晶片製造工藝流程:IC封裝工藝簡介
指晶片(Die)和不同類型的框架(L/F)和塑封料(EMC)形成的不同外形的封裝體。
IC Package種類很多,可以按以下標準分類:
按封裝材料劃分為:
金屬封裝、陶瓷封裝、塑料封裝
金屬封裝主要用于軍工或航天技術,無商業化產品;
陶瓷封裝優於金屬封裝,也用于軍事產品,占少量商業化市場;
塑料封裝用於消費電子,因為其成本低,工藝簡單,可靠性高而占有絕大部分的市場份額;
按照和PCB板連接方式分為:
PTH封裝和SMT封裝
PTH-Pin Through Hole, 通孔式;
SMT-Surface Mount Technology,表面貼裝式。
目前市面上大部分IC均採為SMT式的
按照封裝外型可分為:
SOT、SOIC、TSSOP、QFN、QFP、BGA、CSP等;
決定封裝形式的兩個關鍵因素:
封裝效率。晶片面積/封裝面積,儘量接近1:1;
引腳數。引腳數越多,越高級,但是工藝難度也相應增加;
其中,CSP由於採用了Flip Chip技術和裸片封裝,達到了 晶片面積/封裝面積=1:1,為目前最高級的技術;
QFN—Quad Flat No-lead Package 四方無引腳扁平封裝
SOIC—Small Outline IC 小外形IC封裝
TSSOP—Thin Small Shrink Outline Package 薄小外形封裝
QFP—Quad Flat Package 四方引腳扁平式封裝
BGA—Ball Grid Array Package 球柵陣列式封裝
CSP—Chip Scale Package 晶片尺寸級封裝
提供電路連接和Die的固定作用;
主要材料為銅,會在上面進行鍍銀、 NiPdAu等材料;
L/F的製程有Etch和Stamp兩種;
易氧化,存放於氮氣櫃中,濕度小 於40%RH;
除了BGA和CSP外,其他Package都會採用Lead Frame, BGA採用的是Substrate;
實現晶片和外部引線框架的電性和物 理連接;
金線採用的是99.99%的高純度金;
同時,出於成本考慮,目前有採用銅 線和鋁線工藝的。優點是成本降低, 同時工藝難度加大,良率降低;
線徑決定可傳導的電流;0.8mil, 1.0mil,1.3mils,1.5mils和2.0mils;
主要成分為:環氧樹脂及各種添加劑(固化劑,改性劑,脫 模劑,染色劑,阻燃劑等);
主要功能為:在熔融狀態下將Die和Lead Frame包裹起來, 提供物理和電氣保護,防止外界干擾;
存放條件:零下5°保存,常溫下需回溫24小時;
有三個作用:將Die固定在Die Pad上; 散熱作用,導電作用;
-50°以下存放,使用之前回溫24小時;
將從晶圓廠出來的Wafer進行背面研磨,來減薄晶圓達到 封裝需要的厚度(8mils~10mils);
磨片時,需要在正面(Active Area)貼膠帶保護電路區域 同時研磨背面。研磨之後,去除膠帶,測量厚度;
將晶圓粘貼在藍膜(Mylar)上,使得即使被切割開後,不會散落;
通過Saw Blade將整片Wafer切割成一個個獨立的Dice,方便後面的 Die Attach等工序;
Wafer Wash主要清洗Saw時候產生的各種粉塵,清潔Wafer;
主要是針對Wafer Saw之後在顯微鏡下進行Wafer的外觀檢查,是否有出現廢品。
晶片拾取過程:1、Ejector Pin從wafer下方的Mylar頂起晶片,使之便於 脫離藍膜;2、Collect/Pick up head從上方吸起晶片,完成從Wafer 到L/F的運輸過程;3、Collect以一定的力將晶片Bond在點有銀漿的L/F 的Pad上,具體位置可控;4、Bond Head Resolution: X-0.2um;Y-0.5um;Z-1.25um;5、Bond Head Speed:1.3m/s;
銀漿固化:
175°C,1個小時;N2環境,防止氧化:
Die Attach質量檢查:
Die Shear(晶片剪切力)
利用高純度的金線(Au) 、銅線(Cu)或鋁線(Al)把 Pad 和 Lead通過焊接的方法連接起來。Pad是晶片上電路的外接 點,Lead是 Lead Frame上的 連接點。
W/B是封裝工藝中最為關鍵的一部工藝。
EOL– Molding(注塑)
在產品(Package)的正面或者背面雷射刻字。內容有:產品名稱,生產日期,生產批次等;
用於Molding後塑封料的固化,保護IC內部結構,消除內部應力。Cure Temp:175+/-5°C;Cure Time:8Hrs
目的:De-flash的目的在於去除Molding後在管體周圍Lead之間 多餘的溢料;方法:弱酸浸泡,高壓水沖洗;
利用金屬和化學的方法,在Leadframe的表面 鍍上一層鍍層,以防止外界環境的影響(潮濕 和熱)。並且使元器件在PCB板上容易焊接及 提高導電性。
電鍍一般有兩種類型:
Pb-Free:無鉛電鍍,採用的是>99.95%的高純 度的錫(Tin),為目前普遍採用的技術,符合 Rohs的要求;
Tin-Lead:鉛錫合金。Tin占85%,Lead占 15%,由於不符合Rohs,目前基本被淘汰;
目的: 讓無鉛電鍍後的產品在高溫下烘烤一段時間,目的在於 消除電鍍層潛在的晶鬚生長(Whisker Growth)的問題;條件: 150+/-5C; 2Hrs;
Trim:將一條片的Lead Frame切割成單獨的Unit(IC)的過程; Form:對Trim後的IC產品進行引腳成型,達到工藝需要求的形狀, 並放置進Tube或者Tray盤中;
在低倍放大鏡下,對產品外觀進行檢查。主要針對EOL工藝可能產生的廢品:例如Molding缺陷,電鍍缺陷和Trim/Form缺陷等;