǎn)品均適用備膠工藝。5.手工刺片將擴(kuò)張后LED芯片（備膠或未備膠）安置在刺片臺(tái)的夾具上，LED支架放在夾具底下，在顯微鏡下用針將LED芯片一個(gè)一個(gè)刺到相應(yīng)的位置上。手工刺片和自動(dòng)裝架相比有一個(gè)好處，便于隨時(shí)更換不同的芯片，適用于需要安裝多種芯片的產(chǎn)品.4.備膠和點(diǎn)膠相反，備膠是用備膠機(jī)先把銀膠涂在LED背面6.自動(dòng)裝架自動(dòng)裝架其實(shí)是結(jié)合了沾膠（點(diǎn)膠）和安裝芯片兩大步驟，先在LED支架上點(diǎn)上銀膠（絕緣膠），然后用真空吸嘴將LED芯片吸起移動(dòng)位置，再安置在相應(yīng)的支架位置上。自動(dòng)裝架在工藝上主要要熟悉設(shè)備操作編程，同時(shí)對(duì)設(shè)備的沾膠及安裝精度進(jìn)行調(diào)整。在吸嘴的選用上盡量選用膠木吸嘴，防止對(duì)LED芯片表面的損傷，特別是蘭、綠色芯片必須用膠木的。因?yàn)殇撟鞎?huì)劃傷芯片表面的電流擴(kuò)散層。7.燒結(jié)燒結(jié)的目的是使銀膠固化，燒結(jié)要求對(duì)溫度進(jìn)行監(jiān)控，防止批次性不良。銀膠燒結(jié)的溫度一般控制在150℃，燒結(jié)時(shí)間2小時(shí)。根據(jù)實(shí)際情況可以調(diào)整到170℃，1小時(shí)。絕緣膠一般150℃，1小時(shí)。銀膠燒結(jié)烘箱的必須按工藝要求隔2小時(shí)（或1小時(shí)）打開(kāi)更換燒結(jié)的產(chǎn)品，中間不得隨意打開(kāi)。燒結(jié)烘箱不得再其他用途，防止污染。6.自動(dòng)裝架自動(dòng)裝架其實(shí)是結(jié)合了沾膠（點(diǎn)膠）和安裝芯片兩大8.壓焊壓焊的目的將電極引到LED芯片上，完成產(chǎn)品內(nèi)外引線的連接工作。LED的壓焊工藝有金絲球焊和鋁絲壓焊兩種。右圖是鋁絲壓焊的過(guò)程，先在LED芯片電極上壓上第一點(diǎn)，再將鋁絲拉到相應(yīng)的支架上方，壓上第二點(diǎn)后扯斷鋁絲。金絲球焊過(guò)程則在壓第一點(diǎn)前先燒個(gè)球，其余過(guò)程類似。9.點(diǎn)膠封裝LED的封裝主要有點(diǎn)膠、灌封、模壓三種?；旧瞎に嚳刂频碾y點(diǎn)是氣泡、多缺料、黑點(diǎn)。設(shè)計(jì)上主要是對(duì)材料的選型，選用結(jié)合良好的環(huán)氧和支架。（一般的LED無(wú)法通過(guò)氣密性試驗(yàn)）如右圖所示的TOP-LED和Side-LED適用點(diǎn)膠封裝。手動(dòng)點(diǎn)膠封裝對(duì)操作水平要求很高（特別是白光LED），主要難點(diǎn)是對(duì)點(diǎn)膠量的控制，因?yàn)榄h(huán)氧在使用過(guò)程中會(huì)變稠。白光LED的點(diǎn)膠還存在熒光粉沉淀導(dǎo)致出光色差的問(wèn)題。8.壓焊壓焊的目的將電極引到LED芯片上，完成產(chǎn)品內(nèi)外引線10.灌膠封裝Lamp-LED的封裝采用灌封的形式。灌封的過(guò)程是先在LED成型模腔內(nèi)注入液態(tài)環(huán)氧，然后插入壓焊好的LED支架，放入烘箱讓環(huán)氧固化后，將LED從模腔中脫出即成型。11.模壓封裝將壓焊好的LED支架放入模具中，將上下兩副模具用液壓機(jī)合模并抽真空，將固態(tài)環(huán)氧放入注膠道的入口加熱用液壓頂桿壓入模具膠道中，環(huán)氧順著膠道進(jìn)入各個(gè)LED成型槽中并固化。10.灌膠封裝Lamp-LED的封裝采用灌封的形式。灌封的12.固化與后固化固化是指封裝環(huán)氧的固化，一般環(huán)氧固化條件在135℃，1小時(shí)。模壓封裝一般在150℃，4分鐘。13.后固化后固化是為了讓環(huán)氧充分固化，同時(shí)對(duì)LED進(jìn)行熱老化。后固化對(duì)于提高環(huán)氧與支架（PCB）的粘接強(qiáng)度非常重要。一般條件為120℃，4小時(shí)。14.切筋和劃片由于LED在生產(chǎn)中是連在一起的（不是單個(gè)），Lamp封裝LED采用切筋切斷LED支架的連筋。SMD-LED則是在一片PCB板上，需要?jiǎng)澠瑱C(jī)來(lái)完成分離工作。12.固化與后固化固化是指封裝環(huán)氧的固化，一般環(huán)氧固化條件15.測(cè)試測(cè)試LED的光電參數(shù)、檢驗(yàn)外形尺寸，同時(shí)根據(jù)客戶要求對(duì)LED產(chǎn)品進(jìn)行分選。16.包裝將成品進(jìn)行計(jì)數(shù)包裝。超高亮LED需要防靜電包裝。15.測(cè)試測(cè)試LED的光電參數(shù)、檢驗(yàn)外形尺寸，同時(shí)根據(jù)客微電子制造概論第5章互連和封裝課件微電子制造概論元器件互連技術(shù)微電子制造概論元器件互連技術(shù)IC封裝的4種重要功能1.保護(hù)使其免于外界環(huán)境與人工操作的破壞。2.信號(hào)進(jìn)入芯片、從芯片輸出的之內(nèi)連線。3.對(duì)芯片實(shí)質(zhì)上之固持。4.散熱。

IC封裝的4種重要功能1.保護(hù)使其免于外界環(huán)境與人工操作的傳統(tǒng)裝配與封裝晶圓Wafer測(cè)試與分類引線鍵合（wireBounding）

晶粒分離塑膠封裝Packaging

成品封裝與測(cè)試貼片圖20.1

傳統(tǒng)裝配與封裝晶圓Wafer測(cè)試與分類引線鍵合晶粒分離微電子制造概論第5章互連和封裝課件典型的IC封裝體四方扁平封裝

(QFP)無(wú)管腳芯片載體(LCC)塑料電極芯片載體(PLCC)雙列直插式封裝

(DIP)薄小外形輪廓封裝

(TSOP)單列直插式封裝

(SIP)圖20.2

典型的IC封裝體四方扁平封裝無(wú)管腳芯片載體(LCC)塑料電IC封裝有關(guān)之設(shè)計(jì)限制

表20.1

IC封裝有關(guān)之設(shè)計(jì)限制表20.1IC封裝之層級(jí)第二層級(jí)封裝：印刷電路板裝配

第一層級(jí)封裝：IC封裝

最后的產(chǎn)品裝配：電路板組入系統(tǒng)之成品裝配

用以固著于印刷電路板的金屬引腳針腳針腳被插入針孔，繼之焊著在PCB背面表面固著芯片被焊著在PCB上的銅墊頂端邊緣的連接器插入主系統(tǒng)PCB副配件主電子裝配板引腳圖20.3

IC封裝之層級(jí)第二層級(jí)封裝：第一層級(jí)封裝：最后的產(chǎn)品裝配：傳統(tǒng)式裝配背面研磨分片裝架引線鍵合

傳統(tǒng)式裝配背面研磨背面研磨制程之示意圖旋轉(zhuǎn)及振蕩軸在旋轉(zhuǎn)平盤(pán)上之晶圓下壓力工作臺(tái)僅在指示有晶圓期間才旋轉(zhuǎn)圖20.4

背面研磨制程之示意圖旋轉(zhuǎn)及振蕩軸在旋轉(zhuǎn)平盤(pán)上之晶圓下壓力工晶圓鋸與已切割之晶圓晶圓工作臺(tái)刀刃圖20.5

晶圓鋸與已切割之晶圓晶圓工作臺(tái)刀刃圖20.5典型用于裝架之導(dǎo)線架芯片

引腳導(dǎo)線架 塑膠式DIP圖20.6

典型用于裝架之導(dǎo)線架芯片引腳導(dǎo)線架 塑膠式DIP圖環(huán)氧基樹(shù)脂之芯片粘帖

芯片環(huán)氧基樹(shù)脂導(dǎo)線架圖20.7

環(huán)氧基樹(shù)脂之芯片粘帖芯片環(huán)氧基樹(shù)脂導(dǎo)線架圖20.7連接帶從導(dǎo)線架中的移除芯片導(dǎo)線架連接帶連接帶移除線圖20.15

連接帶從導(dǎo)線架中的移除芯片導(dǎo)線架連接帶連接帶移除線圖20金-硅低共熔性接著Si

金膜金/硅低共熔性合金Al2O3圖20.8

金-硅低共熔性接著Si金膜金/硅Al2O3圖20.8從芯片接合墊到導(dǎo)線架之引線鍵合

WireBounding

模塑化合物導(dǎo)線架接合墊芯片引線針尖腳圖20.9

從芯片接合墊到導(dǎo)線架之引線鍵合

WireBounding模引線鍵合芯片至導(dǎo)線架

照片20.1

引線鍵合芯片至導(dǎo)線架照片20.1熱壓接合之示意圖柱元件接合墊圖20.10

熱壓接合之示意圖柱元件接合墊圖20.10超聲波焊線接合之順序焊線楔形工具(1)工具向上移更多焊線饋入工具(3)超聲波能量壓力導(dǎo)線架(4)工具向上移焊線在接合墊處切斷(5)(2)鋁接合墊超聲波能量壓力晶粒圖20.11

超聲波焊線接合之順序焊線楔形工具(1)工具向上移更多焊線熱聲波球接合(2)氫火源球(1)金線毛細(xì)管工具(5)壓力與熱形成墊導(dǎo)線架(6)工具往上移金線在接合墊處切斷墊上之接合球壓力與超聲波能量晶粒(3)工具向上移并饋入更多的金線晶粒(4)圖20.12

熱聲波球接合(2)氫火源球(1)金線毛細(xì)管(5)壓力與熱導(dǎo)焊線拉伸測(cè)試柱元件

受測(cè)試芯片勾物品夾具圖20.13

焊線拉伸測(cè)試柱元件受測(cè)試芯片勾物品夾具圖20.13傳統(tǒng)封裝塑膠封裝陶瓷封裝

傳統(tǒng)封裝塑膠封裝TO款式之金屬封裝圖20.14

TO款式之金屬封裝圖20.14DIP封裝（DualIn-linePackage），也叫雙列直插式封裝技術(shù)，雙入線封裝，DRAM的一種元件封裝形式。

圖20.16A

DIP封裝（DualIn-linePackage），也叫單列直插封裝SIP

圖20.16B

單列直插封裝SIP圖20.16BTSOP是“ThinSmallOutlinePackage”的縮寫(xiě)，意思是薄型小尺寸封裝。

圖20.16C

TSOP是“ThinSmallOutlinePacka雙排引腳封裝存儲(chǔ)器模塊DIMM

（Dual-Inline-Memory-Modules

）圖20.16D

雙排引腳封裝存儲(chǔ)器模塊DIMM（Dual-Inline-MQFP（QuadFlatPockage）為四側(cè)引腳扁平封裝是表面貼裝型封裝之一，引腳從四個(gè)側(cè)面引出呈海鷗翼(L)型。

圖20.16E

QFP（QuadFlatPockage）為四側(cè)引腳扁平封PLCC(PlasticLeadedChipCarrier),帶引線的塑料芯片載體

圖20.16F

PLCC(PlasticLeadedChipCarri無(wú)引腳芯片載器LCC

圖20.16G

無(wú)引腳芯片載器LCC圖20.16G多層板耐高溫陶瓷制程之順序陶瓷性內(nèi)連接層4層電路板圖20.17

多層板耐高溫陶瓷制程之順序陶瓷性內(nèi)連接層4層電路板圖20陶瓷針腳格狀陣列(PhotocourtesyofAdvancedMicroDevices)

照片20.2

陶瓷針腳格狀陣列(PhotocourtesyofAdCERDIP封裝陶瓷雙列直插

陶瓷蓋板玻璃密封物陶瓷基板金屬引腳在樹(shù)脂及導(dǎo)線架上之芯片橫切面指示性刻痕橫切面之平面圖20.18

CERDIP封裝陶瓷雙列直插陶瓷蓋板玻璃密封物陶瓷基板金屬用于IC封裝之測(cè)試插座圖20.19

用于IC封裝之測(cè)試插座圖20.19先進(jìn)裝配與封裝倒裝芯片F(xiàn)lipChip球柵陣列(BGA)板上芯片(COB)卷帶式自動(dòng)接合(TAB)多芯片模塊(MCM)芯片尺寸級(jí)封裝(CSP)晶圓級(jí)封裝

先進(jìn)裝配與封裝倒裝芯片F(xiàn)lipChipFlipChip封裝在接合墊上之焊錫凸塊硅芯片基板連接用針腳金屬內(nèi)連線介質(zhì)孔圖20.20

FlipChip封裝在接合墊上之焊錫凸塊硅芯片基板連接用針微電子制造概論第5章互連和封裝課件在晶圓接合墊上之C4焊接凸塊圖20.21

再回流制程金屬沈積與蝕刻2層金屬沈積(3)焊接凸塊形成于再回流期間(4)氧化物氮化物Al接合墊(1)3層金屬積層銅-錫鉻+銅鉻(2)錫鉛在晶圓接合墊上之C4焊接凸塊圖20.21再回流金屬沈積與用于覆晶之環(huán)氧基樹(shù)脂底部填膠圖20.22

焊接凸塊芯片環(huán)氧基樹(shù)脂基板用于覆晶之環(huán)氧基樹(shù)脂底部填膠圖20.22焊接凸塊芯片環(huán)氧覆晶面積陣列之焊接凸塊與

焊線接合之比較接合墊周邊陣列覆晶凸塊面積陣列圖20.23

覆晶面積陣列之焊接凸塊與

焊線接合之比較接合墊周邊陣列覆晶球柵陣列之芯片BGABallgridarray

照片20.3

球柵陣列之芯片BGABallgridarray照片2球柵陣列

圖20.24

模塑遮蓋芯片接合墊環(huán)氧基樹(shù)脂熱介質(zhì)孔焊線基板金屬介質(zhì)孔焊接球球柵陣列圖20.24模塑遮蓋芯片接合墊環(huán)氧基樹(shù)脂熱介質(zhì)孔板上芯片(COB，chiponboard)IC芯片印刷電路板圖20.25

板上芯片(COB，chiponboard)IC芯片印卷帶式自動(dòng)接合TAB高分子帶銅引腳圖20.26

卷帶式自動(dòng)接合TAB高分子帶銅引腳圖20.26多芯片模塊MCM基板個(gè)別晶粒圖20.27

多芯片模塊MCM基板個(gè)別晶粒圖20.27先前封裝之趨勢(shì)1996200119971998199920000180060090012001500300芯片直接接著直接組于電路板之覆晶卷帶式自動(dòng)接合其他年代RedrawnfromS.Winkler,“AdvancedICPackagingMarketsandTrends,”SolidStateTechnology(June1998):p.63.圖20.28

單位(百萬(wàn))先前封裝之趨勢(shì)1996200119971998199920芯片尺寸級(jí)封裝之變化表20.2

芯片尺寸級(jí)封裝之變化表20.2晶圓后封裝具C4凸塊之單晶片圖20.29

晶圓后封裝具C4凸塊之單晶片圖20.29C4凸塊晶圓(PhotocourtesyofAdvancedMicroDevices)

照片20.4

C4凸塊晶圓(PhotocourtesyofAdva晶圓級(jí)封裝之設(shè)計(jì)概念RedrawnfromV.DiCaprio,M.Liebhard,andL.Smith,“TheEvolutionofaNewWafer-LevelChip-SizePackage,”ChipScaleReview(May/June1999).芯片

接合線焊接凸塊圖20.30

晶圓級(jí)封裝之設(shè)計(jì)概念RedrawnfromV.DiC標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試流程與

晶圓級(jí)封裝測(cè)試流程間的比較WLP制作晶圓級(jí)原處預(yù)燒晶圓級(jí)功能測(cè)試切割

在配件板處之晶圓級(jí)拾取晶圓級(jí)封裝之測(cè)試流程裝載入自動(dòng)帶與卷軸晶圓探測(cè)晶圓切割封裝個(gè)別之IC在封裝級(jí)之插座／預(yù)燒在封裝級(jí)之功能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試流程

圖20.31

標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試流程與

晶圓級(jí)封裝測(cè)試流程間的比較WLP制作晶圓級(jí)晶圓級(jí)封裝之特征與優(yōu)點(diǎn)表20.3

晶圓級(jí)封裝之特征與優(yōu)點(diǎn)表20.3芯片互連和封裝小測(cè)試什么是引線鍵合？引線鍵合有哪兩種類型，分別適合什么線？什么是TAB？TAB相對(duì)引線鍵合的優(yōu)缺點(diǎn)是什么？什么是FlipChip？FC相對(duì)引線鍵合的優(yōu)缺點(diǎn)是什么？芯片互連和封裝小測(cè)試什么是引線鍵合？引線鍵合有哪兩種類型，分指出下列封裝的類型指出下列封裝的類型LED生產(chǎn)和制造LED結(jié)構(gòu)LED芯片生產(chǎn)LED封裝LED應(yīng)用LED生產(chǎn)和制造LED結(jié)構(gòu)LED結(jié)構(gòu)-插裝式LED（LightEmittingDiode，發(fā)光二極）芯片是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。LED的心臟是一個(gè)半導(dǎo)體的芯片，芯片的一端附在一個(gè)支架上，一端是負(fù)極，另一端連接電源的正極，使整個(gè)芯片被環(huán)氧樹(shù)脂封裝起來(lái)。LED結(jié)構(gòu)-插裝式LED（LightEmittingDi貼片式LED：3528,5050貼片式LED：3528,5050LED芯片LED芯片：是led燈的核心組件，也就是指的P-N結(jié)。其主要功能是：把電能轉(zhuǎn)化為光能。半導(dǎo)體芯片由兩部分組成，一部分是P型半導(dǎo)體，在它里面空穴占主導(dǎo)地位，另一端是N型半導(dǎo)體，在這邊主要是電子。但這兩種半導(dǎo)體連接起來(lái)的時(shí)候，它們之間就形成一個(gè)P-N結(jié)。當(dāng)電流通過(guò)導(dǎo)線作用于這個(gè)芯片的時(shí)候，電子就會(huì)被推向P區(qū)，在P區(qū)里電子跟空穴復(fù)合，然后就會(huì)以光子的形式發(fā)出能量，這就是LED發(fā)光的原理。而光的波長(zhǎng)也就是光的顏色，是由形成P-N結(jié)的材料決定的。LED芯片LED芯片：是led燈的核心組件，也就是指的P-NLED芯片的分類用途：根據(jù)用途分為大功率led芯片、小功率led芯片兩種；顏色：主要分為三種：紅色、綠色、藍(lán)色（制作白光的原料）；形狀：一般分為方片、圓片兩種；大?。盒」β实男酒话惴譃?mil、9mil、12mil、14mil等LED芯片的分類用途：根據(jù)用途分為大功率led芯片、小功率lLED芯片結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)正裝的LED藍(lán)寶石襯底的藍(lán)光芯片電極在芯片出光面上的位置如圖1所示。由于p型GaN摻雜困難，當(dāng)前普遍采用p型GaN上制備金屬透明電極的方法，從而使電流擴(kuò)散，以達(dá)到均勻發(fā)光的目的。LED芯片結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)正裝的LEDLED芯片生產(chǎn)工藝首先在襯底上制作氮化鎵（GaN）基的外延片(外延片)，外延片所需的材料源(碳化硅SiC)和各種高純的氣體如氫氣H2或氬氣Ar等惰性氣體作為載體之后，按照工藝的要求就可以逐步把外延片做好。接下來(lái)是對(duì)LED-PN結(jié)的兩個(gè)電極進(jìn)行加工，并對(duì)LED毛片進(jìn)行減薄，劃片。然后對(duì)毛片進(jìn)行測(cè)試和分選，就可以得到所需的LED芯片LED芯片生產(chǎn)工藝首先在襯底上制作氮化鎵（GaN）基的外延片MOCVD是利用氣相反應(yīng)物（前驅(qū)物）及Ⅲ族的有機(jī)金屬和Ⅴ族的NH3在襯底表面進(jìn)行反應(yīng)，將所需的產(chǎn)物沉積在襯底表面。通過(guò)控制溫度、壓力、反應(yīng)物濃度和種類比例，從而控制鍍膜成分、晶相等品質(zhì)。MOCVD外延爐是制作LED外延片最常用的設(shè)備。MOCVD是利用氣相反應(yīng)物（前驅(qū)物）及Ⅲ族的有機(jī)金屬和Ⅴ族的然后是對(duì)LEDPN結(jié)的兩個(gè)電極進(jìn)行加工，電極加工也是制作LED芯片的關(guān)鍵工序，包括清洗、蒸鍍、黃光、化學(xué)蝕刻、熔合、研磨；然后對(duì)LED毛片進(jìn)行劃片、測(cè)試和分選，就可以得到所需的LED芯片。如果芯片清洗不夠干凈，蒸鍍系統(tǒng)不正常，會(huì)導(dǎo)致蒸鍍出來(lái)的金屬層（指蝕刻后的電極）會(huì)有脫落，金屬層外觀變色，金泡等異常。然后是對(duì)LEDPN結(jié)的兩個(gè)電極進(jìn)行加工，電極加工也是制作L包裝好的LED芯片包裝好的LED芯片LED封裝1.LED的封裝的任務(wù)是將外引線連接到LED芯片的電極上，同時(shí)保護(hù)好LED芯片，并且起到提高光取出效率的作用。關(guān)鍵工序有裝架、壓焊、封裝。2.LED封裝形式LED封裝形式可以說(shuō)是五花八門(mén)，主要根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)合采用相應(yīng)的外形尺寸，散熱對(duì)策和出光效果。LED按封裝形式分類有Lamp-LED、TOP-LED、Side-LED、SMD-LED、High-Power-LED等。LED封裝1.LED的封裝的任務(wù)是將外引線連接到LED芯微電子制造概論第5章互連和封裝課件微電子制造概論第5章互連和封裝課件微電子制造概論第5章互連和封裝課件LED封裝工藝1.芯片檢驗(yàn)鏡檢：材料表面是否有機(jī)械損傷及麻點(diǎn)麻坑（lockhill）芯片尺寸及電極大小是否符合工藝要求電極圖案是否完整2擴(kuò)片由于LED芯片在劃片后依然排列緊密間距很小（約0.1mm），不利于后工序的操作。我們采用擴(kuò)片機(jī)對(duì)黏結(jié)芯片的膜進(jìn)行擴(kuò)張，是LED芯片的間距拉伸到約0.6mm。也可以采用手工擴(kuò)張，但很容易造成芯片掉落浪費(fèi)等不良問(wèn)題。LED封裝工藝1.芯片檢驗(yàn)鏡檢：材料表面是否有機(jī)械損傷及麻3.點(diǎn)膠在LED支架的相應(yīng)位置點(diǎn)上銀膠或絕緣膠。（對(duì)于GaAs、SiC導(dǎo)電襯底，具有背面電極的紅光、黃光、黃綠芯片，采用銀膠。對(duì)于藍(lán)寶石絕緣襯底的藍(lán)光、綠光LED芯片，采用絕緣膠來(lái)固定芯片。）工藝難點(diǎn)在于點(diǎn)膠量的控制，在膠體高度、點(diǎn)膠位置均有詳細(xì)的工藝要求。由于銀膠和絕緣膠在貯存和使用均有嚴(yán)格的要求，銀