IC-芯片封装流程

IntroductionofICAssemblyProcessIC封装工艺简介FOL–BackGrinding背面减薄Taping粘胶带BackGrinding磨片De-Taping去胶带将从晶圆厂出来的Wafer进行背面研磨，来减薄晶圆达到封装需要的厚度（8mils~10mils）；磨片时，需要在正面（ActiveArea）贴胶带保护电路区域同时研磨背面。研磨之后，去除胶带，测量厚度；FOL–WaferSaw晶圆切割WaferMount晶圆安装WaferSaw晶圆切割WaferWash清洗将晶圆粘贴在蓝膜（Mylar）上，使得即使被切割开后，不会散落；通过SawBlade将整片Wafer切割成一个个独立的Dice，方便后面的DieAttach等工序；WaferWash主要清洗Saw时候产生的各种粉尘，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WaferSaw之后在显微镜下进行Wafer的外观检查，是否有出现废品。ChippingDie崩边FOL–DieAttach芯片粘接WriteEpoxy点银浆DieAttach芯片粘接EpoxyCure银浆固化EpoxyStorage：零下50度存放；EpoxyAging：使用之前回温，除去气泡；EpoxyWriting：点银浆于L/F的Pad上，Pattern可选；FOL–DieAttach芯片粘接芯片拾取过程：1、EjectorPin从wafer下方的Mylar顶起芯片，使之便于脱离蓝膜；2、Collect/Pickuphead从上方吸起芯片，完成从Wafer到L/F的运输过程；3、Collect以一定的力将芯片Bond在点有银浆的L/F的Pad上，具体位置可控；4、BondHeadResolution：X-0.2um；Y-0.5um；Z-1.25um；5、BondHeadSpeed：1.3m/s；FOL–DieAttach芯片粘接EpoxyWrite：Coverage>75%;DieAttach：Placement<0.05mm;FOL–EpoxyCure银浆固化银浆固化：175°C，1个小时；N2环境，防止氧化：DieAttach质量检查：DieShear（芯片剪切力）FOL–WireBonding引线焊接利用高纯度的金线（Au）、铜线（Cu）或铝线（Al）把Pad和Lead通过焊接的方法连接起来。Pad是芯片上电路的外接点，Lead是LeadFrame上的连接点。W/B是封装工艺中最为关键的一部工艺。FOL–WireBonding引线焊接KeyWords：Capillary：陶瓷劈刀。W/B工艺中最核心的一个BondingTool，内部为空心，中间穿上金线，并分别在芯片的Pad和LeadFrame的Lead上形成第一和第二焊点；EFO：打火杆。用于在形成第一焊点时的烧球。打火杆打火形成高温，将外露于Capillary前端的金线高温熔化成球形，以便在Pad上形成第一焊点（BondBall）；BondBall：第一焊点。指金线在Cap的作用下，在Pad上形成的焊接点，一般为一个球形；Wedge：第二焊点。指金线在Cap的作用下，在LeadFrame上形成的焊接点，一般为月牙形（或者鱼尾形）；W/B四要素：压力（Force）、超声（USGPower）、时间（Time）、温度（Temperature）；FOL–WireBonding引线焊接陶瓷的Capillary内穿金线，并且在EFO的作用下，高温烧球；金线在Cap施加的一定压力和超声的作用下，形成BondBall；金线在Cap施加的一定压力作用下，形成Wedge；FOL–WireBonding引线焊接利用高纯度的金线（Au）、铜线（Cu）或铝线（Al）把Pad和Lead通过焊接的方法连接起来。Pad是芯片上电路的外接点，Lead是LeadFrame上的连接点。W/B是封装工艺中最为关键的一部工艺。FOL–WireBonding引线焊接EFO打火杆在磁嘴前烧球Cap下降到芯片的Pad上，加Force和Power形成第一焊点Cap牵引金线上升Cap运动轨迹形成良好的WireLoopCap下降到LeadFrame形成焊接Cap侧向划开，将金线切断，形成鱼尾Cap上提，完成一次动作FOL–WireBonding引线焊接WireBond的质量控制：WirePull、StitchPull（金线颈部和尾部拉力）BallShear（金球推力）WireLoop（金线弧高）BallThickness（金球厚度）CraterTest（弹坑测试）Intermetallic（金属间化合物测试）SizeThicknessFOL–3rdOpticalInspection三光检查检查DieAttach和WireBond之后有无各种废品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Note：JustForTSSOP/SOIC/QFPpackageEOL–Molding（注塑）为了防止外部环境的冲击，利用EMC把WireBonding完成后的产品封装起来的过程，并需要加热硬化。BeforeMoldingAfterMoldingEOL–Molding（注塑）MoldingTool（模具）EMC（塑封料）为黑色块状，低温存储，使用前需先回温。其特性为：在高温下先处于熔融状态，然后会逐渐硬化，最终成型。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-L/F置于模具中，每个Die位于Cavity中，模具合模。-块状EMC放入模具孔中-高温下，EMC开始熔化，顺着轨道流向Cavity中-从底部开始，逐渐覆盖芯片-完全覆盖包裹完毕，成型固化EOL–LaserMark（激光打字）在产品（Package）的正面或者背面激光刻字。内容有：产品名称，生产日期，生产批次等；BeforeAfterEOL–PostMoldCure（模后固化）用于Molding后塑封料的固化，保护IC内部结构，消除内部应力。CureTemp：175+/-5°C；CureTime：8HrsESPECOven4hrsEOL–De-flash（去溢料）BeforeAfter目的：De-flash的目的在于去除Molding后在管体周围Lead之间多余的溢料；方法：弱酸浸泡，高压水冲洗；EOL–Plating（电镀）BeforePlatingAfterPlating利用金属和化学的方法，在Leadframe的面镀上一层镀层，以防止外界环境的影响（潮湿和热）。并且使元器件在PCB板上容易焊接及提高导电性。电镀一般有两种类型：Pb-Free：无铅电镀，采用的是>99.95%的高纯度的锡（Tin），为目前普遍采用的技术，符合Rohs的要求；Tin-Lead：铅锡合金。Tin占85%，Lead占15%，由于不符合Rohs，目前基本被淘汰；EOL–PostAnnealingBake（电镀退火）目的：让无铅电镀后的产品在高温下烘烤一段时间，目的在于消除电镀层潜在的晶须生长（WhiskerGrowth）的问题;条件：150+/-5C;2Hrs；晶须晶须，又叫Whisker，是指锡在长时间的潮湿环境和温度变化环境下生长出的一种须状晶体，可能导致产品引脚的短路。EOL–Trim&Form（切筋成型）Trim：将一条片的LeadFrame切割成单独的Unit（IC）的过程；Form：对Trim后的IC产品进行引脚成型，达到工艺需要求的形状，并放置进Tube或者Tray盘中；EOL–Trim&Form（切筋成型）CuttingTool&FormingPunchCuttingDieStripperPadFormingDie1234EOL–FinalVisualInspection（第四道光检）FinalVisualInspection-FVI在低倍放大镜下，对产品外观进行检查。主要针对EOL工艺可能产生的废品：例如Molding缺陷，电镀缺陷和Trim/Form缺陷等；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，可以按以下分类：按封装划分为：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芯片级封装ICPackageStructure（IC结构图）TOPVIEWSIDEVIEWLeadFrame引线框架GoldWire金线DiePad芯片焊盘Epoxy银浆MoldCompound环氧树脂RawMaterialinAssembly(封装原材料)【Wafer】晶圆……RawMaterialinAssembly(封装原材料)【LeadFrame】引线框架提供电路连接和Die的固定作用；主要材料为铜，会在上面进行镀银、NiPdAu等材料；L/F的制程有Etch和Stamp两种；易氧化，存放于氮气柜中，湿度小于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)【GoldWire】焊接金线实现芯片和外部引线框架的电性和物理连接；金线采用的是99.99%的高纯度金；同时，出于成本考虑，目前有采用铜线和铝线工艺的。优点是成本降低，同时工艺难度加大，良率降低；线径决定可传导的电流；0.8mil，1.0mil，1.3mils，1.5mils和2.0mils；RawMaterialinAssembly(封装原材料)【MoldCompound】塑封料/环氧树脂主要成分为：环氧树脂及各种添加剂（固化剂，改性剂，脱模剂，染色剂，阻燃剂等）；主要功能为：在熔融状态下将Die和LeadFrame包裹起来，提供物理和电气保护，防止外界干扰；存放条件：零下5°保存，常温下需回温24小时；RawMaterialinAssembly(封装原材料)成分为环氧树脂填充金属粉末（Ag）；有三个作用：将Die固定在DiePad上；散热作用，导电作用；-50°以下存放，使用之前回温24小时；【Epoxy】银浆TypicalAssemblyProcessFlowFOL/前段EOL/中段Plating/电镀EOL/后段FinalTest/测试FOL–FrontofLine前段工艺BackGrinding磨片WaferWaferMount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3rdOptical第三道光检EOLTheEndThankYou！IntroductionofICAssemblyProcess