電子封裝工藝設(shè)備概述-文檔在線預(yù)覽

陳仁章

機(jī)電工程學(xué)院桂林電子科技大學(xué)封裝工藝與設(shè)備的關(guān)系電子產(chǎn)品封裝概述半導(dǎo)體封裝技術(shù)半導(dǎo)體封裝技術(shù)發(fā)展的5個(gè)階段：封裝技術(shù)將一個(gè)或多個(gè)芯片有效和可靠地封裝互連起來(lái)，以達(dá)到：

1，提供給芯片電流通路；2，引入或引出芯片上的信號(hào)；3，導(dǎo)出芯片工作時(shí)產(chǎn)生的熱量；4，保護(hù)和支撐芯片，防止惡劣環(huán)境對(duì)它的影響。IC發(fā)展的歷程及其封裝形式膜IC（無(wú)源）厚膜IC薄膜IC有源半導(dǎo)體ICIC雙極型MOS型小規(guī)模IC（SSI）中規(guī)模IC（MSI）大規(guī)模IC（LSI）超大規(guī)模IC（VLSI）特大規(guī)模IC（ULSI）混合IC（HLC）先進(jìn)HISQFPBGACSP3DFC系MC統(tǒng)M/封裝（Sip/Sop)MCP微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS/MOEMS）系統(tǒng)級(jí)芯片（SoC)封裝工藝與設(shè)備工藝設(shè)備先進(jìn)的封裝設(shè)備和制造工藝是密不可分的，沒(méi)有設(shè)備的工藝無(wú)疑是之上談兵，沒(méi)有工藝的設(shè)備則必然是無(wú)源之水。設(shè)備與工藝要緊密結(jié)合在一起。促進(jìn)決定先進(jìn)封裝技術(shù)晶圓處理工藝設(shè)備晶圓測(cè)試工藝設(shè)備晶圓測(cè)試技術(shù)：晶圓上芯片的探針測(cè)試，確定其功能與性能；是制造工藝中降低成本的一種手段。前道制芯工藝探針測(cè)試臺(tái)晶圓背面磨削減薄晶圓探針測(cè)試臺(tái)即探針臺(tái)，用來(lái)測(cè)試晶圓上每個(gè)芯片電路特性的。通過(guò)探針卡實(shí)現(xiàn)芯片上每個(gè)焊區(qū)與測(cè)試儀的穩(wěn)定連接，由測(cè)試儀判定芯片的好壞。主要完成：1，電氣測(cè)試2，參數(shù)測(cè)試探針測(cè)試臺(tái)的分類用于各種半導(dǎo)體器件芯片的電能參數(shù)測(cè)試，用手動(dòng)控制進(jìn)行器件特性分析和工藝驗(yàn)證分析。在人工完成第一個(gè)芯片對(duì)準(zhǔn)后，按程序?qū)崿F(xiàn)晶圓上所有芯片測(cè)試功能的測(cè)試設(shè)備。主要包括：1，X-Y向工作臺(tái)2，可編程承片臺(tái)3，探針卡/探針卡支架4，打點(diǎn)器、探邊器5，操作手柄6，與測(cè)試儀相連的通信接口CJ-5型雙電測(cè)四探針測(cè)試儀晶圓減薄工藝設(shè)備主要方式：磨削、研磨、化學(xué)機(jī)械拋光（CMP）、干式拋光（dry

polishing）、電化學(xué)腐蝕（electrochemical

etching）、濕法腐蝕（wet

etching）、等離子輔助化學(xué)腐蝕（PACE）、常壓等離子腐蝕（ADPE）①旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)磨削（surface

grinding

on

arotary

table）D≤100mm，工作臺(tái)4旋轉(zhuǎn)做圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。②晶圓自旋轉(zhuǎn)磨削（wafer

rotating

grinding）晶圓和磨輪繞各自的軸回旋，磨輪垂直向下進(jìn)行縱向切入磨削。磨輪進(jìn)給系統(tǒng)向下運(yùn)動(dòng)的速度越小，對(duì)未加工材料破壞越小?？v向切入：將旋轉(zhuǎn)的研削磨輪自上而下地切入自旋的被加工物，并研削加工至規(guī)定厚度尺寸的研削方法。晶圓減薄機(jī)關(guān)鍵零部件⑴承片臺(tái)⑵分度工作臺(tái)⑶空氣靜壓電主軸⑷磨輪進(jìn)給系統(tǒng)⑸折臂機(jī)械手研磨應(yīng)力去除技術(shù)化學(xué)機(jī)械式拋光（CMP）濕式化學(xué)腐蝕(wet

etching)干式腐蝕(dry

etching)干式拋光(dry

polishing)目的：去除研磨后的變質(zhì)層，使芯片的強(qiáng)度得到提高。晶圓劃片工藝設(shè)備

劃切刃具支撐（金剛刀支架、主軸或激光器）、Z向劃切深度控制、Y向分度定位、X向劃切進(jìn)給以及θ向平行調(diào)整。具備四維基本運(yùn)動(dòng)。①砂輪劃片機(jī)X軸：帶動(dòng)被劃材料快速進(jìn)入開(kāi)槽劃片運(yùn)動(dòng)。Y軸：帶動(dòng)空氣空氣主軸準(zhǔn)確送進(jìn)所需劃切槽距。Z軸：主軸升降，實(shí)現(xiàn)所需的開(kāi)槽和劃片深度。θ軸：實(shí)現(xiàn)所需劃切角度。②干式激光劃片機(jī)砂輪式劃片具固有的劃切道寬度問(wèn)題，激光劃片機(jī)大大減小其寬度。③微水導(dǎo)激光劃片機(jī)主要優(yōu)勢(shì)：消除熱影響區(qū)。微水導(dǎo)激光基本原理傳統(tǒng)激光總會(huì)有能量殘留在劃切道上，該能量的累積和傳導(dǎo)是造成熱損傷的主要原因。而微水導(dǎo)激光因水柱的作用，將每個(gè)脈沖殘留的熱量迅速帶走，不會(huì)積累在工件上。芯片互連工藝設(shè)備芯片鍵合技術(shù)

將芯片安裝固定在封裝基板或外殼上，常用的鍵合材料包括導(dǎo)電環(huán)氧樹(shù)脂、金屬焊料等。分共晶鍵合和黏合劑鍵合兩種方式。共晶鍵合：涂敷共晶鍵合材料，加熱、加壓，并驅(qū)動(dòng)芯片往復(fù)摩擦。黏合劑鍵合：涂布黏合劑，然后放置芯片，在烘箱中加熱固化，形成鍵合界面。芯片鍵合設(shè)備主要組成部分：①承片臺(tái)：承載著芯片的藍(lán)膜框架，驅(qū)動(dòng)其在XY兩個(gè)方向運(yùn)動(dòng)以便取芯。②點(diǎn)膠系統(tǒng)：涂覆黏合劑，分點(diǎn)蘸式和噴涂式。③鍵合頭：完成芯片的拾取和放置，分?jǐn)[臂式和直線式。④視覺(jué)系統(tǒng)：由光路、照明和攝像頭組成。用于芯片自動(dòng)定位。⑤物料傳輸系統(tǒng)：負(fù)責(zé)料條（引線框架或PCB基板）的自動(dòng)操作。⑥上/下機(jī)箱及基座：固定支撐設(shè)備以及容納電系控制系統(tǒng)和其他附件。芯片鍵合機(jī)芯片鍵合機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)是：整機(jī)運(yùn)動(dòng)控制、點(diǎn)漿、芯片拾取機(jī)構(gòu)以及圖像識(shí)別系統(tǒng)。芯片鍵合設(shè)備的關(guān)鍵在于高速、精確、可靠地拾取和放置芯片。鍵合頭運(yùn)動(dòng)的精度和速度是保證設(shè)備精度、可靠性、一致性和效率的關(guān)鍵。引線鍵合技術(shù)WB

互連工藝確立芯片和外部的電氣連接。半導(dǎo)體內(nèi)部的互連方式分為引線連接和非引線連接兩種。引線連接即引線鍵合（wire

bonding）非引線連接分為載帶自動(dòng)鍵合（TAB）與倒裝芯片（FC）兩種。TABFC引線鍵合設(shè)備主要組成部分：①XY工作臺(tái)：提供形成復(fù)雜線弧形狀所需的鍵合面內(nèi)的高速精度運(yùn)動(dòng)。②鍵合頭：提供鍵合過(guò)程中垂直于鍵合面的運(yùn)動(dòng)，同時(shí)承載超聲波換能器、線夾、電子打火桿等小構(gòu)件。③視覺(jué)系統(tǒng)：由光路、照明和攝像頭組成。用于芯片自動(dòng)定位和焊后檢查。④物料傳輸系統(tǒng)：負(fù)責(zé)料條（引線框架或PCB基板）的自動(dòng)操作。⑤上/下機(jī)箱及基座：固定支撐設(shè)備以及容納電系控制系統(tǒng)和其他附件。引線鍵合機(jī)引線鍵合主要工藝參數(shù)：鍵合溫度：指外部提供的溫度。常安裝傳感器監(jiān)控瞬態(tài)溫度。鍵合時(shí)間：鍵合時(shí)間長(zhǎng)，引線球吸收能量多，鍵合點(diǎn)直徑大，界面強(qiáng)度大，但鍵合點(diǎn)過(guò)大會(huì)超出焊盤邊界導(dǎo)致空洞生成。超聲功率：對(duì)鍵合球的變形起主導(dǎo)作用。超聲波的水平振動(dòng)是導(dǎo)致焊盤破裂的最大原因。鍵合壓力：增大超聲功率通常需要增大鍵合壓力，但壓力過(guò)大會(huì)阻礙鍵合工具的運(yùn)動(dòng)。線弧控制：IC封裝尺寸減小以及I/O引腳增加，線弧間距越來(lái)越近。載帶自動(dòng)焊技術(shù)

載帶自動(dòng)焊（TAB）是一種將IC芯片安裝和互連到柔性金屬化聚合物載帶上的

IC組裝技術(shù)。載帶內(nèi)引線鍵合到IC芯片上，外引線鍵合到常規(guī)封裝或PWB上。焊接過(guò)程：⑴對(duì)位

⑵焊接⑶抬起

⑷芯片傳送（1）供片（2）沖壓焊接（3）回應(yīng)氣密封裝工藝大多能防止液體及氣體滲透。金屬封裝：尺寸嚴(yán)格、精度高、金屬零件便于大量生產(chǎn)、價(jià)格低、性能優(yōu)良陶瓷封裝：提供IC芯片氣密性的密封保護(hù)，具有優(yōu)良的可靠度。塑封設(shè)備模塑技術(shù)的工藝設(shè)備包括：①排片機(jī)：對(duì)線框進(jìn)行塑封前的自動(dòng)排片以及預(yù)熱處理，實(shí)現(xiàn)工序自動(dòng)化。②預(yù)熱機(jī)：對(duì)塑封料的預(yù)熱、產(chǎn)品的預(yù)熱。③傳遞模壓機(jī)：通過(guò)加壓，將熱固性材料引入閉合模腔內(nèi)制造塑封元件。④鑄模設(shè)備：將所需的原料分別置于兩組容器中攪拌，再輸入鑄孔中使其

發(fā)生聚合反應(yīng)完成塑封。⑤去溢料機(jī)：清除塑料封裝中塑封樹(shù)脂溢出、貼帶毛邊、引線毛刺。先進(jìn)封裝工藝設(shè)備球柵陣列（BGA）封裝工藝是按二維（平面）排列的焊料球與印刷線路板連接后的集成電路外部封裝形式。典型BGA封裝結(jié)構(gòu)倒裝芯片鍵合工藝設(shè)備芯片以凸點(diǎn)陣列結(jié)構(gòu)與基板直接安裝互連。優(yōu)點(diǎn)：1，克服了引線鍵合焊區(qū)中心極限問(wèn)題。2，在芯片的I/O分布更便利。3，為高頻率、大功率器件提供更完善的信號(hào)厚膜電路工藝設(shè)備⑴絲網(wǎng)印刷機(jī)：采用絲網(wǎng)印刷將定量的焊膏涂覆在PCB各制定位置上。⑵厚膜電路光刻機(jī)：進(jìn)一步提高絲網(wǎng)印刷的精細(xì)度。⑶燒結(jié)爐：加熱隧道，傳送產(chǎn)品的部件。⑷激光調(diào)阻機(jī)：高能激光脈沖聚焦在被調(diào)片阻上，改變橫截面調(diào)阻。A.激光器；B.光束定位系