功率器件封装工艺流程
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功率器件封装工艺流程
2
主Fra Baidu bibliotek内容
主要内容介绍 一、功率器件后封装工艺流程 二、产品参数一致性和可靠性的保证 三、产品性价比 四、今后的发展
2
功率器件后封装工艺流程
划片 Die saw
检验 Inspection
包装 Packing
粘片
Die bonding
测试 Testing
压焊 wire bonding
10
压焊示意图
金丝 或铝丝
压焊的特点
1、自动压焊机，一致性好，焊点、弧度 、高度最佳，可靠性高。
2、根据管芯的实际工作电流选择引线直 径规格，保证了良好的电流特性 。
压 焊 实 物 图
11
功率器件后封装工艺流程 ——压焊车间
全新的KS TO-92压焊机
压焊车间
12
功率器件后封装工艺流程-塑封
划片
39
材料的选用
1.供应商均经过评价认证 2.品质好价格高的材料
40
先进的工艺制程
一、净化厂房，洁净度10000级，避免了粉 尘灰粒的粘污 二、全自动的粘片、压焊机，并有氮氢气保 护 三、所有产品经过高温老化，性能更稳定更 可靠 四、精度高、稳定性好的测试筛选设备， DTS-1000 ， △Vbe
41
产品的特点
1、电流特性好，饱和压降小，在输出相同的 功率下，晶体管消耗的功率小，发热量低
2、产品种类型号丰富，专门针对节能灯、电 子镇流器进行设计 封装形式：TO-92、TO-126、TO-220、
TO-262、TO-263、TO251 带抗饱和电路的系列 L(低电压)系列晶体管
42
产品的特点
表面平整、清洁、光亮无 焊料点上熔化后，焊料与之
氧化，无斑点。
的浸润好。
1、推力：mm2>1kg
2、焊料覆盖芯片面积 >95%(空洞面积<5%)
3、芯片、焊料、框架三者 之间无缝隙。
1、专职检验员每隔1小时 巡查一次。 2、N2、H2气体保护。
3、X-R管理图
30
热阻的工艺控制 —测试筛选
晶体管的热阻测试原理： 在一定范围内pn结的正向压降Vbe 的变化与结
20
功率器件后封装工艺流程
——测试设备
KT9614与DTS-1000
分选机
21
功率器件后封装工艺流程 ——包装
整洁的包装 车间
新型的包装方式—编带
我公司今年新引进 的编带机
22
产品一致性和可靠性
1、产品的一致性 a.芯片生产工艺控制 b.通过细分类进行控制
2、产品可靠性 a.优化芯片生产工艺提高可靠性 b.封装工艺的严格要求
15
功率器件后封装工艺流程
塑封
打印
电镀
切筋
老化
测试
激光打标
在管体打上标记
激光打印机
16
功率器件后封装工艺流程-电
镀切筋
塑封
打印
电镀
切筋
老化
测试
电镀：纯锡电镀， 符合无铅化要求
切筋：器件分散
连筋
切筋示意图
17
功率器件后封装工艺流程 ——切筋
切筋员工在操 作
18
功率器件后封装工艺流程-老化
塑封
打印
粘片
压焊
塑封
打印
塑封：压机注 塑，
将已装片的管子 进行包封
塑封体 框架管脚
塑封示意图
13
塑封的特点
采用环氧树脂塑封材料 封装，阻燃，应力 小，强度高，导热 性好，密封性好， 保证晶体管大功率 使用情况下具有良 好散热能力，管体 温度低。
14
塑封机
功率器件后封装工艺流程
——塑封车间
塑封生产车间的景象
2、不定期上供应商生产线考察质量体系进 行情况。
劈刀
1、劈刀端面平整，与引线形变后 1、定期清洗劈刀，保证端面清洁完整。
尺寸一致。
2、劈刀安装位置准确，高度合适。
2、确保劈刀端面有合适的振幅。
芯片铝层 铝层不氧化，无划伤，具有一定 加强表面镜检，剔除不合格品。
质量
厚度
引线强度 不同的线径，规定不同的工艺条
切筋 segregating
入库
Ware house
塑封 molding
打印 marking
老化
管脚上锡
Heat aging plating
3
功率器件后封装工艺流程
——划片
圆硅片
划片及绷片 后的圆片
划片
划片：将圆片切割成单个分离的芯片 划片特点：日本DISCO划片机，具有高稳 定性，划片刀的厚度25um，芯片损耗小。
有空洞的地方就会形成一个热点
（即温度比粘结面其他地区高出很
多的小区域）（如右图示 ）。
粘片空洞 焊料 框架
热点处温度高，Vbe将比其他地方的Vbe变化大。整个 pn结的△Vbe将主要受热点处的△Vbe的影响，因此，有 空洞的管子的△Vbe比正常管子的△Vbe要大很多。
34
我公司产品的热阻特点
通过测量△Vbe，再经过公式 Rth＝ △Vbe /KP
1、增大注塑压力和时间，使塑料达到 查。
充分填充。
5、产品测试前增加老
2、增加保压时间，使塑料充分固化后 出模，防止出模时摩擦大，塑料发生 形变而减弱与引线框架之间的粘结强 度。
化工序，使存在隐患的 产品提前失效，加严测 试漏电的参数项，剔除 可能存在缺陷的产品。
38
产品性价比
1、材料的选用 2、先进的工艺制程 3、严格的生产过程控制
24
提高产品可靠性 －封装工艺的严格控制
一、降低热阻 二、控制“虚焊” 三、增强塑封气密性
25
功率器件的重要参数－热阻
降低器件发热量的三个途径 一、通过优化电路，避免开关器件进入放大区，减
小器件上的功率消耗 。 二、降低器件的热阻，即提高器件的散热能力。 三、提高器件的电流性能，降低饱和压降 。
电镀
切筋
老化
测试
1、严格的筛选条件， 温度140～150℃。
2、使用有N2保护的 烘箱，防止管子在高 温下氧化。
19
功率器件后封装工艺流程
电镀
切筋
老化
测试
检验
包装
测试流程
成品管
测试分选 合格
QC 抽检 合格
成品包装
不合格品 不合格
QA 检验 合格
入成品库
不合格
抽检 合格
不合格
客户使用
粉碎 返工 返工 返工
不够
件，压力 、功率、时间。
1、在N2保护中压焊。
2、专职检验员，_ 每隔1h巡检一次。 3、引线强度的 X -R管理图。
框架管脚 质量
1、管脚牢固、平整。 2、管脚锡层光亮平整、不氧化。 3、高温老化后锡层不变色。
1、调整塑封工艺，以达到充分填充。 2、加强浸锡前，管脚处理。 3、老化烘箱采用N2保护。
29
热阻的工艺控制 —粘片工艺
热阻偏大的原因分析与工艺保证
原因
技术要求
芯片背面金 金属层平整清洁无氧化， 属层质量 且有一定厚度。
焊料
表面清洁光亮，无氧化及 斑点、粘污等不良现象。
工艺保证
每片先试粘一条，试推力， 符合工艺规范才下投。
与芯片、框架两者之间的浸 润性良好，溶化后无颗粒状。
引线框架 粘接强度
其与塑封料粘结更紧密
定。
2、在塑料型号上挑选收缩率低、流动 2、严格原料检验。
性好的材料，使其之间的机械粘结更 3、采用热强酸腐蚀比
加紧密。
较法，定期检查密封性。
对每种封装形式均需作材料热匹配的 4、借助广州五所的先
对比试验，通过样品测量和批量试用， 进分析手段，不定期的
选择最佳的材料组合。
对产品密封性能进行抽
4、氮氢气体保护，避免高温下材料氧化。
7
功率器件后封装工艺流程——粘片车间
粘片员工在认真操作
8
功率器件后封装工艺流程——粘片车间
全新的TO-220粘片机
9
功率器件后封装工艺流程-压焊
划片
粘片
压焊
塑封
打印
压焊：用金丝或铝丝 将芯片上的电极跟外 引线（框架管脚）连 接起来。
金丝－金丝球焊 铝丝－超声波焊
23
产品参数一致性的保证
高精度的测试系统
1、最高测试电压为1000V，最大电流20A，漏电流最 高精度达到pA级，电压测试精度达到2mV 2、可测试的半导体器件有双极晶体管，MOS管，二极 管等多种器件。 3、对于双极晶体管，可测试hFE、Vcesat、Vbesat、 Rhfe、Iceo、Iebo、Bveb、Icbo、Bvceo、Vfbe、Vfbc 、Vfec、Bton、Bvces、Bvcer、Icer、Icex、Icbr、 Icbs、BVcbo、Iceo等参数
3、可靠性高 如高低温循环（-50℃～150℃） 冰沸水浸泡试验 功率老化
4、本公司生产芯片，保证质量及芯片货源
43
今后发展
▪ 后封装扩建搬迁项目 ▪ 绿色环保塑封料
44
结束语 谢谢！
深爱半导体--封装部
45
36
控制“虚焊”的措施
压焊工序对引线拉力进行了严格的控制
37
塑封气密性的工艺控制
相关因素
引线框架和 塑料粘接表 面机械强度
引线框架和 塑料热膨胀 系数匹配
注塑工艺方 面的调整
工艺措施
检测措施
1、引线框架的管脚增加两条密封槽， 1、定期检查设备运行
增加此处引线框架表面的粗糙度，使 状况，确保工艺参数稳
我公司典型产品值：
品种 MJE13001 MJE13003BR MJE13005
封装形式 TO-92 TO-126 TO-220
热阻值
6.5℃/W 3.5℃/W 1.3℃/W
35
控制“虚焊” —造成虚焊的因素与对策措施
因素
技术要求
对策措施
引线材料 抗拉强度、延伸性良好，硬度适 中。
1、严格执行公司的原材料进料检验制度。
4
功率器件后封装工艺流程－划片车间
日本DISKO划片机
5
功率器件后封装工艺流程 ——粘片
（将单颗芯片粘结到引线框架上）
实物图
划片
粘片
压焊
6
塑封
打印
我公司粘片的特点
1、自动粘片机，芯片和引线框架的粘结牢固，一 致性好。
2、优质的框架及焊接材料使用，获得良好的热学 和电学特性。
3、芯片与框架的热匹配性良好，芯片和框架之间 的应力达到最小，热阻小，散热性好。
在电路和芯片都已固定的情况下，避免器件发热 失效重要的途径就是降低器件的热阻 。
26
功率器件的重要参数－热阻
一、热阻的定义 热阻(Rth)是表征晶体管工作时所产
生的热量向外界散发的能力，单位 为℃/W，即是当管子消耗掉1W时器 件温度升高的度数。 RTH总＝ RT1+ RT2+ RT3
27
功率器件的重要参数－热阻
△Vbe测试仪的性能参数及优点： 测试精度：0.1mV 脉冲时间精确度：1us 最高电压：200V 最大电流：20A 优点：
1.精度高，且精度高可达到0.1mV，重复性好。 2.筛选率高
33
热阻测试筛选设备的优点
优点2：筛选率高
如粘片有空洞，脉冲测试在很短功
热点
率脉冲内，由于热量来不及传导， 芯片
二、晶体管热阻的组成
1、RT1内热阻－由芯片 的大小及材料决定。
2、 RT2接触热阻－与 封装工艺有关。 3、 RT3与封装形式及 是否加散热片有关。
RT1 RT2
RT3
芯片
背面金、银层 焊料层 铜底座 （框架）
28
热阻的工艺控制
我们工艺控制过程中，最重要的是解决 接触热阻。主要的控制手段： 1、粘片工艺对接触热阻的控制。 2、高效的测试手段进行筛选 。
温度的变化△T有近似线性的关系： △Vbe＝k△T
对于硅pn结，k约等于2，热阻的计算公式为： Rth＝△T/P 只需加一个稳定的功率，测量晶体管的△Vbe即 可计算出晶体管的热阻 RT。
31
热阻测试筛选设备的优点
进行热阻测试筛选，我们用的是日本 TESEC的△Vbe测试仪 。
32
热阻测试筛选设备的优点
2
主Fra Baidu bibliotek内容
主要内容介绍 一、功率器件后封装工艺流程 二、产品参数一致性和可靠性的保证 三、产品性价比 四、今后的发展
2
功率器件后封装工艺流程
划片 Die saw
检验 Inspection
包装 Packing
粘片
Die bonding
测试 Testing
压焊 wire bonding
10
压焊示意图
金丝 或铝丝
压焊的特点
1、自动压焊机，一致性好，焊点、弧度 、高度最佳，可靠性高。
2、根据管芯的实际工作电流选择引线直 径规格，保证了良好的电流特性 。
压 焊 实 物 图
11
功率器件后封装工艺流程 ——压焊车间
全新的KS TO-92压焊机
压焊车间
12
功率器件后封装工艺流程-塑封
划片
39
材料的选用
1.供应商均经过评价认证 2.品质好价格高的材料
40
先进的工艺制程
一、净化厂房，洁净度10000级，避免了粉 尘灰粒的粘污 二、全自动的粘片、压焊机，并有氮氢气保 护 三、所有产品经过高温老化，性能更稳定更 可靠 四、精度高、稳定性好的测试筛选设备， DTS-1000 ， △Vbe
41
产品的特点
1、电流特性好，饱和压降小，在输出相同的 功率下，晶体管消耗的功率小，发热量低
2、产品种类型号丰富，专门针对节能灯、电 子镇流器进行设计 封装形式：TO-92、TO-126、TO-220、
TO-262、TO-263、TO251 带抗饱和电路的系列 L(低电压)系列晶体管
42
产品的特点
表面平整、清洁、光亮无 焊料点上熔化后，焊料与之
氧化，无斑点。
的浸润好。
1、推力：mm2>1kg
2、焊料覆盖芯片面积 >95%(空洞面积<5%)
3、芯片、焊料、框架三者 之间无缝隙。
1、专职检验员每隔1小时 巡查一次。 2、N2、H2气体保护。
3、X-R管理图
30
热阻的工艺控制 —测试筛选
晶体管的热阻测试原理： 在一定范围内pn结的正向压降Vbe 的变化与结
20
功率器件后封装工艺流程
——测试设备
KT9614与DTS-1000
分选机
21
功率器件后封装工艺流程 ——包装
整洁的包装 车间
新型的包装方式—编带
我公司今年新引进 的编带机
22
产品一致性和可靠性
1、产品的一致性 a.芯片生产工艺控制 b.通过细分类进行控制
2、产品可靠性 a.优化芯片生产工艺提高可靠性 b.封装工艺的严格要求
15
功率器件后封装工艺流程
塑封
打印
电镀
切筋
老化
测试
激光打标
在管体打上标记
激光打印机
16
功率器件后封装工艺流程-电
镀切筋
塑封
打印
电镀
切筋
老化
测试
电镀：纯锡电镀， 符合无铅化要求
切筋：器件分散
连筋
切筋示意图
17
功率器件后封装工艺流程 ——切筋
切筋员工在操 作
18
功率器件后封装工艺流程-老化
塑封
打印
粘片
压焊
塑封
打印
塑封：压机注 塑，
将已装片的管子 进行包封
塑封体 框架管脚
塑封示意图
13
塑封的特点
采用环氧树脂塑封材料 封装，阻燃，应力 小，强度高，导热 性好，密封性好， 保证晶体管大功率 使用情况下具有良 好散热能力，管体 温度低。
14
塑封机
功率器件后封装工艺流程
——塑封车间
塑封生产车间的景象
2、不定期上供应商生产线考察质量体系进 行情况。
劈刀
1、劈刀端面平整，与引线形变后 1、定期清洗劈刀，保证端面清洁完整。
尺寸一致。
2、劈刀安装位置准确，高度合适。
2、确保劈刀端面有合适的振幅。
芯片铝层 铝层不氧化，无划伤，具有一定 加强表面镜检，剔除不合格品。
质量
厚度
引线强度 不同的线径，规定不同的工艺条
切筋 segregating
入库
Ware house
塑封 molding
打印 marking
老化
管脚上锡
Heat aging plating
3
功率器件后封装工艺流程
——划片
圆硅片
划片及绷片 后的圆片
划片
划片：将圆片切割成单个分离的芯片 划片特点：日本DISCO划片机，具有高稳 定性，划片刀的厚度25um，芯片损耗小。
有空洞的地方就会形成一个热点
（即温度比粘结面其他地区高出很
多的小区域）（如右图示 ）。
粘片空洞 焊料 框架
热点处温度高，Vbe将比其他地方的Vbe变化大。整个 pn结的△Vbe将主要受热点处的△Vbe的影响，因此，有 空洞的管子的△Vbe比正常管子的△Vbe要大很多。
34
我公司产品的热阻特点
通过测量△Vbe，再经过公式 Rth＝ △Vbe /KP
1、增大注塑压力和时间，使塑料达到 查。
充分填充。
5、产品测试前增加老
2、增加保压时间，使塑料充分固化后 出模，防止出模时摩擦大，塑料发生 形变而减弱与引线框架之间的粘结强 度。
化工序，使存在隐患的 产品提前失效，加严测 试漏电的参数项，剔除 可能存在缺陷的产品。
38
产品性价比
1、材料的选用 2、先进的工艺制程 3、严格的生产过程控制
24
提高产品可靠性 －封装工艺的严格控制
一、降低热阻 二、控制“虚焊” 三、增强塑封气密性
25
功率器件的重要参数－热阻
降低器件发热量的三个途径 一、通过优化电路，避免开关器件进入放大区，减
小器件上的功率消耗 。 二、降低器件的热阻，即提高器件的散热能力。 三、提高器件的电流性能，降低饱和压降 。
电镀
切筋
老化
测试
1、严格的筛选条件， 温度140～150℃。
2、使用有N2保护的 烘箱，防止管子在高 温下氧化。
19
功率器件后封装工艺流程
电镀
切筋
老化
测试
检验
包装
测试流程
成品管
测试分选 合格
QC 抽检 合格
成品包装
不合格品 不合格
QA 检验 合格
入成品库
不合格
抽检 合格
不合格
客户使用
粉碎 返工 返工 返工
不够
件，压力 、功率、时间。
1、在N2保护中压焊。
2、专职检验员，_ 每隔1h巡检一次。 3、引线强度的 X -R管理图。
框架管脚 质量
1、管脚牢固、平整。 2、管脚锡层光亮平整、不氧化。 3、高温老化后锡层不变色。
1、调整塑封工艺，以达到充分填充。 2、加强浸锡前，管脚处理。 3、老化烘箱采用N2保护。
29
热阻的工艺控制 —粘片工艺
热阻偏大的原因分析与工艺保证
原因
技术要求
芯片背面金 金属层平整清洁无氧化， 属层质量 且有一定厚度。
焊料
表面清洁光亮，无氧化及 斑点、粘污等不良现象。
工艺保证
每片先试粘一条，试推力， 符合工艺规范才下投。
与芯片、框架两者之间的浸 润性良好，溶化后无颗粒状。
引线框架 粘接强度
其与塑封料粘结更紧密
定。
2、在塑料型号上挑选收缩率低、流动 2、严格原料检验。
性好的材料，使其之间的机械粘结更 3、采用热强酸腐蚀比
加紧密。
较法，定期检查密封性。
对每种封装形式均需作材料热匹配的 4、借助广州五所的先
对比试验，通过样品测量和批量试用， 进分析手段，不定期的
选择最佳的材料组合。
对产品密封性能进行抽
4、氮氢气体保护，避免高温下材料氧化。
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功率器件后封装工艺流程——粘片车间
粘片员工在认真操作
8
功率器件后封装工艺流程——粘片车间
全新的TO-220粘片机
9
功率器件后封装工艺流程-压焊
划片
粘片
压焊
塑封
打印
压焊：用金丝或铝丝 将芯片上的电极跟外 引线（框架管脚）连 接起来。
金丝－金丝球焊 铝丝－超声波焊
23
产品参数一致性的保证
高精度的测试系统
1、最高测试电压为1000V，最大电流20A，漏电流最 高精度达到pA级，电压测试精度达到2mV 2、可测试的半导体器件有双极晶体管，MOS管，二极 管等多种器件。 3、对于双极晶体管，可测试hFE、Vcesat、Vbesat、 Rhfe、Iceo、Iebo、Bveb、Icbo、Bvceo、Vfbe、Vfbc 、Vfec、Bton、Bvces、Bvcer、Icer、Icex、Icbr、 Icbs、BVcbo、Iceo等参数
3、可靠性高 如高低温循环（-50℃～150℃） 冰沸水浸泡试验 功率老化
4、本公司生产芯片，保证质量及芯片货源
43
今后发展
▪ 后封装扩建搬迁项目 ▪ 绿色环保塑封料
44
结束语 谢谢！
深爱半导体--封装部
45
36
控制“虚焊”的措施
压焊工序对引线拉力进行了严格的控制
37
塑封气密性的工艺控制
相关因素
引线框架和 塑料粘接表 面机械强度
引线框架和 塑料热膨胀 系数匹配
注塑工艺方 面的调整
工艺措施
检测措施
1、引线框架的管脚增加两条密封槽， 1、定期检查设备运行
增加此处引线框架表面的粗糙度，使 状况，确保工艺参数稳
我公司典型产品值：
品种 MJE13001 MJE13003BR MJE13005
封装形式 TO-92 TO-126 TO-220
热阻值
6.5℃/W 3.5℃/W 1.3℃/W
35
控制“虚焊” —造成虚焊的因素与对策措施
因素
技术要求
对策措施
引线材料 抗拉强度、延伸性良好，硬度适 中。
1、严格执行公司的原材料进料检验制度。
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功率器件后封装工艺流程－划片车间
日本DISKO划片机
5
功率器件后封装工艺流程 ——粘片
（将单颗芯片粘结到引线框架上）
实物图
划片
粘片
压焊
6
塑封
打印
我公司粘片的特点
1、自动粘片机，芯片和引线框架的粘结牢固，一 致性好。
2、优质的框架及焊接材料使用，获得良好的热学 和电学特性。
3、芯片与框架的热匹配性良好，芯片和框架之间 的应力达到最小，热阻小，散热性好。
在电路和芯片都已固定的情况下，避免器件发热 失效重要的途径就是降低器件的热阻 。
26
功率器件的重要参数－热阻
一、热阻的定义 热阻(Rth)是表征晶体管工作时所产
生的热量向外界散发的能力，单位 为℃/W，即是当管子消耗掉1W时器 件温度升高的度数。 RTH总＝ RT1+ RT2+ RT3
27
功率器件的重要参数－热阻
△Vbe测试仪的性能参数及优点： 测试精度：0.1mV 脉冲时间精确度：1us 最高电压：200V 最大电流：20A 优点：
1.精度高，且精度高可达到0.1mV，重复性好。 2.筛选率高
33
热阻测试筛选设备的优点
优点2：筛选率高
如粘片有空洞，脉冲测试在很短功
热点
率脉冲内，由于热量来不及传导， 芯片
二、晶体管热阻的组成
1、RT1内热阻－由芯片 的大小及材料决定。
2、 RT2接触热阻－与 封装工艺有关。 3、 RT3与封装形式及 是否加散热片有关。
RT1 RT2
RT3
芯片
背面金、银层 焊料层 铜底座 （框架）
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热阻的工艺控制
我们工艺控制过程中，最重要的是解决 接触热阻。主要的控制手段： 1、粘片工艺对接触热阻的控制。 2、高效的测试手段进行筛选 。
温度的变化△T有近似线性的关系： △Vbe＝k△T
对于硅pn结，k约等于2，热阻的计算公式为： Rth＝△T/P 只需加一个稳定的功率，测量晶体管的△Vbe即 可计算出晶体管的热阻 RT。
31
热阻测试筛选设备的优点
进行热阻测试筛选，我们用的是日本 TESEC的△Vbe测试仪 。
32
热阻测试筛选设备的优点