微电子封装基础与传统封装技术

微电子封装基础与传统封装技术微电子封装基础与传统封装技术蔡坚、王谦清华大学微电子学研究所Email:[e-mail]微电子封装基础与传统封装技术纲要封装基础知识传统集成电路封装流程金属封装陶瓷封装塑料封装封装关键工艺芯片粘结（DieAttach）引线键合（WireBonding）模塑（Molding）TAB与倒装芯片互连微电子封装基础与传统封装技术微电子封装的等级区分从零级封装到。。。微电子封装基础与传统封装技术从裸芯片到封装元件圆片单芯片封装电测试包装与运输管芯微电子封装基础与传统封装技术一级封装的主要互连技术(b)引线键合（wirebonding）(c)载带自动焊（tapeautomatedbonding，TAB）(a)倒装焊（flipchip）微电子封装基础与传统封装技术从封装元件到系统Fundamentalsofmicrosystemspackaging,Dr.RaoTummulaoICPackageBoardAssemblySystemAssemblyDiscreteL,C,RPackagedIC微电子封装基础与传统封装技术Fundamentalsofmicrosystemspackaging,Dr.RaoTummulao微电子封装基础与传统封装技术封装的功能芯片封装及组装系统电源分配/输入信号热耗/输出信号•芯片保护•电源分配•信号通道•热扩散微电子封装基础与传统封装技术空间尺度的转换芯片工艺特征尺寸101nm芯片Pad的尺度101m系统板的尺度102m~mm微电子封装基础与传统封装技术封装技术发展的趋势轻、薄、短、小小型化、高密度、多功能、……微电子封装基础与传统封装技术封装形式的变迁3DPKG/TSV/…微电子封装基础与传统封装技术典型封装形式的特点1in/inch~25.4mm1mil~1/1000inch~0.0254mm~25.4m微电子封装基础与传统封装技术‘92‘90‘93‘91‘94‘96‘95‘97‘99‘98‘00‘01‘02‘04‘03‘05‘06‘07‘08‘09‘10P-DIPPLCCQFPTQFPEnhancedQFPSOJTSOPSOPLQFPSSOPBCCFC-QFNBGATFBGA(miniBGA)FilmBGAEnhancedBGALBGACOSBGAuBGAVFBGAWFBGAMCMBGALGAFingerPrintSensorStacked-BGAWLCSPPolymerWLCSPBumpingQFNaQFNFCCSPFCBGAHybridFC+WBFanoutWLCSPMAP-POPFC-POPPIPPoPFCPiPRF-ModuleIPDEmbeddedTSV国际封测大厂的技术路线ASEGlobal微电子封装基础与传统封装技术国内主要封测厂商的技术路线通富微电微电子封装基础与传统封装技术天水华天微电子封装基础与传统封装技术纲要封装基础知识传统集成电路封装流程金属封装陶瓷封装塑料封装封装关键工艺芯片粘结（DieAttach）引线键合（WireBonding）模塑（Molding）TAB与倒装芯片互连微电子封装基础与传统封装技术金属封装基本工艺金属外壳成型包装出厂成品测试与老化管帽封接引线键合装片（粘片）芯片准备外壳电镀微电子封装基础与传统封装技术陶瓷封装基本工艺陶瓷外壳成型盖板封接引线键合装片（粘片）芯片准备外壳电镀包装出厂成品测试与老化微电子封装基础与传统封装技术塑料封装基本工艺引线框架成型引线打弯分割（切筋）（后）固化包封（TransferMolding）引线键合装片（粘片）芯片准备引线电镀成品测试与老化包装出厂92%以上采用塑料封装滴涂法（GlobTop）填充法（Filling）浸渍涂敷法浇注法递模成型（TransferMolding）微电子封装基础与传统封装技术引线键合双列直插封装流程示意微电子封装基础与传统封装技术多种塑料包封方法滴涂法1-树脂；2-芯片；3-金丝；4-基板；5-管腿；6-底座浇注法1-液体树脂；2-元器件；3-模具填充法1-液体树脂；2-元器件；3-塑料外壳3浸渍法1-元器件；2-液体树脂；3-容器微电子封装基础与传统封装技术递模成型（TransferMolding）微电子封装基础与传统封装技术框架类塑封前道工艺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EOL微电子封装基础与传统封装技术框架类塑封后道工艺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电镀退火基板类封装的前后道依然可以类似区分微电子封装基础与传统封装技术纲要封装基础知识传统集成电路封装流程金属封装陶瓷封装塑料封装封装关键工艺芯片粘结（DieAttach）引线键合（WireBonding）模塑（Molding）TAB与倒装芯片互连微电子封装基础与传统封装技术芯片粘结简介芯片在载体上的固定方法，即采用粘结或者焊接等技术实现芯片/管芯（Die/Chip）与底座（Carrier）的连接，常称为DieBonding/DieAttach/贴片等等；具体的工艺考虑包括：机械强度化学性能稳定导电性和导热性热匹配特性低固化温度和易操作性微电子封装基础与传统封装技术基本的芯片粘结技术类型不同类型的芯片和封装可能采用不同的粘结方式银浆粘结技术低熔点玻璃粘结技术环氧树脂粘结技术导电胶粘结技术共晶焊技术焊料粘结技术微电子封装基础与传统封装技术银浆粘结与低熔点玻璃粘结技术银浆粘结技术氧化银的还原，实现芯片的粘接控制合适的温度、时间和银浆的量粘片工艺难以控制，易污染管芯可靠性（抗冲击性能、长时间存放）差材料氧化银（焊料）氧化铋（降低熔点）松香（还原剂）松节油（溶剂）蓖麻油（增粘剂）比例90g1.4g9g37.5ml5.7ml低熔点玻璃粘结技术类似于银浆粘接技术，主要用于陶瓷封装需要严格控制烧结温度熔接温度高于外壳盖板熔封温度微电子封装基础与传统封装技术环氧树脂和导电胶粘结技术环氧树脂粘结技术主要应用于芯片与底座要求相互绝缘的情况组分含固化剂、固化促进剂、稀释剂、填充剂等易加工、高粘合力、稳定、绝缘特性号、收缩小、机械强度高耐高温性稍差导电胶粘结技术工艺简单、成本低廉典型固化温度：125~175C环氧树脂减少欧姆接触改善导热性粘接剂金属粉粒（银）微电子封装基础与传统封装技术共晶焊粘结技术低熔点合金焊，主要为金-硅共晶焊接机械强度高、热阻小、饱和压降小、稳定性好、可靠性高高温性能好，不脆化在超过共熔点的温度下，以一定的压力使芯片与镀金底座作相对的超声频率擦动，形成金硅共晶。微电子封装基础与传统封装技术焊料粘结技术多用于陶瓷封装、塑封器件的芯片粘结Au-Sn、Ag-Cu、Sn-Pb便于操作，强度稍低于共晶焊粘结微电子封装基础与传统封装技术纲要封装基础知识传统集成电路封装流程金属封装陶瓷封装塑料封装封装关键工艺芯片粘结（DieAttach）引线键合（WireBonding）模塑（Molding）TAB与倒装芯片互连微电子封装基础与传统封装技术一级封装的主要互连方法芯片-载体/封装体之间的互连微电子封装基础与传统封装技术引线键合技术传统集成电路的I/O端口通常为Al键合金属丝通常为Al、Au、Cu、Ag等键合的方式有楔形焊（Wedge-typeBonding）、球焊(BallStitchBonding)等等微电子封装基础与传统封装技术引线键合工艺示意图（之一）WireBondinginMicroelectronics,byGeorgeHarman微电子封装基础与传统封装技术Wedge-typeBonding微电子封装基础与传统封装技术引线键合工艺示意图（之二）微电子封装基础与传统封装技术关键键合参数温度、压力、超声功率、时间；弧度、球径微电子封装基础与传统封装技术引线键合尖端技术微电子封装基础与传统封装技术引线键合点实例微电子封装基础与传统封装技术微电子封装基础与传统封装技术引线键合技术水平发展2000200320052010Padpitch(min.m)50403520Wirelength(max.mm)881010Wirelength(min.mm)0.30.30.20.2Loopheight(min.m)80807070微电子封装基础与传统封装技术纲要封装基础知识传统集成电路封装流程金属封装陶瓷封装塑料封装封装关键工艺芯片粘结（DieAttach）引线键合（WireBonding）模塑（Molding）TAB与倒装芯片互连微电子封装基础与传统封装技术递模成型塑封技术TransferMolding热固性材料（酚醛树脂、环氧树脂等）微电子封装基础与传统封装技术微电子封装基础与传统封装技术微电子封装基础与传统封装技术–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，成型固化微电子封装基础与传统封装技术纲要封装基础知识传统集成电路封装流程金属封装陶瓷封装塑料封装封装关键工艺芯片粘结（DieAttach）引线键合（WireBonding）模塑（Molding）TAB与倒装芯片互连微电子封装基础与传统封装技术载带自动焊技术简介芯片粘接GlobTopTapeAdhesiveICChipCarrier微电子封装基础与传统封装技术TAB实例内引线同时起到应力释放的作用微电子封装基础与传统封装技术TAB工艺流程示意图微电子封装基础与传统封装技术TAB键合工艺FundamentalsofMicrosystemsPackaging,RaoTummala微电子封装基础与传统封装技术倒装芯片互连技术微电子封装基础与传统封装技术倒装芯片技术的优点高密度短传输路线低的耦合电感优良的噪音控制薄外形微电子封装基础与传统封装技术IBMC4技术早在二十世纪60年代，IBM发明了芯片倒装焊技术，即可控塌陷芯片连接（C4:ControlledCollapseChipConnection）技术，以取代当时昂贵、可靠性差并且生产率低下的手工操作的引线键合技术，用于其固体逻辑技术（SLT）器件的陶瓷封装。微电子封装基础与传统封装技术C4技术的发展微电子封装基础与传统封装技术C4的基本结构微电子封装基础与传统封装技术倒装芯片技术的关键UBM技术UnderBumpMetallurgy/UnderBallMetallization/凸点下金属化层凸点成型（Bumping）技术SolderBumpAuBumpCuStud/Pillar…组装（Assembly）技术可靠性测试微电子封装基础与传统封装技术典型UBM结构粘附层——键合区与焊球之间的结合层扩散阻挡层——Al与凸点之间的扩散阻挡层浸润层和防氧化层常见UBM体系高铅：Cr-CuCr-Cu共晶：TiW-Cu,Al-NiV-Au,ElectrolessNi(P)-Au,ElectrolessNi(P)-Au金凸点：TiW-Au微电子封装基础与传统封装技术粘附层：要求与铝压焊块及钝化层间的粘附性好，与铝压焊块间接触电阻小，并且热膨胀系数接近；常用金属有Cr、Ti、TiW（N）、V等