第二章 封装工艺流程

2.1 共晶粘贴法
利用金-硅共晶(Eutectic) 粘结，IC芯片与封装基板之间的粘结在陶瓷封装中有广泛 的应用，在塑料封装中因此方法难以消除IC芯片与铜引脚架间的应力，故使用较少。 IC晶片 晶片 金-硅预型片 硅预型片 （0.025 mm） ） Ag或Au 或 基板 相互摩擦，430 oC 氮气保护 铬 金 2% Si
超声线焊工艺机理图
原理重点：焊接线经过毛细管的机理穿到楔形嘴下方。当楔形嘴在超 原理重点 声能量的作用下振动时，楔形嘴下方的焊接线与金属表面发生摩擦， 使局部受热，最终形成冶金焊接。
超声波键合的过程
3.1.2 热压键合
先穿过预热至温度300至400℃的氧化铝（Alumina,Al2O3）或炭化钨 （Tungsten Carbide,WC）等高温耐火材料所制成的毛细管状键合工 具（Bonding Tool/Capillary,也称为瓷嘴或焊针）的金属线末端，再以 电子点火（Electronic Flame-off, EFO）或氢焰（Hydrogen Torch）将 金属线烧断并利用熔融金属的表面张力效应使线之末端灼烧成球（其 直径约金属线直径之2至3倍），键合工具再将金属球下压至已预热至 约150至250℃的第一金属键合点上进行球形键合(Ball Bond)。在键合 时，球点将应受压力而略微变形，此一压力变形的目的在增加结合面 积、降低结合面粗糙度对键合的影响、穿破表面氧化层及其它可能阻 碍键合的因素，以形成紧密键合。球形键合完成后，键合工具升起并 引导金属线至第二个金属键合点上进行契形结合，由于键合工具顶端 为一圆锥形，得到第二键合点通常呈新月状（Crecent Bond），热压 键合属于高温键合过程，金线因具有高导电性与良好的抗氧化特性而 为最常被使用的导线材料；铝线亦可被用于热压键合，但因铝线不易 在线的末端成球，故一般仍以契形键合点的形态完成连线键合。
三种引线连接方法的特性比较
特性 可使用的键合丝 材质、 材质、直径 键合部位大小 热压键合 Au丝Φ15-100μm 超声键合 Au、Al丝Φ10-500μm 热超声键合 Au丝Φ15100μm 第一键合点，丝 径的3.5-4倍；第 二键合点，丝径 的1.5倍 高电压（电弧） 拉断 与热压键合法 相比，可以在较 低温度、较低压 力下实现键合 对表面的净度 不太敏感 无方向性
硅
预型片的优点： 降低芯片粘结时空隙 平整度不佳而造成的 粘结不完全的影响
2.2 焊接粘贴法
焊接粘结法是另一种利用合金反应进行芯片的粘结方法，其优点是热传导性好。 焊接粘结法 焊接粘结法与前述的共晶粘结法均利用合金反应形成粘结。因粘结的媒介是金 属材料，所具有良好热传导性质 良好热传导性质使其适合高功率元件的封装。焊接粘结法的工 良好热传导性质 艺应在热氮气或能防止氧化的气氛中进行，以防止焊料的氧化及孔洞的形成。 ① 硬质焊料:金-硅、金-锡、金-锗等 硬质焊料 优点： 优点：焊料塑变应力值高，具有良好的抗疲劳（Fatigue） 与抗潜变(Creep)特性 缺点： 缺点：使用硬质焊料的接合难以缓和热膨胀系数差异所 引发的应力破坏。 ② 软质焊料：铅-锡、铅-银-铟焊料 软质焊料： 优点： 优点：可避免硬质焊料的缺点 缺点： 缺点：使用软质焊料时须先在IC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
Anisotropic conductive adhesive film, ACF
粘贴原理和导ห้องสมุดไป่ตู้粒子的结构
2.4 玻璃胶粘贴法
玻璃胶为低成本芯片粘结材料，使用玻璃胶进行芯片粘结时是先以盖印 （Stamping）、网印（Screen Printing）、或点胶（Syringe Dispense）的技术 将胶材原料涂布于基板的芯片座中，将IC芯片置放在玻璃胶上后，再将封装基板 加热至玻璃熔融温度以上即可完成粘结，冷却过程应谨慎控制降温的速度以免造 成应力破裂是使用玻璃粘结法应注意的事项。
各种连线技术依IC集成度区分的应用范围
3.1 打线键合技术
打线键合（焊接）技术 打线键合（焊接）技术为集成电路芯片与封装结构之间的电路连线最常被使用的方 法。其方法是将细金属线或金属带按顺序打在芯片与引脚架或封装基板的键合点 （Pad）上而形成电路连接。 超声波键合（Ultrasonic Bonding U/ S Bonding ） 打线键合技术 热压键合（ Thermocompression Bonding T/C ） 热超声波焊接（Thermosonic Bonding T/S Bonding）
焊接粘结法
2.3 导电胶粘贴法
导电胶是大家熟悉的填充银的高分子材料聚合物，是具有良好导热导电性能的环氧 树脂。导电胶粘贴法不要求芯片背面和基板具有金属化层，芯片粘贴后，用导电胶 固化要求的温度时间进行固化，可在洁净的烘箱中完成固化，操作起来简便易行。 因此成为塑料封装常用的芯片粘贴法。以下有三种导电胶 三种导电胶的配方可以提供所需的电 三种导电胶 互连： （1）各向同性材料（ ICA，isotropic conductive adhesive ），它能沿所 有方向导电，代替热敏元件上的焊料，也能用于需要接地的元器件 （2）导电硅橡胶，它能有助于保护器件免受环境的危害，如水、汽，而且 可屏蔽电磁和射频干扰（EMI/RFI） （3）各向异性导电聚合物（ACA，anisotropic conductive adhesive ）， 它只允许电流沿某一方向流动，提供倒装芯片元器件的电连接和消除应变 以上三种类型导电胶都有两个共同点 两个共同点：在接合表面形成化学结合和导电功能。 两个共同点 导电胶填充料是银颗粒或者是银薄片，填充量一般在75%～80%之间，粘贴剂都是导电的。 但是，作为芯片的粘贴剂，添加如此高含量的填充料，其目的是改善粘贴剂的导热性，即 为了散热。因为在塑料封装中，电路运行过程产生的绝大部分热量将通过芯片粘贴剂和框 架散发出去。
各向异性导电胶（ACA）
优点 （1）适合于超细间距，可低至50µm，比焊料互连间距提高至少一个数量级， 有利于封装进一步微型化； （2）ACA具有较 低的固化温度，与焊料互连相比大大减小了互连过程中的热 应力和应力开裂失效问题，因而特别适合于热敏感元器件的互连和非可焊性表 面的互连； （3）ACA的 互连工艺过程非常简单，具有较少的工艺步骤，因而提高了生产 效率并降低了生产成本； （4）ACA具有较高的柔性和更好的热膨胀系数匹配，改善了互连点的环 境适 应性，减少失效； （5）节约封装的工序； （6）ACA属于绿色电子封装材料，不含铅以及其他有毒金属。
打线键合的实例照片
3.1.1 超声波键合
目前，通过Al丝的引线连接，几乎都采用超声波键合法。这种方法可在常温下 实现键合，不仅适用于MCM，特别对热敏感的CCD（Charge Coupled Device, 电荷耦合器件）及液晶显示器件等单片LSI的引线连接。Al丝用60KHz。 原理： 原理：对Al丝施加超声波，对材料塑性变形产生影响，类似于加入。超声波能 量，被Al中的位错选择性吸收，从而位错在其束缚位置解脱出，致使Al丝在非 常低的外力（在无超声波的单纯压缩下为1.7N，而在超声波作用下则为0.25N） 下即可处于塑性变形状态。在这种状态下变形的Al丝可以使Si上Al蒸镀膜表面 上形成的氧化膜破坏，露出清洁的金属表面，便于键合。这种以机械变形为主 要形式，配合以超声波从而易于塑性变形及键合的超声键合法，在较低的温度 下即可完成固相结合。
2 芯片贴装
芯片粘结（ 芯片粘结 Die bonding 、Die Attach或Die Mount）也称为粘晶，是 将IC芯片固定于封装基板或引脚架芯片的承载座上的工艺过程。芯片 粘结可以利用金-硅共晶（Eutectic）粘结 金 硅共晶 硅共晶（ 玻璃胶、 ）粘结，也可用玻璃胶、高分子胶 玻璃胶 或焊接等方法实现，采用何种方法及材料要依据封装密封的技术要求 或焊接 决定。共晶粘结法 玻璃胶粘结法 共晶粘结法与玻璃胶粘结法 共晶粘结法 玻璃胶粘结法常用于陶瓷与金属密封性封装 （Hermetic Packages）中，而塑料封装则多使用高分子胶粘结法 高分子胶粘结法。 高分子胶粘结法 ① 共晶粘贴法 ② 焊接粘贴法 芯片贴装 ③ 导电胶粘贴法 ④ 玻璃胶粘贴法
增加热、电导措施：可填入金属箔（银为最常使用的填充剂） 增加热、电导措施： 优点： 优点：可以得到无空隙、热稳定性优良、低接合应力与低湿气含量的芯片粘结 缺点： 缺点：胶中的有机成分与溶剂必须在热处理时完全除去，否则对封装结构及其 可靠度将有所伤害
3 芯片互连
IC芯片互连 芯片互连是将芯片焊区与电子封装外壳的I/O引线或基板上的金属布线焊 芯片互连 区相连接，只有实现芯片与封装结构的电路连接才能发挥已有的功能 打线键合（Wire Bonding, WB） 分类 载带自动键合（Tape Automated Bonding, TAB） 倒装芯片键合（Flip Chip Bonding, FCB）
第一键合点，丝径的3.5-4 倍；第二键合点，丝径的 1.5倍 高电压（电弧） 拉断 键合牢固、强度高 无方向性问题 在略微粗糙的表面上也 能键合 键合失败也可再同位 置再键合 键合工艺简单
丝径的1.5-2倍
键合丝的切断方 法
高电压（电弧） 拉断（超声压头） 拉断（送丝压头） 不需加热 对表面的净度不十分敏感 Au、Al以外也可适用 金属间化合物等引发的合 金劣化问题少（由于是Al丝， Al丝布线电极相同金属的组合）
第一金属键合点 瓷嘴或焊针 300~400℃ ℃ 第二键合点 150~250℃
电子点火或氢焰
热压键合的过程
3.1.3 热超声波键合
热超声波键合为热压键合与超音波键合的混合技术。热超声波键合 必须先在金属线末端成球，再使用超声波脉冲进行导线材与金属接 垫间的接合。在热超声波结合的过程中接合工具不被加热而仅接合 的基板维持在100~150℃的温度，此方法除了能抑制键合界面介金 属间化合物（Intermetallic Compounds）的成长外，并可降低基板 的高分子材料因温度过高而产生劣化变形，因此热超声波接合通常 应用于接合难度较高的封装连线。金线为热超声波键合最常被使用 的材料。
第二章 封装工艺流程
概述
晶片减薄 芯片切割 芯片贴装 芯片互连
成型技术 打码 上焊锡 切筋成型 去飞边毛刺
2 贴膜
1 晶片减薄
3 芯片切割
4 贴片
6 注塑成型
5 金线键合
7 贴装焊球
8 产品切割
9 产品
1 芯片切割
以超薄小外形封装（TSOP）为例，硅片上电路层的有效厚度一般为300 µm ，为了 保证其功能，有一定的衬底支撑厚度，因此，硅片的厚度一般为900 µm 。衬底材 料是为了保证硅片在制造、测试和运送过程中有足够的强度。因此电路层制作完成 后，需要对硅片进行背面减薄（Back Side Thinning），使其达到所需要的厚度，然 后再对硅片进行划片（Dicing）加工，形成一个个减薄的裸芯片。 存在问题：芯片划片槽的断面往往会比较粗糙，有少量的微裂纹和凹槽存在，同时 存在问题 有些地方划片时并未完全划开，取片时，会造成芯片被迫分离而致使断口形状不规 则，影响芯片质量。 解决办法： 解决办法：采用“先划片后减薄”（Dicing Before Grinding, DBG）和“减薄划片” （Dicing By Thinning, DBT）方法。 DBG---在背面磨削之前将硅片的正面切割出一定深度的切口，然后再进行背面磨削。 DBT---在减薄之前先用机械的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，采用常压等离子腐蚀技术去除剩余加工量，实现裸芯片的自动分离。
优点
特性
热压键合 仅适用Au丝 对表面净度敏感 由于加热，存在元件 劣化问题 因金属间化合物等可 能发生合金劣化问题
超声键合 对表面粗糙度敏感 有方向性问题 对于吸振性布线板不 是采用 工艺控制复杂 Al丝存在加工硬化问 题（特别是每次键合 后的端头部分）