微电子封装基础与传统封装技术

FC-QFN
LQFP Enhanced SOJ QFP
aQFN
SSOP
TSOP
SOP
‘90 ‘91 ‘92 ‘93 ‘94 ‘95 ‘96 ‘97 ‘98 ‘99 ‘00 ‘01 ‘02 ‘03 ‘04 ‘05 ‘06 ‘07 ‘08 ‘09 ‘10
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
IBM C4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: Controlled Collapse Chip Connection）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。
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-从底部开始，逐渐 覆盖芯片
-完全覆盖包裹完毕， 成型固化
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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（Die Attach）
引线键合（Wire Bonding） 模塑（Molding）
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
氧化银 （焊料） 90g 氧化铋 （降低熔点） 1.4g 松香 （还原剂） 9g 松节油 （溶剂） 37.5ml 蓖麻油 （增粘剂） 5.7ml
材料 比例

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
典型封装形式的特点
1 in/inch ~ 25.4 mm 1 mil ~ 1/1000inch ~ 0.0254mm ~ 25.4m
微电子封装基础与传统封装技术
国际封测大厂的技术路线

ASE Global
Embedded FCBGA WLCSP Bumping FCCSP Hybrid FC+WB Film BGA LGA Finger Print Sensor PIP Polymer WLCSP IPD RF-Module
包装出厂
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
浸渍法 1-元器件；2-液 体树脂；3-容器

滴涂法 1-树脂；2-芯片；3-金丝；4-基板；5-管腿；6-底座

3
填充法 1-液体树脂； 2-元器件；3塑料外壳

浇注法 1-液体树脂；2元器件；3-模具
Wafer Mount 晶圆安装
Wafer Saw 晶圆切割
Wire Bond 引线焊接
3rd Optical 第三道光检
微电子封装基础与传统封装技术
框架类塑封后道工艺
EOL Annealing 电镀退火
Trim/Form 切筋/成型
Molding 注塑
De-flash/ Plating 去溢料/电镀
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
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: jamescai@tsinghua.edu.cn
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（Die Attach）
引线键合（Wire Bonding） 模塑（Molding）
TAB键合工艺
Fundamentals of Microsystems Packaging, Rao Tummala
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

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（Die Attach）
引线键合（Wire Bonding） 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

Transfer Molding

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
EOL– Molding（注塑）
Molding Cycle
-L/F置于模具中，每 -高温下，EMC开始 个Die位于Cavity中， 熔化，顺着轨道流 模具合模。 向Cavity中 -块状EMC放入模具 孔中

微电子封装基础与传统封装技术
递模成型 （Transfer Molding）
微电子封装基础与传统封装技术
框架类塑封前道工艺
Wafer 2nd Optical 第二道光检 Die Attach 芯片粘接
Back Grinding 磨片
Wafer Wash 晶圆清洗
Epoxy Cure 银浆固化
EOL
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
外壳电镀 装片（粘片） 芯片准备 引线键合 管帽封接
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
陶瓷封装基本工艺
陶瓷外壳成型
外壳电镀 装片（粘片） 芯片准备 引线键合 盖板封接
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
4th Optical 第四道光检
Laser Mark 激光打字
PMC 高温固化
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（Die Attach）
引线键合（Wire Bonding） 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Die Bonding / Die Attach / 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
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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 工艺简单、成本低廉 典型固化温度：125~175C

导电胶粘结技术
空间尺度的转换

芯片工艺特征尺寸

ຫໍສະໝຸດ Baidu
101nm 101m 102m~mm

芯片Pad的尺度


系统板的尺度

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
3D PKG /TSV/…
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(c)载带自动焊（tape automated bonding，TAB）
微电子封装基础与传统封装技术
从封装元件到系统
Discrete L,C,R Packaged IC
IC Package

Board Assembly
System Assembly
Fundamentals of microsystems packaging, Dr. Rao Tummulao
92%以上采用塑料封装
引线框架成型

滴涂法（Glob Top） 填充法（Filling） 浸渍涂敷法 浇注法 递模成型（Transfer Molding）
包封
引线电镀 装片（粘片） 芯片准备 引线键合 （Transfer Molding）
测试与老化
引线打弯
分割（切筋）
（后）固化
成品
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引线键合工艺示意图（之一）
Wire Bonding in Microelectronics, by George Harman
微电子封装基础与传统封装技术
Wedge-type Bonding
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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
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
Glob Top Tape
芯片
IC Chip Carrier
粘接 Adhesive
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
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TAB工艺流程示意图
微电子封装基础与传统封装技术

环氧 树脂 粘接剂
金属粉粒 （银）
减少欧姆接触 改善导热性
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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

Fundamentals of microsystems packaging, Dr. Rao Tummulao
微电子封装基础与传统封装技术
封装的功能
电源分配/输入信号
封装及组装
芯片
• 芯片保护 • 电源分配 • 信号通道 • 热扩散 热耗/输出信号
系统
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
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（Die Attach）
Loop height (min. m)
80
80
70
70
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（Die Attach）
引线键合（Wire Bonding） 模塑（Molding）
TAB与倒装芯片互连
TSV
Fan out WLCSP FC PiP
LBGA
COS BGA MCM BGA PoP MAP- POP FC-POP
Stacked-BGA Enhanced BGA BGA TFBGA (mini BGA) BCC uBGA VFBGA WFBGA
TQFP PLCC QFP P-DIP
QFN
引线键合（Wire Bonding） 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-type Bonding）、球焊 (Ball Stitch Bonding)等等
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
管芯 圆片
单芯片封装 电测试 包装与运输
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（wire bonding） (a) 倒装焊（flip chip）
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
2000 Pad pitch (min. 50 m) Wire length (max. mm) Wire length (min. mm) 8 0.3 2003 40 8 0.3 2005 35 10 0.2 2010 20 10 0.2