半导体封装工艺介绍

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1、Introduction of IC Assembly ProcessIC封装工艺简介,艾,IC Process Flow,Customer 客 户,IC Design IC设计,Wafer Fab 晶圆制造,Wafer Probe 晶圆测试,Assembly 除了BGA和CSP外，其他Package都会采用Lead Frame， BGA采用的是Substrate,Raw Material in Assembly(封装原材料,Gold Wire】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

2、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,Raw Material in Assembly(封装原材料,Mold Compound】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Lead Frame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,Raw Material in Assembly(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

3、在Die Pad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,Typical Assembly Process Flow,FOL/前段,EOL/中段,Plating/电镀,EOL/后段,Final Test/测试,FOL Front of Line前段工艺,Back Grinding 磨片,Wafer,Wafer Mount 晶圆安装,Wafer Saw 晶圆切割,Wafer Wash 晶圆清洗,Die Attach 芯片粘接,Epoxy Cure 银浆固化,Wire Bond 引线焊接,2nd Optical 第二道光检,3rd Optical 第三道光

4、检,EOL,FOL Back Grinding背面减薄,Taping 粘胶带,Back Grinding 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（8mils10mils）； 磨片时，需要在正面（Active Area）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 Wafer Saw晶圆切割,Wafer Mount 晶圆安装,Wafer Saw 晶圆切割,Wafer Wash 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Saw Blade将整片Wafer切割成一个个独立的D

5、ice，方便后面的 Die Attach等工序； Wafer Wash主要清洗Saw时候产生的各种粉尘，清洁Wafer,FOL Wafer Saw晶圆切割,Wafer Saw Machine,Saw Blade(切割刀片)： Life Time：9001500M；Spindlier Speed：3050K rpm：Feed Speed：3050/s,FOL 2nd Optical Inspection二光检查,主要是针对Wafer Saw之后在显微镜下进行Wafer的外观检查，是否有出现废品,Chipping Die 崩 边,FOL Die Attach 芯片粘接,Write Epoxy 点银

6、浆,Die Attach 芯片粘接,Epoxy Cure 银浆固化,Epoxy Storage：零下50度存放,Epoxy Aging：使用之前回温，除去气泡,Epoxy Writing：点银浆于L/F的Pad上，Pattern可选,FOL Die Attach 芯片粘接,芯片拾取过程：1、Ejector Pin从wafer下方的Mylar顶起芯片，使之便于 脱离蓝膜；2、Collect/Pick up head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、Bond Head Resolutio

7、n： X-0.2um；Y-0.5um；Z-1.25um；5、Bond Head Speed：1.3m/s,FOL Die Attach 芯片粘接,Epoxy Write：Coverage 75,Die Attach：Placement0.05mm,FOL Epoxy Cure 银浆固化,银浆固化： 175C，1个小时；N2环境，防止氧化,Die Attach质量检查： Die Shear（芯片剪切力,FOL Wire Bonding 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 Lead

8、 Frame上的 连接点。 W/B是封装工艺中最为关键的一部工艺,FOL Wire Bonding 引线焊接,Key Words： Capillary：陶瓷劈刀。W/B工艺中最核心的一个Bonding Tool，内部为空心，中间穿上金线，并分别在芯片的Pad和Lead Frame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（Bond Ball）； Bond Ball：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。

9、指金线在Cap的作用下，在Lead Frame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（USG Power）、时间（Time）、温度（Temperature,FOL Wire Bonding 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Bond Ball,金线在Cap施加的一定压力作用下，形成Wedge,FOL Wire Bonding 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

10、形成良好的Wire Loop,Cap下降到Lead Frame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 Wire Bonding 引线焊接,Wire Bond的质量控制： Wire Pull、Stitch Pull（金线颈部和尾部拉力） Ball Shear（金球推力） Wire Loop（金线弧高） Ball Thickness（金球厚度） Crater Test（弹坑测试） Intermetallic（金属间化合物测试,Size,Thickness,FOL 3rd Optical Inspection三光检查,检查Die Attach和Wire Bo

11、nd之后有无各种废品,EOL End of Line后段工艺,Molding 注塑,EOL,Laser Mark 激光打字,PMC 高温固化,De-flash/ Plating 去溢料/电镀,Trim/Form 切筋/成型,4th Optical 第四道光检,Annealing 电镀退火,Note： Just For TSSOP/SOIC/QFP package,EOL Molding（注塑,为了防止外部环境的冲击，利用EMC 把Wire Bonding完成后的产品封装起 来的过程，并需要加热硬化,Before Molding,After Molding,EOL Molding（注塑,Mold

12、ing Tool（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： Molding Temp：175185C；Clamp Pressure：30004000N； Transfer Pressure：10001500Psi；Transfer Time：515s； Cure Time：60120s,Cavity,L/F,L/F,EOL Molding（注塑,Molding Cycle,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

13、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 Laser Mark（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,Before,After,EOL Post Mold Cure（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。Cure Temp：175+/-5C；Cure Time：8Hrs,ESPEC Oven,4hrs,EOL De-flash（去溢料,Before,After,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

14、泡，高压水冲洗,EOL Plating（电镀,Before Plating,After Plating,利用金属和化学的方法，在Leadframe的表面 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 Post Annealing Bake（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

15、的在于 消除电镀层潜在的晶须生长（Whisker Growth）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Lead Frame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,Cutting Tool& Forming Punch,Cutting Die,Stripper Pad,Forming Die,1,2,3,4,EOL Final Visual Inspection（第四道光检,Final Visual Inspection-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,The End Thank You,Introduction of IC Assembly Process