第二章 封装工艺流程

切筋成形
定义：把电子外壳的I/O引线或基板上的金线焊区与芯片的 焊区相连。 设备：打线机
打线键合（Wire Bonding，WB）
芯片互连 的方式： 载带自动键合(Tape AutomatedBonding,TAB) 倒装芯片键合（Flip Chip Bonding,FCB）
尹小田
IC 封装成品构造图
第二章 封装工艺流程
1、封装工艺的流程 2、芯片切割 3、芯片贴装 4、芯片互连 5、封装工艺流程的其余步骤
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1、封装工艺的流程
封装流程可 分成2部分：
前段操作（Front End Operation）: 用塑料封装之前的工艺步骤 后段操作（Back End Operation）: 在塑料封装之后的工艺步骤 封装工艺的基本流程： 硅片减薄 芯片切割 硅片贴装 芯片互连 成型技术即 （塑料封装）
只能使用合金焊料或使用焊膏连接芯片与焊盘粘 贴，用于有特殊导电性要求的打功率管中，其它基本 不用。
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（2）焊接粘贴法
方法：利用合金反应进行芯片粘贴。 工艺：在热氮气气氛下把芯片背面淀积一定厚度的金或 镍，焊盘上淀积金-钯-银或铜的金属层，用铅-锡 合金制作的的合金焊料把芯片焊接在焊盘上。 硬质焊料：如金-硅、金-锡、 金-锗焊料。 软质焊料：如铅-锡、铅-银-铟 焊料。
键合工具需预热至300～400度
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球形－楔形键合
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球形键合的第一键合点的形状
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球形键合的第二键合 点的形状
新月状
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（1）打线键合技术
打线键合就是用非常细小的线把芯片上焊盘和引线框架 (或者基板)连接起来的过程。商家从成本考虑的角度，90％ 都是使用引线键合技术。
现代凸点工艺之一：置球法
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现代凸点工艺之一：转移技术
后日本研发了凸块转移技术：先利于光 刻、成像、电镀等技术在玻璃基板上长成与 载带内引脚前端位置相对应的键合凸块后， 把凸块转移到引脚，再进行引脚和芯片的键 合，把凸块转移到芯片。 注意到：因为制作凸块是在玻璃基板上， 而不必在芯片或载带上，所以芯片损伤和成 本都降低，而提高了TAB技术的可靠性和标 准化的通用性。
1、各向同性材料。
2、导电硅橡胶。
不精确会怎样？
3、各向异性导电聚合物。 导电胶的缺点：热稳定性不好、高温时容易劣化和引发导 电胶中有机物气体充分泄漏而降低产品的可靠度，因此不 导电胶中填充银颗粒或银薄片，因此都是是导电的。 用于高可靠度要求的封装。 目的是：改善胶的导热性，增强散热能力。
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（4）玻璃胶粘贴法
常用线材：金线 方法：先再金属线末端成球，再用超声波脉冲进行 键合。 热超声波键合是热压键合和超声波键合的混合技 术。接合工具不需预热，这样可以抑制键合界面的 金属间长成化合物，降低基板的高分子材料因为高 温的劣化变形，因此常用于结合难度较高的封装连 线。
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（2）载带自动键合技术,TAB
TAB技术：用有引线图形的金属箔丝把芯片焊区与电子 封装外壳的I/O或基板上的金属布线焊区互连的工艺技术。
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楔形－楔形键合
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显微镜下的图形
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超声楔形键合图片
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楔形键合的键合点的形状
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（1）打线键合技术
打线键合就是用非常细小的线把芯片上焊盘和引线框架 (或者基板)连接起来的过程。 商家从成本考虑的角度，90％ 都是使用引线键合技术。
超声波键合（Ultrasonic Bonding,U/S Bonding） 打线 键合 技术 分：
首先在高聚物上做好元件引脚的导体图样， 然后 将晶片按其键合区对应放在上面，然后通过热电极一 次将所有的引线进行批量键合。
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TAB技术的流程 引脚及载带制作
引脚化载带
凸块化芯片 内引脚接合
封胶保护
电性测试 外引脚接合
测试完成
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TAB技术与WB技术相比的优点：
1、TAB的结构轻、薄、短、小、高度<1mm。 2、TAB的电极尺寸、电极与焊区的间距比WB大为减小。 3、相应可容纳的I/O引脚更多，安装密度更高。 4、TAB的引线R、C、L均比WB的小得多，速度更快，高频 特性更好。 5、采用TAB互连可对IC芯片进行电老化、筛选和测试。
TAB
凸块式芯片TAB：在键合点上长成凸块，在与载带内 芯片有钝化保护层，厚度高于键合 引脚键合。 点，必须在芯片的键合点上或TAB载 带的内引脚前端先长成键合凸点。
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钝态保护
芯片清洗
铝wk.baidu.com合点
成像
粘贴阻挡层
电镀金凸块
光刻
选择性刻蚀
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TAB的关键技术——
1、芯片凸点制作技术 良好的键合力与低
常用线材：铝线、金线（铝-硅、铝-镁、铝-镁-硅、铝-铜合 金）
方法：用焊接楔头引导金属线使其压紧在金属键合短上，当 通过平行于键合点平面的超声振动，振动在垂直键合点 平面的压力产生冷焊的效应而完成键合。
优点；键合温度低、键合尺寸较小而导线回绕高度较低， 因此适合键合点间距小、密度高的芯片连接； 缺点：超声波焊接的连线必须沿着金属线回绕的方向排列， 限制了打线速度，因此不利于大面积芯片的电路连线。
切割机的刀片一般为脉冲激光束或金钢石，划得边缘整 齐，很少有裂口。只是划片时会出现没有划到底的情况，取 片时是顶针的顶力把芯片分离的，则端口出现不规则的状态， 划片槽业也会有少量微裂纹和凹槽存在。为此开发了先划片 后减薄 (Dicing Before Grinding,DBG)和减薄划片 (Dicing By Thinning,DBT)
打码
上焊锡
切筋成形
去飞边毛刺
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硅片的尺寸越来越大，为了方便制 造、测试和运送过程，厚度增加。 硅片减薄 打码 芯片切割 上焊锡 硅片贴装 芯片互连
切筋成形
去飞边毛刺
成型技术即 （塑料封装）
背面减薄技术有： 磨削、研磨、干式抛光(Dry Polishing)、 化学机械抛光(chemical mechanicai polishing,CMP)、 电化学腐蚀(Electrochemical Etching)、 湿法腐蚀(Wet Etching,WE)、 等离子增强化学腐蚀(Plasma-Enhanced Chemical Etching，PECE) 常压等离子腐蚀(Atmosphere Downstream Plasma Etching,ADPE).
方法：利用合金反应进行芯片的粘贴。 工艺：把芯片置于已经镀了金膜的陶瓷基板的芯片承载 座上，在一定的压力下（附以摩擦或超声），再加热到 共晶点温度，当温度高于共晶温度时，金硅合金融化成 液态的Au-Si共熔体。冷却后，当共熔体由液相变为以 晶粒形式互相结合的机械混合物－金硅共熔晶体而全部 凝固，从而形成了牢固的欧姆接触。
1、热氮气——防止硅的高温氧化，避免液面润湿性能降低， 以免减弱粘贴强度、产生孔隙、热传导质量降低和应力不均。
2、芯片背面镀金或植入金-硅预型片——利于粘贴强度。
3、相互摩擦——除去表面硅氧化物。
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（1）共晶粘贴法的问题
1、芯片和引脚架的膨胀系数严重失配，应力难以解决。 2、人工操作，不适合现代生产。
超声波键合（Ultrasonic Bonding,U/S Bonding） 打线 键合 技术 分：
热压键合(Thermocompression Bonding,T/C Bonding)
热超声波键合（Thermosonic Bonding, T/S Bonding）
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超声波键合（U/S Bonding）
芯片托盘(DIE PAD) L/F 内引脚 (INNER LEAD) 芯片(CHIP)
L/F 外引脚 (OUTER LEAD) 热固性环氧树脂 (EMC) 金线(WIRE)
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（1）打线键合技术
打线键合就是用非常细小的线把芯片上焊盘和引线框架 (或者基板)互连的过程。 商家从成本考虑的角度，90％都是 使用引线键合技术。
超声波键合（Ultrasonic Bonding,U/S Bonding） 打线 键合 技术 分：
热压键合(Thermocompression Bonding,T/C Bonding)
热超声波键合（Thermosonic Bonding, T/S Bonding）
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热超声波键合（T/S Bonding）
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蓝 膜
芯片粘上一层薄膜（称蓝膜），起 保护晶圆表面电路的作用。
硅片减薄
芯片切割
硅片贴装
芯片互连 成型技术即 （塑料封装）
打码
上焊锡
切筋成形
去飞边毛刺
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2、芯片切割
硅片减薄 打码 芯片切割 上焊锡 硅片贴装 芯片互连 成型技术即 （塑料封装） 去飞边毛刺
切筋成形
定义：切割晶圆，将各个芯片分离开。 设备：切割机（划片机）
优点：塑变应力值高，具有 良好的抗疲劳与抗潜变特性；
缺点：难缓和热膨胀系数差 异所引起的压力破坏。
优点：应力问题小。
缺点：使用时必须在芯片背面 先镀上类似制作焊锡凸块时的 多层金属薄膜以利焊料的润湿。
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（3）导电胶粘贴法
方法：用填充银的高分子材料聚合物导电胶固化。 工艺：把芯片精确置于用针筒或注射器将导电胶（粘贴剂） 涂布合适的厚度和轮廓的芯片焊盘上进行固化。
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粘贴法的比较
共晶粘贴法 芯片粘贴 的方式： 焊接粘贴法 导电胶粘贴法
玻璃胶粘贴法
1、共晶粘贴应力问题，少用
2、前两个都是利用合金反应粘贴芯片，后两个是用高分 子聚合物粘贴。
3、热稳定性和可靠度不好，不适合高可靠性要求
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4、芯片互连
硅片减薄 打码 芯片切割 上焊锡 硅片贴装 芯片互连 成型技术即 （塑料封装） 去飞边毛刺
接触电阻 凸点的制作工艺流程（图2.13）： 1、清洗 2、在芯片表面镀具有粘着、扩散阻挡和保护功能 的多层金属薄膜（阻挡层）； 3、光刻成像； 4、电镀金凸块；
5、除去光刻胶；
6、选择性刻蚀除去多层金属膜。
防止芯片铝与凸块材 料间的扩散
防止凸块底部阻挡层金属的测侵蚀 而破坏芯片的铝线和焊垫结构
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3、芯片贴装
硅片减薄 打码 芯片切割 上焊锡 硅片贴装 芯片互连 成型技术即 （塑料封装） 去飞边毛刺
切筋成形
定义：又叫芯片粘贴，是将芯片固定于封装基板或引脚架 芯片的的承载座上的工艺过程。 设备：贴片机 共晶粘贴法 芯片粘贴 的方式： 焊接粘贴法
导电胶粘贴法
玻璃胶粘贴法
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（1）共晶粘贴法
6、TAB采用Cu箔引线，导热、导电好，机械强度高。
7、TAB焊点键合拉力比WB高3至10倍。 8、载带的尺寸可实现标准化和自动化。可规模生产，提 高效率，降低成本。
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TAB技术的关键材料
导电性能好，
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TAB的关键技术
1、芯片凸点制作技术
2、TAB载带制作技术 有引线图形的金属箔丝
凸点 3、载带引线与芯片凸点的内引线焊接技术以及载带 外引线焊接技术。 凸块式载带TAB：在载带内引脚的前端长成台地状金 属凸块再键合。后研发成新型技 术——凸点载带自动焊接技术 (BTAB)
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DBG和DBT
先划片后减薄 (Dicing Before Grinding,DBG)：顾名 思义就是先将硅片的正面切割到一定的深度，然后 再进行背面磨削。 减薄划片法(Dicing By Thinning,DBT)：先用机械或 化学的方式切割出切口，然后用磨削方法减薄到一 定厚度后，采用ADPE(常压等离子腐蚀)技术去掉 剩余加工量，实现裸芯片的自动分离。 其优点：很好地避免或减小了减薄引起的硅片翘曲以 及划片引起的芯片边缘损害，DBT更是能去除硅片背面 研磨损伤，并能除去芯片引起的微裂和凹槽。
热压键合(Thermocompression Bonding,T/C Bonding)
热超声波键合（Thermosonic Bonding, T/S Bonding）
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热压键合(T/C Bonding)
常用线材：金线 方法：先穿过毛细管状的金属线末端键合工具（又叫瓷 嘴或焊针），然后以电子点火或氢焰把金属线烧断 且是线的末端灼烧成球，再用键合工具将金属球下 压，进行球形键合。
方法：用高分子材料聚合物玻璃胶进行芯片粘贴。 工艺：先以盖印、网印、点胶的技术把胶原料涂布在基 板的芯片座中，再把芯片置于玻璃胶上粘贴。 1、多用于陶瓷封装中
2、冷却过程谨慎控制降温的速度以免造成应力破 裂
3、增加热、点传导性能，可以加金属如：箔、银 优点：可以得到无空隙、热稳定性优良的、低结合应力、 低湿气含量的芯片粘贴； 缺点：胶中有机成分与溶剂必须在热处理时完全去除，以 免对封装结构及其可靠度有损害。