TCS-基于混合集成的系統(tǒng)封裝工藝規(guī)范

Q/LB.□XXXXX-XXXX目次TOC\o"1-1"\h前言 II1范圍 12規(guī)范性引用文件 13術語和定義 14縮略語 15通則 16設計 27分類 28工藝過程 3前言本文件按照GB/T1.1—2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結構和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。請注意本文件的某些內容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機構不承擔識別專利的責任。本文件由西安晶捷電子技術有限公司提出。本文件由中國商品學會歸口。本文件起草單位：西安晶捷電子技術有限公司、XXX、XXX。本文件主要起草人：XXX、XXX。基于混合集成的系統(tǒng)封裝工藝規(guī)范范圍本文件規(guī)定了基于混合集成的系統(tǒng)封裝工藝的通則、分類、設計和工藝過程。本文件適用于基于混合集成的系統(tǒng)封裝的工藝編制。規(guī)范性引用文件下列文件中的內容通過文中的規(guī)范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T14113半導體集成電路封裝術語GB/T44801系統(tǒng)級封裝(SiP)術語術語和定義GB/T44801、GB/T14113界定的以及下列術語和定義適用于本文件。

混合集成hybridintegrated由半導體集成電路與膜集成電路任意結合，或由任意這些電路與分立元件結合。縮略語下列縮略語適用于本文件。LTCC：低溫共燒陶瓷（LowTemperatureCo-firedCeramic）SiP：系統(tǒng)級封裝（SysteminPackage）TSV：硅通孔（ThroughCeramicVia）通則組裝前檢驗組裝前應對芯片實施200倍～400倍的高倍檢驗，所有元器件應進行批檢驗和篩選。關鍵過程控制應制訂關鍵工序(鍵合工序)特殊工序的評價和控制辦法。禁(限)用工藝不應選用禁(限)用工藝，在現(xiàn)有條件下無替代工藝，不得不采用禁(限)用工藝制造的產品，應采取必要的質量控制措施，確保產品質量。設計單位因特殊使用環(huán)境要求而選用禁(限)用的工藝時，應對選用的禁(限)用工藝所帶來的影響能否滿足產品功能、性能要求進行分析，并給出明確結論。在工藝性審查中如發(fā)現(xiàn)需采用禁(限)用工藝生產的產品，需與設計單位協(xié)商，通過更換材料、調整結構、改變技術要求等盡量避免采用禁(限)用工藝。已使用禁(限)用工藝的在研在制及已定型(鑒定)的產品，應組織進行研究分析，通過設計單位更改設計，尋找成熟替代工藝等途徑逐步減少禁(限)用工藝的使用，相關更改按技術狀態(tài)更改程序進行實施。生產單位應在工藝文件中詳細規(guī)定禁(限)用工藝各項控制措施要求，并在生產中嚴格落實。生產單位應加強禁(限)用工藝的治理，制定禁(限)用工藝治理計劃，持續(xù)開展替代工藝技術研究，逐步減少禁(限)用工藝應用。設計產品使用要求應明確產品的應用場景及可靠性要求：產品最終形態(tài)為元器件還是組件；是否需要密封結構。外殼選擇應根據(jù)實際需求選擇外殼，外殼的選擇宜參考表1。外殼的選擇外殼類型特點金屬外殼強度大，可以實現(xiàn)較大尺寸的封裝；通常導熱率高，適合功率產品；通常為標準外殼，引線數(shù)量少，引線采用可伐或銅等金屬材料，與外殼之間采用玻璃絕緣子或陶瓷絕緣子隔離陶瓷外殼HTCC行業(yè)內使用最多的陶瓷外殼，可以進行多層布線，便于產品的小型化；可以方便地自行設計引出端，封裝形式多樣化；一般尺寸較小，高溫共燒金屬的電導率較低，不利于大電流產品其他在預制陶瓷基板上采用金錫焊接密封圍框，形成陶瓷外殼基板布線應根據(jù)基板加工廠家技術能力關注線寬/間距的要求。對于多層布線，明確通孔尺寸要求，通孔上不進行鍵合和焊接。分類結構按結構的不同可分為：平面SiP（2D）；堆疊芯片SiP（3D）?；ヂ?lián)方式按互聯(lián)方式的不同可分為：引線鍵合；倒裝芯片；焊料球；TSV。封裝平臺按封裝平臺的不同可分為：有引線框封裝；LTCC封裝；疊層基板封裝；薄膜基板封裝。工藝過程堆疊工藝典型的芯片堆疊方式根據(jù)堆疊芯片種類的不同，芯片堆疊結構按圖1分為A類、B類、C類三種典型的疊裝方式：A類：一般用于不同種芯片的疊裝，從下至上芯片面積不斷縮小，以保證下層芯片的鍵合區(qū)不被覆蓋，可以疊裝較多層；B類：通常用于同種芯片疊裝，上層芯片直接錯開組裝在下層芯片表面，漏出下層芯片的鍵合區(qū)；該結構只適用于芯片單邊鍵合或至多兩邊鍵合，錯位組裝限制了該結構的疊裝層數(shù)，其不太適合高密度的組裝結構，適用范圍相對較?。籆類：通常用于同種芯片疊裝，在上層芯片和下層芯片間加裝一個墊片，且墊片尺寸略小于芯片表面鍵合區(qū)輪廓，使同種芯片可以進行堆疊組裝并可保證下層芯片的可鍵合；既具有A類結構的不受疊裝層數(shù)限制的優(yōu)點，同時又可實現(xiàn)B類結構的同種芯片堆疊組裝，且對下層芯片的鍵合互連沒有任何影響。A類 B類 C類典型的芯片疊裝方式C類疊裝溢膠控制溢膠主要是由于芯片貼裝后，芯片與墊片間已基本沒有間隙，多余的粘接膠會溢至芯片邊緣造成鍵合區(qū)污染。如果墊片粘接區(qū)域有部分可以容納粘接膠的空間，則可保證多余的粘膠膠被這些位置吸收，不會溢至芯片邊緣造成鍵合區(qū)污染的問題。如圖2所示，可將普通的單塊大墊片結構改為多個小墊片矩陣式排列結構。C類疊裝溢膠控制示意圖C類疊裝組裝流程應每粘接一層芯片完成鍵合后，再組裝上層芯片，一直到最后一層芯片。組裝過程中，應保護鍵合絲。宜使用智能化、機械化進行組裝操作，減少人工操作環(huán)節(jié)。粘結材料選用不應使用環(huán)氧膠進行芯片疊裝，應選用低應力粘接膠，固化后的硬度介于環(huán)氧膠和硅膠之間，既具有較高粘接強度又具有類似硅膠的緩沖結構應力的能力。堆疊結構可靠性要求樣品經-65℃～150℃溫度循環(huán)100次后，應無器件和結構損傷問題。樣品應能經受不低于1500g的Y1方向機械沖擊，試驗后應無變形或斷裂現(xiàn)象。樣品應能經受不低于5000g的恒定加速度試驗，試驗后應無變形或斷裂現(xiàn)象。尺寸為1.2mm×0.9mm的樣品經7.1.5.1～7.1.5.3的試驗后，在Al2O3、QM44、Au、PdAg、玻璃等界面上的剪切力應不低于12.96N。小焊區(qū)立體鍵合鍵合方式芯片間互聯(lián)的鍵合方式包括：鋁絲楔焊；金絲楔焊；金絲二點預植球。金絲二點預植球采用先在鍵合二點預植一個金球，然后正常進行鍵合操，鍵合絲的二點月牙打在此金球上，對鍵合區(qū)是無損的。由于芯片間互連結構較復雜，各種角度、方向和長度的鍵合絲都存在，小焊區(qū)(芯片間)立體鍵合多采用球焊。金絲球形鍵合對角度、方向、長度的適應性較好，靈活性較高；同時其鍵合點的大小為壓出的金球尺寸，可適應小焊盤、高密度鍵合。普遍作為芯片間鍵合互連的方式。鍵合工藝參數(shù)鍵合弧度控制參數(shù)預植金球表面平整度是該工藝的關鍵，影響預植金球表面平整度的主要是鍵合弧度控制參數(shù)，通過正交試驗可最終得到最佳參數(shù)組合。鍵合弧度控制參數(shù)主要包括：金球留尾高度；磨球擺幅；磨球擺幅；走向角度。鍵合月牙與預植金球定位參數(shù)月牙定位參數(shù)應為-1.8～2.3。二點月牙鍵合參數(shù)二點月牙鍵合在預植金球上，兩者為同種材料