第8章芯片封装与装配技术

割好的wafer进行紫外光照射，目的是减小胶膜的粘性，
以方便将die从胶膜上取走。
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8．Oven cure（烘赔）
采用高频加热方式，对粘贴上die的lead frame在烘 培箱中进行分段加热，使粘合剂固化。
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9．Wire bonding（WB，金线键合） 用高纯度的金线或铝线把die上的焊点和lead frame 上的引线连接起来，使die同外部电路导通。在WB之前会
95%，使其分裂成独立的芯片。将切刀装在高速旋转的轴
上，靠机械力量将wafer划开。
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6．Inspection（检测）
用高倍显微镜检查出不良的die，目的是减少后续工序
的次品。 7．Die attach（芯片粘贴） 利用粘合剂把die和lead frame粘贴在一起，以保证 两者之间电气、机械的可靠连接。在die attach前须对切
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倒装芯片最基本的步骤包括：制作芯片封装凸点、切
片、将芯片倒装在基板或载体上、芯片与基板再流焊、在 芯片与基板之间进行底部填充、老化、制作BGA焊球、将 最终的封装组装到另一块印制电路板上。 当前仅有少数芯片是利用FC技术组装，但随着微电子
及电子封装技术的快速发展，特别是与SMT工艺相互结合
后，FC终将会得到为迅速的发展并最终成为一种成熟的工
温、潮湿的恶劣环境下，上是以环氧树脂为主要材料，环
氧树脂虽为主体材料，但仅占到EMC总量的
25%~30%，为了满足整体的性能需求，还需再加入
填充剂、硬化剂、加速剂、耐燃剂等多种添加剂。 无机填充剂常常选二氧化硅，其作用是强化封装基底、 降低CTE、提高散热能力和抗热应力的能力，无机填充剂一 般占总量的65%~75%左右；耦合基常常选用硅甲烷环氧
一般EMC需保存在低温干燥的环境中。
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12．Mold cure（烘赔）
加热以加速EMC的固化速度。
13．Plating（电镀）
为了保护lead不受外界环境影响，在其表面镀上一层
保护膜。 14．Marking/Laser（印字） 在molding产品的正面用激光打印上代表产品名称、 生产日期、商标、生产地之类的字样。其目的是防止不同
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芯片互连
芯片互连也称为引线键合工艺，其目的是使芯片与外部
的封装框架间电气导通，以确保信号传递的畅通，这样才能 发挥芯片既有的功能。 1.Wire bonding （1）WB工艺流程
W/B是将芯片上的焊点与lead frame或基板上的焊
区用金属导线连接起来的技术。只有在die上通过保护层暴
露出的金属接触孔才能进行bonding；这些区域称为
frame材料等。 1.mold材料 mold材料的主要功能是将键合好的芯片加以包装，避 免外界环境对其造成影响。mold材料有塑料、陶瓷、金
属，常用的是固态环氧树脂。
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（1）金属封装
金属封装的优点是坚固耐用、导热性
好、扛机械损伤能力强。重要的是，有电磁 屏蔽功能，可防止外界电磁波的干扰。因此， 在军事及航空航天领域得到了广泛的应用。由于金属价格昂 贵，可塑性差，不能满足多引线小型化封装的要求且工艺难
化的。
1．Laminater（贴膜） 用辊轴采取适当力 度在晶圆的正面贴上一 层保护膜（通常为蓝色 的紫外光贴膜）以防止 具有在打磨时受到污染
或磨损电路。
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2.Backlap/Grinding（背面打磨）
对晶圆进行打磨，把晶圆的厚度磨至需求厚度，通常 达到晶圆厚度为230µ m、320µ m、80µ m，而电路本 身基本为10µ m的程度。
时施加压力。在
机械振动和压力
共同作用下，铝
丝和金属铝层间相互摩擦，破坏两者表面原有的极薄氧化 层。在施加压力的作用下实现了两个纯净金属面间的紧密接 触，达到键合的目的。
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金丝球焊是具有代表性的焊接技术。底座加热到
300℃以上，金丝穿过陶瓷
或红宝石劈刀中毛细管，用 氢气火焰将金丝头烧成球 后再用劈刀将金丝球压在金 属电极上实现键合。
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焊点的形状也因材料、焊接方式的不同而分为球形和
楔形两种。
球形
楔形
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方式 楔形 T/S,U/S
工具 Wedge
线
尺寸（线径的倍数）
最高速度
球形 T/C,T/S Capillary
Au
Au、Al
2.5- 4
1.1- 2
~10条线/秒
~5条线/秒
两种焊点的适用范围及焊接情况
楔形在键合时，将底座加热至300°C左右，劈刀加热 至150°C左右，对准位置，劈刀加25~50g的压力即可
球焊的首选材料。但因金与铝之间容易形成金属间化，
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合物，所以在使用Au丝时要避免金铝系统。Al线具有良
好的导电性，与半导体间也可形成和好的欧姆接触，成本也
低，但因其材质太软不易拉丝和键合，一般不采用纯铝丝。 标准的铝丝为加入1%硅的硅铝丝、加入0.5~1%镁的镁 铝丝。但其机械强度远比金差，且表面易氧化。是超声波键 合最常见的理想材料。
UBM，通过回流焊形成焊球。 凸点高度的一致性对组装后的成品率有着很大的影响， 可利用破坏性凸点剪切强度试验来控制制备凸点工艺。
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（2）FC的填充技术 对FC可靠性影响最大的是芯片和基座之间CTE匹配 度，导致焊点出现裂缝。常用的解决办法是在二者之间填充
流动的环氧树脂来减小应力，可将应力减小10倍以上。
度高。所以，除了小的晶体管外在民用器件方面用之甚少。
传统金属封装材料包括Al、Cu、Mo、W、及Cu／W
和Cu／Mo等。
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（2）陶瓷封装 陶瓷材料具有良好的热导性和绝缘性能。陶瓷致密性 高，对水分子有很好的阻隔能力，成为气密性封装的主要材 料。但因其脆性较高，易受到应力的破坏；工艺温度也很
高，且成本较高，故仅用于那些对可靠性要求特别高的芯
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3．Tape remove（去膜） 给UV tape照射适当的紫外光以消除粘性，再利用
remove tape将其揭开。
4．Tape mount（贴膜） 为了防止在切割时晶 圆发生分裂影响后续工艺， 用胶膜和钢圈把晶圆固定 起来。
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5．Sawing/Dicing（切割）
沿晶圆上的street，用金刚石切刀切至wafer厚度的
影响很大。陶瓷封装的类型很多，总的来说有双列直插结构
和扁平结构两种。
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（3）塑料封装
用一些树脂或特殊塑料来封装芯片的方法就是塑料封 装。塑料封装的散热性、气密性都较陶瓷封装和金属封装差 一些，但它价格低、重量轻、工艺简单、可满足小型化封 装，且适合自动化量产，已成为封装技术的主流。
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塑封材料必须具有以下特征：绝缘性好；温度适应能力 强；吸水性和渗水性很低；抗辐射能力强；CTE很小；化学 稳定性好；和基板材料之间粘附性良好；致密性好；成本
先用等离子气体冲击die和lead frame表面，除去杂质。
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10．Inspection（检测）
用低倍显微镜检查出不良的W/B产品。
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11．Molding（压模） 为了防止周遭环境对die的影响，用EMC将W/B后的 产品封装起来，完成后的产品即可称为package。EMC在 常温下也会缓慢固化，且水分会影响EMC的成型质量，所以
与基板之间的连接通过易熔焊料来实现。FC不仅仅是一种高
密度芯片互连技术，它还是一种理想的芯片粘接技术，在
PGA，BGA和CSP中都得到了广泛的应用。由于FC的互连
线非常短，而且I／O引出端分布于整个芯片表面，同时FC 也适合使用SMT的技术手段来进行批量化的生产，因此FC 将是封装以及高密度组装技术的最终发展方向。
完成键合。
球形在键合时，将底座加热至300°C左右，对准位置，
劈刀加50g左右的压力即可完成键合。
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2.倒装焊（FC，Flip Chip） 倒装焊是芯片与基板直接安装互连的一种方法。W/B 互连法是芯片面朝上互连，而FC则是芯片面朝下，芯片上 的焊区直接
与基板上的
焊区互连。
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倒装芯片起源于可控塌陷芯片互连技术。该技术首先采 用铜，然后在芯片与基板之间制作高铅焊球。铜或高铅焊球
contact或者pad。
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金线键合 示意图
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WB完成剖面图
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（2）WB的焊接方式
焊接方式主要有热压焊、超声焊、金丝球焊三种。 热压焊是利用加热、加 压的方式使接触区的金属发 生形变，同时破坏其上的氧
化层，使金属丝和接触区的
金属面之间产生原子间的吸
引作用，达到互连的目的。
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超声焊是利用超声波发生器产生的能量，经过换能器引 起劈刀作机械振 动，在劈刀上同
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（1）焊锡凸点 焊料凸点不仅起到了IC和电路板机 械互连的作用，还为两者提供了电和热
的通道。凸点由UBM和焊料球两部分组
成。UBM是焊盘和焊球之间的金属过渡层，位于圆片钝化
层的上部。作为焊料球的基底，UBM与圆片上的金属化层
有着非常好的粘附特性，与焊料球之间也有着良好的润湿特 性。UBM在焊球与IC金属焊盘之间作为焊料的扩散层， UBM作为氧化阻挡层还起着保护芯片的作用。
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焊接方式
压力（牛顿） 0.5~1.5 N/点 0.1 N/点以上
温度 300-500°C 25°C 100°C
超声能量 不需要 需要 需要
线 Au Au、Al Au
热压焊 （T/C）
超声焊 (U/ S)
金丝球焊 0.07~0.09 N/点 ( T/S)
三种焊接方式的其他内容作了相应的比较
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（3）引线材料
艺技术。
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3.卷带自动结合（TAB）
卷带自动结合技术是先将裸体芯片以镀金或镀锡铅的突