001电子封装发展-XXXX

SMEXIDIANSMEXIDIANUNIVERSITYUNIVERSITY第一章：电子封装发展历程及关键技术包军林[e-mail]©2014baoing集成电路封装与测试内容提要封装功能发展历程类型与结构封装材料基本流程先进封装技术发展趋势关键技术发展现状（企业-研究所-高校）©2014baoing集成电路封装与测试设计设计制造制造封装封装测试测试晶圆晶圆光罩光罩前段后段系统公司SystemCo.系统公司SystemCo.IC产业链与封装©2014baoing集成电路封装与测试IC封装阶段Customer客户ICDesignIC设计WaferFab晶圆制造WaferProbe晶圆测试Packaging&TestIC封装测试AssemblyIC组装©2014baoing集成电路封装与测试为何要封装？©2014baoing集成电路封装与测试为何要封装？©2014baoing集成电路封装与测试（1）电气连接（2）物理保护（3）外场屏蔽（4）应力缓和（5）散热防潮（6）尺寸过渡（7）标准化。封装的作用©2014baoing集成电路封装与测试电子封装的发展历程©2014baoing集成电路封装与测试电子封装的发展历程：特征尺寸©2014baoing集成电路封装与测试电子封装的发展历程:器件结构©2014baoing集成电路封装与测试电子封装的发展历程：新型材料©2014baoing集成电路封装与测试电子封装的发展历程：费效比©2014baoing集成电路封装与测试电子封装的发展历程集成度与输入／输出端子数CPU：随集成门数（G）的增加，在内部元件数增加的同时，I／O端子数呈明显增加态势。目前的昀大I／O端子数已超过1500，21世纪初以来，正开发3000引脚以上的集成电路元件。©2014baoing集成电路封装与测试电子封装的发展历程集成度与输入／输出端子数I／O端子数增加，芯片尺寸变小，大大增加了实装工艺难度如在芯片四周布置I／O端子的情况为例，边长15mm的芯片四周布置3000个端子，端子焊盘节距仅为20微米，实装工艺非常困难如何保证在芯片尺寸大小一定、端子数增加的情况下，避免端子焊盆节距太小？改为平面阵列布置的方式改芯片电极面朝上（正装片）、引线键合连接的方式为平面阵列布置焊盆、芯片电极面朝下（倒装片）的键合连接方式。MCM需要的引脚数更多多个超多引脚的半导体集成电路元件在同一块基板上共同封装NEC制作的超级什算机SX－3的MCM，目前已超过1万个引脚随集成度和元件封装密度提高，集成电路元件及MCM的l／O端子数按Rent定律逐渐增加©2014baoing集成电路封装与测试封装发展特征封装面积比越来越小©2014baoing集成电路封装与测试微电子封装快速发展的动因：1、电子设备轻薄小型化。个人便携化、高速度、数字化、高功能、大容量、低价格已成为这类电子设备的发展目标。2、集成电路芯片性能的飞速提高。对微电子封装密度提出了更高的要求。（1）存储器（DRAM）容量大致按摩尔定律以3年4倍的速度增加。（2）逻辑元件(MPU)特征尺寸越来越小（3）MPU的时钟频率不断提高（4）每个芯片I/O端子数不断提高（5）单芯片功耗不断增加这种要求包括：（1）封装引脚数越来越多；布线节距越来越小；（2）封装厚度越来越薄；封装体/基板比接近1；（3）需要采用低介电常数、高热导基板等。封装技术的动因©2014baoing集成电路封装与测试封装的级别2ndlevelpackaging:板级组装Firstlevelpackaging:IC封装Finallevelpackaging:系统级组装MetalleadsformountingontoprintedcircuitboardPinsPinsareinsertedintoholesthensolderedonrearofPCB.Surface-mountchipsaresolderedontopoftinnedpadsonthePCB.Edgeconnectorplugsintomainsystem.PCBsubassemblyMainelectronicsassemblyboardLeads©2014baoing集成电路封装与测试如何实现？封装的级别©2014baoing集成电路封装与测试内容提要作用发展历程类型与结构封装材料基本流程先进封装技术发展趋势关键技术©2014baoing集成电路封装与测试电子封装的类型金属封装陶瓷封装金属-陶瓷封装塑料封装按封装材料分类©2014baoing集成电路封装与测试IC封装种类与形式1.按封装材料划分为：金封、陶瓷封、塑封金属封装陶瓷封装塑料封装金属封装：成本高，特殊要求领域；主要用于军工或航天技术；陶瓷封装：导热及密封性好，耐腐蚀；塑料封装：其成本低，工艺简单，市场份额大；©2014baoing集成电路封装与测试IC封装种类与形式2.按照和PCB板连接方式分为：PTH封装和SMT封装PTH通孔式：PTH（PinThroughHole）表面贴装式：SMT（SurfaceMountTechnology）SMT©2014baoing集成电路封装与测试IC封装种类与形式3.按封装外型可分为：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，工艺难度也相应增加；©2014baoing集成电路封装与测试典型的IC封装体四方扁平封装(QFP)无引脚芯片载器(LCC)有引脚芯片塑料载器(PLCC)双排引脚封装(DIP)薄小外形轮廓封装(TSOP)单排引脚封装(SIP)©2014baoing集成电路封装与测试电子封装：典型封装（1）©2014baoing集成电路封装与测试电子封装：典型封装（2）©2014baoing集成电路封装与测试电子封装：典型封装（3）©2014baoing集成电路封装与测试电子封装：典型封装（4）塑封球栅阵列PBGA(plasticBGA)典型的BGA载带球栅阵列TBGA(tapeBGA)倒装芯片球栅阵列FCBGA(flipchipBGA)塑封球栅阵列PBGA(plasticBGA)©2014baoing集成电路封装与测试电子封装：典型封装（5）©2014baoing集成电路封装与测试电子封装：典型封装（6）©2014baoing集成电路封装与测试内容提要作用发展历程类型与结构封装材料基本流程先进封装技术发展趋势关键技术©2014baoing集成电路封装与测试IC封装结构与材料TOPVIEWSIDEVIEW1.LeadFrame引线框架2.GoldWire金线3.Epoxy银浆4.MoldCompound环氧树脂©2014baoing集成电路封装与测试IC封装结构与材料1.【LeadFrame】引线框架提供电路连接和Die的固定作用；主要材料为铜，上面镀银、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；©2014baoing集成电路封装与测试IC封装结构与材料2.【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；出于成本考虑，有采用铜线和铝线。成本降低，工艺难度大，良率降低；线径：取决于电流密度与键合强度；0.8mil，1.0mil，1.3mil，1.5mil，2.0mil；©2014baoing集成电路封装与测试IC封装结构与材料成分：环氧树脂填充金属粉末（Ag）；作用：将Die固定在DiePad上；散热；导电；使用注意事项：通常-50°以下存放；使用前回温24小时；3.【Epoxy】银浆©2014baoing集成电路封装与测试IC封装结构与材料4.【MoldCompound】塑封料/环氧树脂成分：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）；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；©2014baoing集成电路封装与测试内容提要作用发展历程类型与结构封装材料基本流程先进封装技术发展趋势关键技术©2014baoing集成电路封装与测试WaferTestandSortWireBondDieSeparationPackageFinalPackageandTestDieAttach封装简单流程©2014baoing集成电路封装与测试TypicalAssemblyProcessFlowFOL/前段Plating/电镀EOL/后段FinalTest/测试©2014baoing集成电路封装与测试封装前段工艺FOL–FrontofLineBackGrinding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©2014baoing集成电路封装与测试1.背面减薄FOL–BackGrindingTaping粘胶带BackGrinding磨片De-Taping去胶带从晶圆厂出来的Wafer背面研磨，减薄晶圆达到封装需要厚度（通常为8mils~10mils）；磨片时要在正面贴胶带保护电路区域（ActiveArea）研磨背面。研磨后去除胶带，测量厚度；旋转及振荡轴在旋转平盘上之晶圆下压力工作台仅在指示有晶圆期间才旋转©2014baoing集成电路封装与测试2.晶圆切割FOL–WaferSawWaferMount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；将整片Wafer切割成一个个独立的Dice，方便后面DieAttach工序；清洗切割时候产生的各种粉尘；晶圆工作台刀刃©2014baoing集成电路封装与测试3.二光检FOL–2ndOpticalInspection在显微镜下针对切割进行外观检查，筛选否有出现废品。ChippingDie崩边©2014baoing集成电路封装与测试4.芯片粘接FOL–DieAttachWriteEpoxy点银浆DieAttach芯片粘接EpoxyStorage：零下50度存放；EpoxyAging：使用之前回温，除去气泡；EpoxyWriting：点浆于L/F的Pad上；点银浆©2014baoing集成电路封装与测试4.芯片粘接FOL–DieAttach芯片拾取过程：1、EjectorPin从wafer下方顶起芯片，使之脱离蓝膜；2、Pickuphead从上方吸起芯片，放置L/F定点位置；3、Pickuphead以一定力将芯片点有银浆的L/F；4、取片机典型参数：BondHeadResolution：X-0.2um；Y-0.5um；Z-1.25um；5、取片机典型参数BondHeadSpeed：1.3m/s；WriteEpoxy点银浆DieAttach芯片粘接晶粒环氧基树脂导线架©2014baoing集成电路封装与测试5.银浆固化FOL–EpoxyCure银浆固化：175°C，1个小时；N2环境，防止氧化：质量检查：芯片剪切力©2014baoing集成电路封装与测试6.引线键合FOL–WireBonding※利用金线、铜线或铝线把Pad和Lead通过焊接的方法连接起来。Pad是芯片上电路外接点，Lead是LeadFrame上的连接点。W/B是封装工艺中最为关键的工序之一。W/B四要素：压力、超声、时间、温度；©2014baoing集成电路封装与测试6.引线键合FOL–WireBondingEFO打火杆在磁嘴前烧球Cap下降到芯片的Pad上