集成電路芯片封裝技術第2章.ppt

1、第二章 封裝工藝流程,2.1.1 為什么要學習封裝工藝流程 熟悉封裝工藝流程是認識封裝技術的前提，是進行封裝設計、制造和優(yōu)化的基礎。 芯片封裝和芯片制造不在同一工廠完成 它們可能在同一工廠不同的生產區(qū)、或不同的地區(qū)，甚至在不同的國家。許多工廠將生產好的芯片送到幾千公里以外的地方去做封裝。芯片一般在做成集成電路的硅片上進行測試。在測試中，先將有缺陷的芯片打上記號（打一個黑色墨點），然后在自動拾片機上分辨出合格的芯片。,第二章 封裝工藝流程,2.1.2 封裝工藝流程概況 流程一般可以分成兩個部分：在用塑料封裝之前的工序稱為前段工序，在成型之后的操作稱為后段工序。成型工序是在凈化環(huán)境中進行的，由于轉

2、移成型操作中機械水壓機和預成型品中的粉塵達到1000級以上（空氣中0.3m粉塵達1000個/m3以上）。 現(xiàn)在大部分使用的封裝材料都是高分子聚合物，即所謂的塑料封裝。,第二章 封裝工藝流程,概述,芯片封裝技術（一級）,2.2 芯片切割 2.2.1、為什么要減薄 半導體集成電路用硅片4吋厚度為520m，6吋厚度為670m。這樣就對芯片的切分帶來困難。因此電路層制作完成后，需要對硅片背面進行減薄，使其達到所需要的厚度，然后再進行劃片加工，形成一個個減薄的裸芯片。,第二章 封裝工藝流程,2.2.2減薄工藝 硅片背面減技術主要有： 磨削、研磨、化學拋光 干式拋光、電化學腐蝕、濕法腐蝕 等離子增強化學腐

3、蝕、常壓等離子腐蝕等,第二章 封裝工藝流程,減薄厚硅片粘在一個帶有金屬環(huán)或塑料框架的薄膜（常稱為藍膜）上，送到劃片機進行劃片?，F(xiàn)在劃片機都是自動的，機器上配備激光或金鋼石的劃片刀具。切割分部分劃片（不劃到底，留有殘留厚度）和完全分割劃片。對于部分劃片，用頂針頂力使芯片完全分離。劃片時，邊緣或多或少會存在微裂紋和凹槽這取決于刀具的刃度。這樣會嚴重影響芯片的碎裂強度。,2.2.2減薄工藝 先劃片后減薄和減薄劃片兩種方法,第二章 封裝工藝流程,這兩種方法都很好地避免了或減少了減薄引起的硅片翹曲以及劃片引起的邊緣損害，大大增強了芯片的抗碎能力。,芯片切割,DBG法（先劃片后減?。?第二章 封裝工藝流程

4、,芯片貼裝（die mount/bonding/attachment) 目的：實現(xiàn)芯片與底座（chip carrier）的連接. 要求： 機械強度 化學性能穩(wěn)定 導電、導熱 熱匹配 可操作性,第二章 封裝工藝流程,2.3 芯片貼裝 芯片貼裝，也稱芯片粘貼，是將芯片固定于封裝基板或引腳架芯片的承載座上的工藝過程。,第二章 封裝工藝流程,2.3.1共晶粘貼法 一般工藝方法 陶瓷基板芯片座上鍍金膜-將芯片放置在芯片座上-熱氮氣氛中（防氧化）加熱并使粘貼表面產生摩擦（去除粘貼表面氧化層）-約425時出現(xiàn)金-硅反應液面，液面移動時，硅逐漸擴散至金中而形成緊密結合。,第二章 封裝工藝流程,優(yōu)點：金-硅共晶

5、焊接機械強度高、熱阻小、穩(wěn)定性好、可靠性高,高溫性能好，不脆化。 缺點：生產效率低，不適應高速自動化生產。,2.3.1共晶粘貼法 預型片法，此方法適用于較大面積的芯片粘貼。優(yōu)點是可以降低芯片粘貼時孔隙平整度不佳而造成的粘貼不完全的影響。,第二章 封裝工藝流程,2.3.2 焊接粘貼法 焊接粘貼法是利用合金反應進行芯片粘貼的方法。優(yōu)點是熱傳導性好。 一般工藝方法 將芯片背面淀積一定厚度的Au或Ni，同時在焊盤上淀積Au-Pd-Ag和Cu的金屬層。然后利用合金焊料將芯片焊接在焊盤上。焊接工藝應在熱氮氣或能防止氧化的氣氛中進行。,第二章 封裝工藝流程,所用材料 硬質焊料：金-硅、金-錫、金鍺； （塑變

6、應力高，抗疲勞抗?jié)撟兲匦院茫?軟質焊料：鉛-錫、鉛-錫-銦.,2.3.3 導電膠粘貼法 導電膠是銀粉與高分子聚合物（環(huán)氧樹脂）的混合物。銀粉起導電作用，而環(huán)氧樹脂起粘接作用。,第二章 封裝工藝流程,導電膠有三種配方： （1）各向同性材料，能沿所有方向導電。 （2）導電硅橡膠，能起到使器件與環(huán)境隔絕，防止水、汽對芯片的影響，同時還可以屏蔽電磁干擾。 （3）各向異性導電聚合物，電流只能在一個方向流動。在倒裝芯片封裝中應用較多。無應力影響。,三種導電膠的特點是：化學接合、具有導電功能。,導電膠貼裝工藝,第二章 封裝工藝流程,膏狀導電膠： 用針筒或注射器將粘貼劑涂布到芯片焊盤上（不能太靠近芯片表面，否

7、則會引起銀遷移現(xiàn)象），然后用自動拾片機（機械手）將芯片精確地放置到焊盤的粘貼劑上，在一定溫度下固化處理（150 1小時或186半小時）。,固體薄膜： 將其切割成合適的大小放置于芯片與基座之間，然后再進行熱壓接合。采用固體薄膜導電膠能自動化大規(guī)模生產。,導電膠粘貼法的缺點是熱穩(wěn)定性不好，高溫下會引起粘接可靠度下降，因此不適合于高可靠度封裝。,玻璃膠粘貼法 與導電膠類似，玻璃膠也屬于厚膜導體材料（后面我們將介紹）。不過起粘接作用的是低溫玻璃粉。它是起導電作用的金屬粉（Ag、Ag-Pd、Au、Cu等）與低溫玻璃粉和有機溶劑混合，制成膏狀。 優(yōu)點：所得芯片封裝無空隙、熱穩(wěn)定性優(yōu)良、低結合應力以及濕氣含

8、量低； 缺點：有機成分與溶劑必須除去，否則危害可靠性。,第二章 封裝工藝流程,在芯片粘貼時，用蓋印、絲網印刷、點膠等方法將膠涂布于基板的芯片座中，再將芯片置放在玻璃膠之上，將基板加溫到玻璃熔融溫度以上即可完成粘貼。由于完成粘貼的溫度要比導電膠高得多，所以它只適用于陶瓷封裝中。在降溫時要控制降溫速度，否則會造成應力破壞，影響可靠度。,2.4 芯片互連 芯片互連是將芯片焊區(qū)與電子封裝外殼的I/O引線或基板上的金屬焊區(qū)相連接。 芯片互連常見的方法：,第二章 封裝工藝流程,這三種連接技術對于不同的封裝形式和集成電路芯片集成度的限制各有不同的應用范圍。 打線鍵合適用引腳數(shù)為3-257；載帶自動鍵合的適用

9、引腳數(shù)為12-600；倒裝芯片鍵合適用的引腳數(shù)為6-16000?？梢奀4適合于高密度組裝。,2.4.1 打線鍵合技術,第二章 封裝工藝流程,提供能量破壞被焊表面的氧化層和污染物，使焊區(qū)金屬產生塑性變形，使得引線與被焊面緊密接觸，達到原子間引力范圍并導致界面間原子擴散而形成焊合點。 引線鍵合鍵合接點形狀主要有楔形和球形，兩鍵合接點形狀可以相同或不同。,WB技術作用機理,2.4.1 打線鍵合技術介紹 （1）超聲波鍵合,第二章 封裝工藝流程,優(yōu)點： 鍵合點尺寸小，回繞高度低，適合于鍵合點間距小、密度高的芯片連接。,缺點： 所有的連線必須沿回繞方向排列（這不可能），因此在連線過程中要不斷改變芯片與封裝

10、基板的位置再進行第2根引線的鍵合。從而限制了打線速度。,2.4.1 打線鍵合技術介紹 （2）熱壓鍵合,第二章 封裝工藝流程,先將金屬線穿過毛細管狀的鍵合工具（稱 為瓷嘴或焊針），該工具是由碳化鎢或氧化鋁等耐高溫材料制成；然后再電子點火或氫焰將金屬線燒斷并利用熔融金屬的表面張力作用使線的末端灼燒成球（直徑約為金屬線直徑的2-3倍），鍵合工具再將金屬球壓至已經預熱到150-250的第一金屬焊墊上進行球形鍵合。 此時球形鍵合點受壓稍有變形，其目的 一是增加鍵合面積， 二是穿破表面氧化層，以形成緊密鍵合。球形鍵合完成后，鍵合工具升起并引導金屬線至第二鍵合點上進行楔形接合（不需燒成金屬球，而是將金屬線直

11、接壓到焊區(qū)上）。 由于鍵合工具頂端是圓錐形的，所以得到的焊點通常為新月狀。 由于熱壓焊是在高溫下進行的，通常使用的金屬線為金線（抗氧化性強）。為降低成本有時也用鋁線。鋁線的2個焊接點是楔形的。原因是鋁線不易在線的末端灼燒成球。,（3）熱超聲波鍵合 熱超聲波鍵合是熱壓鍵合與超聲波鍵合的混合技術。在工藝過程中，先在金屬線末端成球，再使用超聲波脈沖進行金屬線與金屬接墊之間的接合。 此過程中接合工具不被加熱，僅給接合的基板加熱(溫度維持在100-150)。其目的是抑制鍵合界面的金屬間化合物（類似于化學鍵，金屬原子的價電子形成鍵）的成長，和降低基板高分子材料因高溫產生形變。,第二章 封裝工藝流程,不同鍵

12、合方法采用的鍵合材料也有所不同： 熱壓鍵合和金絲球鍵合主要選用金（Au）絲，超聲鍵合則主要采用鋁（Al）絲和Si-Al絲（Al-Mg-Si、Al-Cu等） 鍵合金絲是指純度約為99.99，線徑為l850m的高純金合金絲，為了增加機械強度，金絲中往往加入鈹(Be)或銅。,WB線材及其可靠度,打線鍵合技術(WB)影響因素： 金鋁金屬間化合物（AuAl2或Au5Al2)是主因； 線材、鍵合點與金屬間化合物之間的交互擴散產生的孔洞； 其他，鍵合點金屬化工藝與封裝材料之間的反應，亦可生成金屬間化合物。,2.4.2 載帶自動鍵合技術,第二章 封裝工藝流程,載帶自動健合技術是在類似于135膠片的柔性載帶粘結

13、金屬薄片，（像電影膠片一樣卷在一帶卷上，載帶寬度8-70mm。在其特定的位置上開出一個窗口。窗口為蝕刻出一定的印刷線路圖形的金屬箔片。 引線排從窗口伸出，并與載帶相連，載帶邊上有供傳輸帶用的齒輪孔。 當載帶卷轉動時，載帶依靠齒孔往前運動，使帶上的窗口精確對準帶下的芯片。再利用熱壓模將導線排精確鍵合到芯片上?？梢奣AB技術與一般的壓絲引線技術不同。 后者的特點是將一根、一根的引線先后分立的快速的鍵合到搭接片上。TAB技術中內引線鍵合后還要作后道工序，包括電學測試、通電老化，外引線鍵合、切下，最后進行封裝工藝。,過去，TAB技術不受重視的原因： （1）TAB技術初始投資大； （2）開始時TAB工藝

14、設備不易買到，而傳統(tǒng)的引線工藝已得到充分的發(fā)展，且其生產設備也容易買到； （3）有關TAB技術資料和信息少。但是隨著芯片信息容量及隨之而來的引腳數(shù)的增加，傳統(tǒng)的分立引線工藝顯得力不從心。為降低引線成本的需要，TAB技術越來越受到人們的青睞，促使許多半導體廠家積極開發(fā)研究。,第二章 封裝工藝流程,TAB技術較之常用的引線工藝的優(yōu)點： 1）TAB結構輕、薄、短、小，封裝高度1mm 2）TAB電極尺寸、電極與焊區(qū)間距較之WB小 3）TAB容納I/O引腳數(shù)更多，安裝密度高 4）TAB引線電阻、電容、電感小，有更好的電性能 5）可對裸芯片進行篩選和測試 6）采用Cu箔引線，導電導熱好，機械強度高 7）T

15、AB鍵合點抗鍵合拉力比WB高（3-10倍） 8）TAB采用標準化卷軸長帶，對芯片實行多點一次焊接，自動化程度高,第二章 封裝工藝流程,TAB技術分類,TAB按其結構和形狀可分為：Cu箔單層帶、Cu-PI雙層帶、Cu-粘接劑-PI三層帶和Cu-PI-Cu雙金屬帶等四種。,2.4.2 載帶自動鍵合技術 TAB技術的關鍵材料 基帶材料：要求耐高溫，與金屬箔粘貼性好，熱匹配性好，抗化學腐蝕性強，機械強度高，吸水率低。例如，聚酰亞胺（PI）、聚乙烯對本二甲酸脂（PET）和苯并環(huán)丁烯（BCB） TAB金屬材料：要求導電性能好，強度高，延展性、表面平滑性良好，與各種基帶粘貼牢固，不易剝離，易于用光刻法制作出

16、精細復雜的圖形，易電鍍Au、Ni、Pb/Sn焊接材料，例如，Al、Cu。 芯片凸點金屬材料：一般包括金屬Au、Cu、Au/Sn、Pd/Sn。,第二章 封裝工藝流程,2.4.2 載帶自動鍵合技術 TAB的關鍵技術 芯片凸點制作技術 TAB載帶制作技術 載帶引線與芯片凸點的內引線焊接和載帶外引線焊接技術,第二章 封裝工藝流程,2.4.2 載帶自動鍵合技術 TAB的關鍵技術-芯片凸點制作技術,第二章 封裝工藝流程,IC芯片制作完成后其表面均鍍有鈍化保護層，厚度高于電路的鍵合點，因此必須在IC芯片的鍵合點上或TAB載帶的內引線前端先長成鍵合凸塊才能進行后續(xù)的鍵合，通常TAB載帶技術也據(jù)此區(qū)分為凸塊化載

17、帶與凸塊化芯片TAB兩大類。,凸塊式載帶TAB；單層載帶可配合銅箔引腳的刻蝕制成凸塊，在雙層與三層載帶上，因為蝕刻的工藝容易致導帶變形，而使未來鍵合發(fā)生對位錯誤，因此雙層與三層載帶較少應用于凸塊載帶TAB的鍵合。 凸塊式芯片TAB，先將金屬凸塊長成于IC芯片的鋁鍵合點上，再與載帶的內引腳鍵合。預先長成的凸塊除了提供引腳所需要的金屬化條件外，可避免引腳與IC芯片間可能發(fā)生短路，但制作長有凸塊的芯片是TAB工藝最大的困難。,2.4.2 載帶自動鍵合技術 芯片凸點制作技術 凸點因形狀不同可分為兩種,第二章 封裝工藝流程,蘑菇狀凸點一般用光刻膠做掩膜制作，電鍍時，光刻膠 以上凸點除了繼續(xù)升高以外，還橫

18、向發(fā)展，凸點越來越高，橫向也越來越大，所以凸點形狀像蘑菇。隨著橫向發(fā)展電鍍電流密度的不均勻性使得最終得到的凸點頂部成凹形，且凸點的尺寸也難以控制。 直狀凸點制作是使用厚膜抗腐蝕劑做掩膜，掩膜的厚度與要求的凸點高度一致，所以始終電流密度均勻，凸點的平面是平整的。,金凸塊制作的傳統(tǒng)工藝,金凸塊制作的傳統(tǒng)工藝: 第一步，對芯片進行清潔處理 第二步，通過真空濺散的方法，在芯片鍵合的上表面形成粘著層和阻擋層。粘著層提供IC芯片上的鋁鍵合點與凸塊間良好的鍵合力與低的接觸電阻特性。常用的材料是Ti、Cr、和Al，這幾種金屬的與鋁和氧化硅的粘著性很好。擴散阻擋層的作用是阻止芯片上的鋁與凸塊材料之間的擴散反應而

19、形成金屬間化合物。 金屬層做好后、接著涂25微米后的光刻膠，然后用電鍍的方法制作金屬凸塊。凸塊制作完成后在其頂面電鍍一層25微米的金（凸塊金屬不是金的情況），目的是起抗氧化作用。,第二章 封裝工藝流程,第二章 封裝工藝流程,金凸塊制作的傳統(tǒng)工藝,凸塊轉移技術 一般的凸塊制作工藝流程，可以看出，它的制作工藝復雜，技術難度大，成本高。因此改進凸塊制作技術成為一項研究的熱門課題。 日本Matsushita公司開發(fā)了凸塊轉移技術。 這種技術分2次鍵合： 第1次是將在玻璃基板上做成的凸塊，轉移到載帶內引腳前端與芯片鍵合點相對應的位置。 第2次鍵合。在引腳前端有凸點的載帶由專門的制造商提供，這樣就避免了在

20、芯片焊區(qū)制作凸點的麻煩，降低了生產成本。,第二章 封裝工藝流程,第二章 封裝工藝流程,凸塊轉移技術,2.4.2 載帶自動鍵合技術,第二章 封裝工藝流程,（1）單層結構載帶 這僅為一銅帶，其上腐蝕出引線圖案以及支撐結構。方法是將光刻膠涂在銅帶的兩側。將要刻蝕掉的部分曝光，腐蝕后留下引線圖案。帶上可事先制備出凸點，這種情況下可選用不帶凸點的芯片。再將載帶上的引線排與芯片的I/O鍵合點鍵合。單層結構的缺點是全部引線與金屬支撐架相連接，妨礙了帶上器件的測試檢驗和通電老化。,2.4.2 載帶自動鍵合技術,第二章 封裝工藝流程,（2）雙層結構載帶 雙層結構載帶可用兩種方法制作。用液體聚酰亞胺涂敷銅帶（1.

21、4mil厚，1mil=25.4um），然后再干燥處理。聚酰亞胺的厚度為2-3mil。將聚酰亞胺進行光刻，然后窗口和齒孔用KOH或NaOH腐蝕出來，再用FeCl3銅標腐蝕液將銅帶上所需圖形腐蝕出來。,2.4.2 載帶自動鍵合技術,第二章 封裝工藝流程,（3）三層結構載帶 所用載帶厚度為5mil，比雙層帶厚，因而更穩(wěn)定。它的制作方法是：用粘接劑涂敷12或24英寸的Kapton帶，再將帶條分裂成TAB產品所需要的合適寬度。窗口和齒孔用硬工具沖制而成。然后將銅帶與Kapton帶進行疊合處理，使銅帶壓合在齒孔機的Kapton。最后光刻銅帶，形成引線排。三層結構的優(yōu)點是膠帶和銅之間有很高的結合強度，且絕緣

22、性能好，吸濕性低。,載帶制作工藝實例Cu箔單層帶,1）沖制標準定位傳送孔 2） Cu箔清洗 3）Cu箔涂光刻膠（雙面） 4）刻蝕形成Cu線圖樣 5）導電圖樣Cu鍍錫退火,載帶引線與芯片凸點的內引線焊接和載帶外引線焊接技術 芯片上的凸點和載帶制作完成后，接下來要進行引線的焊接，這又分內引線焊接和外引線焊接。內引線焊接是引線與芯片焊接，外引線焊接是將引線焊接到外殼或基板焊區(qū)。,第二章 封裝工藝流程,TAB內引線焊接技術 將載帶引線圖形指端與芯片焊接到一起的方法主要有熱壓焊合再流焊。當芯片凸點是 Au、Au/Ni、Cu/Au，而載帶Cu箔引線也是鍍這類凸點金屬時，使用熱壓焊；而載帶Cu箔引線鍍層為P

23、b/Sn時，或者芯片凸點具有Pb/Sn，而載帶Cu箔引線是上述硬金屬時就要用熱壓再流焊。完全使用熱壓焊焊接溫度高，熱壓再流焊的溫度低。 這兩種焊接方法都是使用自動或半就自動化的引線焊接機進行多點一次焊接的。 主要工藝操作是對位、焊接、抬起、芯片傳送4部分。,第二章 封裝工藝流程,2.4.2 載帶自動鍵合技術 內引線焊接,第二章 封裝工藝流程,TAB內引線焊接技術,焊接程序,對位 給做成電路的晶圓片上的芯片進行測試，給壞芯片打上標記用劃片機劃片將劃過片的大圓片（晶圓片的背面有粘著層，經劃片后仍呈大圓片狀）放置在焊接機的承片臺上按設計程序將性能好的IC芯片置于載帶引線圖形下面，使載帶引線圖形對芯片

24、凸點進行精確對位。 焊接 落下加熱的熱壓焊頭，加壓一定時間，完成焊接。 抬起 抬起熱壓焊頭，焊接機將壓焊到載帶上的IC芯片通過鏈輪步進卷繞到卷軸上，同時下一個載帶引線圖形也步進到焊接對位的位置上。 芯片傳送 供片系統(tǒng)按設定程序將下一個好的IC芯片移到新的載帶引線圖形下方進行對位，從而完成了程序化的完整的焊接過程。,焊接工藝條件： 焊接溫度T=450-500；焊接壓力 P=50g；焊接時間t=0.5-1秒。此外，焊頭的平行度、平整度要好，焊接時的傾斜度要合適，否則會影響焊接效果。凸點的高度和載帶引線圖形的厚度的一致性也會影響焊接質量。 完成內引腳鍵合與電性能測試后，芯片與內引腳面或整個IC芯片必

25、須再涂上一層高分子膠材料保護引腳、凸塊與芯片，以避免外界的壓力、震動、水汽等因素造成破壞。 封膠的材料 一般為環(huán)氧樹脂(Epoxy)和硅橡膠(Silicone)。環(huán)氧樹脂用蓋印或點膠的方法涂布，可覆蓋整個芯片或僅涂布完成內引腳鍵合的芯片表面。在烘烤硬化時應注意加溫條件，避免氣泡和預應力的產生。,第二章 封裝工藝流程,2.4.2 載帶自動鍵合技術 外引線焊接技術,第二章 封裝工藝流程,經過老化、篩選、測試的載帶芯片可以用于各種集成電路。 對于微電子封裝的引線框架或在生產線上連接安裝載帶芯片的電子產品，可使用外引線壓焊機將卷繞的載帶芯片連接進行外引線焊接，焊接時要及時應用切斷裝置，將每個焊點外沿處

26、將引線和聚酰亞胺（PI）支撐框架以外的部分切斷并焊接。,2.4.3 倒裝芯片鍵合技術 倒裝焊（FCB，F(xiàn)lip Chip Bonding）芯片，芯片正面朝下。借助于凸點與基板焊區(qū)直接焊接。這樣就省略了互連線，由互連線產生的雜散電容和電感要比WB和TAB小得多，因此適合于高頻、高速電路和高密度組裝的應用。,第二章 封裝工藝流程,第二章 封裝工藝流程,電子封裝密度比較,倒裝焊的典型例子是IBM公司的C4(Controlled-Collapse Chip Connection，可控塌陷芯片連接)技術。C4技術的凸緣制備主要通過電子束蒸發(fā)、濺散等工藝，將UBM(Under Bump Metallurg

27、y) 沉積在芯片的鋁焊盤上。UBM一般有三層，分別為鉻/鉻-銅（50%-50%）/銅。,第二章 封裝工藝流程,凸點芯片的類型。在多層化金屬上可用多種方法形成不同尺寸和高度要求的凸點金屬，其分類可按凸點材料分類，也可按凸點結構形狀進行分類。 按凸點材料分類：Au凸點、Ni/Sn凸點、Cu凸點、Cu/Pb-Sn凸點In凸點Pb/Sn凸點(C4) 按凸點結構分類：周邊形、面陣形 按凸點形狀分類：蘑菇狀、直狀、球形、疊層,第二章 封裝工藝流程,凸點芯片焊區(qū)多層金屬化,第二章 封裝工藝流程,凸點芯片的制作工藝,蒸發(fā)/濺散凸點制作法,電鍍凸點制作法,置球及模板印刷制作焊料凸點,蒸發(fā)/濺散凸點制作法 這是早

28、期常用的方法，因為它與IC工藝兼容，工藝簡單成熟。多層金屬和凸點金屬可以一次完成。 工藝流程： 制作掩模板-Si圓片安裝制作好的掩模板-Si圓片光刻掩?？?蒸發(fā)/濺射各金屬層-蒸發(fā)/濺射凸點金屬-去掩模板、去除光刻膠，剝離多余的金屬層-形成凸點。 缺點: 是形成的凸點大且低。如果形成一定高度的凸點需要的時間長，真空濺散設備應是多源多靶的，價格貴。成本高效率低，不適合大批量生產。,第二章 封裝工藝流程,蒸發(fā)UBM和凸點流程,電鍍凸點制作法 這是目前國際上普遍采用的方法，工藝成熟。加工過程少，工藝簡單易行，適合大批量制作各種類型的凸點。 基本工序： Si3N4鈍化，用激光燒毀不合格的芯片- 蒸發(fā)/

29、濺散Ti-W-Au-涂光刻膠-光刻電極窗口-腐蝕大面積Au-W-Ti-去膠，保留窗口多層電極-閃濺金屬層（Au）-貼厚光刻膠（膜）-套刻出凸點窗口-電鍍Au凸點-去除厚膠（膜）-腐蝕閃濺Au。,第二章 封裝工藝流程,第二章 封裝工藝流程,第二章 封裝工藝流程,置球及模板印刷制作焊料凸點 在IC的Al焊區(qū)上形成多層金屬后，通過掩模板定位放置焊料球，然后在H2或N2氣氛保護下在回流爐中再流。焊料在掩模板的限制下，以底層金屬為基面收縮成半球狀的焊料凸點。 將置焊料球換成印制焊膏也可以制作焊料凸點。由于使用了助焊劑，形成凸點后要認真去除焊劑殘留物。 工藝簡單，成本較低適用于大尺寸，焊料凸點模板的制作精

30、度要求高,第二章 封裝工藝流程,置球及模板印刷制作焊料凸點 工藝流程 鈍化好的圓片- 覆蓋并固定掩模板- 置Pb-Sn焊料球- H2或N2保護氣氛下焊料球再流- 焊料冷卻收球- 取下掩模板- Pb-Sn焊料芯片凸點形成-,第二章 封裝工藝流程,第二章 封裝工藝流程,凸點芯片的FCB技術 制作的凸點芯片既可用于厚膜陶瓷基板上進行FCB又可在薄膜陶瓷基板上進行FCB,還可在PWB上直接將芯片F(xiàn)CB。這些基板既可以是單層的，也可以是多層的，而凸點芯片要倒裝在基板上層的金屬化焊區(qū)上。 （1）FCB互連基板的金屬焊區(qū)制作 要使FCB芯片與各類基板互連達到一定的可靠性要求，關鍵是安裝互連FCB芯片的基板頂

31、層金屬焊區(qū)要與芯片凸點一一對應，與凸點金屬具有良好的壓焊或焊料浸潤特性。 薄膜陶瓷基板的金屬化工藝：蒸發(fā)/濺射-光刻-電鍍 厚膜陶瓷基板的金屬化工藝：印制燒結 PCB金屬化：線寬/間距約數(shù)百微米,第二章 封裝工藝流程,凸點芯片的FCB技術 （2）FCB的工藝方法 FCB的工藝方法主要有以下幾種： 熱壓FCB法； 再流FCB法(C4)； 環(huán)氧樹脂光固化FCB法； 各向異性導電膠粘接FCB法。,第二章 封裝工藝流程,熱壓FCB法 使用倒裝焊接機完成對各種凸點，如Au凸點、Ni-Al凸點、Cu-Pb-Sn凸點的FCB。 倒裝焊接機是由光學攝像對位系統(tǒng)、檢拾熱壓超聲焊頭、精確定位承片臺及顯示屏等組成的

32、精密設備。 將欲FCB的基板放置在承片臺上，用檢拾焊頭檢拾帶有凸點的芯片，面朝下對著基板，一路光學攝像頭對著凸點芯片面，一路光學攝像頭對著基板上的焊區(qū)，分別進行調準對位，并顯示在屏上。待調準對位達到要求的精度后，即可落下壓焊頭進行壓焊。壓焊頭可加熱，并帶有超聲，同時承片臺也對基板加熱，在加熱、加壓、超聲到設定的時間后就完成所有凸點與基板焊區(qū)的焊接。 FCB與基板的平行度非常重要，如果它們不平行，焊接后的凸點形變將有大有小，致使拉力強度也有高有低，有的焊點可能達不到使用要求。,第二章 封裝工藝流程,再流FCB法 這種焊接方法專對各類Pb-Sn焊料凸點進行再流焊接，俗稱再流焊接法。這種FCB技術最

33、早起源于于美國IBM公司，又稱C4技術，即可控塌陷芯片連接。 C4技術倒裝焊的特點是： 1）不但可與光滑平整的陶瓷/硅基板金屬焊區(qū)互連，還能與PWB上的金屬焊區(qū)互連。 2）C4的芯片凸點使用高熔點的焊料（如90%Pb-10%Sn）,而PWB上的焊區(qū)使用低熔點的常規(guī)37%Pb-63%Sn焊料，倒裝焊再流時，C4凸點不變形，只有低熔點的焊料熔化，這就可以彌補PWB基板的缺陷（如凹凸扭曲等）產生焊接不均勻問題。 3）倒裝焊時Pb-Sn焊料熔化再流時較高的表面張力會產生“自對準效果，這就使C4芯片倒裝焊時對準精度要求大為寬松。,第二章 封裝工藝流程,再流FCB法,第二章 封裝工藝流程,環(huán)氧樹脂光固化倒

34、裝焊法 這是一種微凸點FCB法。日本曾用這種方法對6mm6mm芯片成功進行倒裝焊，Au凸點僅為5m5m，節(jié)距只有10m，載有2320個微凸點。與一般倒裝焊截然不同的是，這里利用光敏樹脂光固化時產生的收縮力將凸點與基板上謹慎焊區(qū)牢固地互連在一起，不是“焊接”，而是“機械接觸”。,第二章 封裝工藝流程,各向異性導電膠（Anisotropic Conductive Adhesive） 在大量的液晶顯示器(LCD)與IC芯片連接的應用中，典型的是使用各向異性導電膠薄膜（ACAF）將TAB的外引線焊接（OLB）到玻璃顯示板的焊區(qū)上，但最小外引腳焊接（OLB outer lead bonding）的節(jié)距為

35、70m。而使用各向異性導電膠(ACA)可以直接倒裝焊再玻璃基板上，稱為玻璃上芯片(COG)技術。,第二章 封裝工藝流程,各向異性導電膠 ACA有熱固型、熱塑型和紫外光(UV)固化型幾種，而以UV型最佳，熱固型次之。 UV型的固化速度快，無溫度梯度，故芯片和基板均不需加熱，因此不需考慮由UV照射固化產生的微弱熱量引起的熱不匹配問題。 UV的光強可在1500mW/cm2以上，光強越強，固化時間越短。一般照射數(shù)秒后，讓ACA達到“交聯(lián)”，這時可去除壓力，繼續(xù)光照，方可達到完全固化。光照時需加壓，100m100m的凸點面積，需加壓0.5N/凸點以上。,第二章 封裝工藝流程,為了制作更小、精度更高的LC

36、D，就要不斷縮小IC芯片的凸點尺寸、凸點節(jié)距或倒裝焊節(jié)距。例如小于50m凸點尺寸或節(jié)距，這樣使用ACA常規(guī)倒裝焊方法，將使橫向短路的可能性隨之增加。為了消除這種不良影響，使用ACA倒裝焊方法要加以改進，其中設置尖峰狀的絕緣介質壩就是一種有效的方法。,第二章 封裝工藝流程,各類倒裝焊工藝方法的比較,倒裝焊接后的芯片下填充 倒裝焊后，在芯片與基板間填充環(huán)氧樹脂，不但可以保護芯片免受環(huán)境如濕汽、離子等污染，利于芯片在惡劣環(huán)境下正常工作，而且可以使芯片耐受機械振動和沖擊。特別是填充樹脂后可以減少芯片與基板（尤其PWB）間膨脹失配的影響，即可減小芯片凸點連接處的應力和應變。,第二章 封裝工藝流程,倒裝焊

37、芯片下填充環(huán)氧樹脂填料要求 應小于倒裝焊芯片與基板間的間隙，以達到芯片下各處完全填充覆蓋。 填料應無揮發(fā)性，因為揮發(fā)能使芯片下產生間隙，從而導致機械失效。 應盡可能減小乃至消除失配應力，填料與倒裝芯片凸點連接處的z方向CTE(Coefficient of Thermal Expansion 熱膨脹系數(shù))應大致匹配。 為避免PWB產生形變，填料的固化溫度要低一些。 要達到耐熱循環(huán)沖擊的可靠性，填料應有高的玻璃轉化溫度。 對于存儲器等敏感器件，填充放射性低的填料至關重要。 填料的粒子尺寸 在填充溫度操作條件下的填料粘滯性要低，流動性要好，即填料的粘滯性應隨著溫度的提高而降低。 為使倒裝焊互連具有較

38、小的應力，填料應具有較高的彈性模量和彎曲強度。 在高溫高濕環(huán)境條件下，填料的絕緣電阻要高，即要求雜質離子（Cl-、Na、K等）數(shù)量要低。 填料抗各種化學腐蝕的能力要強。,第二章 封裝工藝流程,填料的填充方法 實際填充時，將倒芯片和基板加熱到70-75，利用加有填料、形狀如同“L”的注射器，沿著芯片的邊緣雙向注射填料。 由于毛細管虹吸作用，填料被吸入，并向芯片-基板的中心流動。一個12.7mm見方的芯片，10分鐘可完全充滿縫隙，用料大約0.03ml。 填充后要對環(huán)氧樹脂進行固化。可在烘箱中分段升溫，待達到固化溫度后，保溫3-4小時，即可達到完全固化。,第二章 封裝工藝流程,2.5 成型技術 芯片

39、互連完成之后就到了塑料封裝的步驟，即將芯片與引線框架包裝起來。這種成型技術有金屬封裝、塑料封裝、陶瓷封裝等，但從成本的角度和其它方面綜合考慮，塑料封裝是最為常用的封裝方式，它占據(jù)90%左右的市場。,第二章 封裝工藝流程,2.5 成型技術 1、塑料封裝的種類和材料 塑料封裝的成型技術有多種，包括轉移成型技術（Transfer Molding）、噴射成型技術（Inject Molding）、預成型技術（Premolding）等，但最主要的是轉移成型技術。轉移成型使用的材料一般為熱固性聚合物（Thermosetting Polymer）。 熱固性聚合物是指低溫時聚合物是塑性的或流動的，但將其加熱到一

40、定溫度時，即發(fā)生所謂的交聯(lián)反應（Cross-inking），形成剛性固體。若繼續(xù)加熱，則聚合物只能變軟而不可能熔化、流動。,第二章 封裝工藝流程,2.5 成型技術 2、轉移成型工藝流程 將已貼裝芯片并完成引線鍵合的框架帶置于模具中; 將塑封的預成型塊在預熱爐中加熱（預熱溫度在90-95之間），然后放入轉移成型機的轉移罐中。 在轉移成型壓力下，塑封料被擠壓到澆道中，經過澆口注入模腔（整個過程中，模具溫度保持在170-175） 塑封料在模具中固化，經過一段時間的保壓，使模塊達到一定的硬度，然后用頂桿頂出模塊，就完成成型過程。,第二章 封裝工藝流程,2.5 成型技術 3、轉移成型設備 在自動化生產設

41、備中，產品的預熱、模具的加熱和轉移成型操作都在同一臺設備中完成，并由計算機實施控制。也就是說預熱、框架帶的放置、模具放置等工序都可以達到完全自動化。,第二章 封裝工藝流程,轉移成型技術的優(yōu)缺點 技術和設備成熟，工藝周期短，成本低，幾乎沒有后整理，適合于大批量生產 塑封料的利用率不高，使用標準的框架材料，不利于應用到較先進的封裝技術，對于高密度封裝有限制,2.6 去飛邊毛刺 在塑料封裝中的塑封料樹脂溢出、貼帶毛邊、引線毛刺等統(tǒng)稱為飛邊毛刺現(xiàn)象。例如，塑封料只在模塊外的框架上形成薄薄的一層，面積也很小，通常稱為樹脂溢出。若滲出部分較多、較厚，則稱為毛刺或是飛邊毛刺。它會給后續(xù)工序（如切筋成型）帶來

42、麻煩，甚至會損壞機器。,第二章 封裝工藝流程,2.6 去飛邊毛刺 去飛邊毛刺主要工序,第二章 封裝工藝流程,介質去飛邊毛刺,用介質去飛邊毛刺時，是將研磨料（如顆粒狀的塑料球）與高壓空氣一起沖洗模塊。在去飛邊毛刺過程中，介質會將框架引腳的表面輕微擦磨，這將有助于焊料和金屬框架的粘連。,水去飛邊毛刺,用水去飛邊毛刺工藝是利用高壓的水流來沖擊模塊，有時也會將研磨料與高壓水流一起使用。用溶劑來去飛邊毛刺通常只適用于很薄的毛刺。溶劑包括N-甲基吡咯烷酮(NMP)或雙甲基呋喃（DMF）。,2.7 上焊錫 封裝后要對框架外引線進行上焊錫處理，目的是在框架引腳上做保護層和增加其可焊性。上焊錫可用二種方法，電鍍和浸錫。 電鍍工序： 清洗-在電鍍槽中進行電鍍-沖洗-吹干-烘干（在烘箱中） 浸錫工序： 去飛邊-去油-去氧化物-浸助焊劑-熱浸錫（熔融焊錫，Sn/Pb=63/67）-清洗-烘干 二種方法比較： 浸錫容易引起鍍層不均勻，中間厚，邊上?。ū砻鎻埩ψ饔茫ｋ婂冎虚g薄角周圍厚（電荷集聚效應）。電鍍液還會造成離子污染。,第