芯片封装工艺及设备

《微电子封装技术》复习提纲

第一章绪论

●微电子封装技术的发展特点是什么？发展趋势怎样？（P8、P9）

特点：微电子封装向高密度和高I/O引脚数发展，引脚由四边引出向面阵排列发展微电子封装向表面安装式封装（SMP）发展，以适合表面安装技术（SMT）

从陶瓷封装向塑料封装发展

从注重发展IC芯片向先发展后道封装再发展芯片转移

发展趋势：微电子封装具有的I/O引脚数更多

微电子封装应具有更高的电性能和热性能

微电子封装将更轻，更薄，更小

微电子封装将便于安装、使用和返修

微电子安装的可靠性会更高

微电子封装的性能价格比会更高，而成本却更低，达到物美价廉

●微电子封装可以分为哪三个层次（级别）？并简单说明其内容。（P7）

用封装外壳将芯片封装成单芯片组件和多芯片组件的一级封装，将一级封装和其他元器件一同组装到印刷电路板上的二级封装以及再将二级封装插装到母版上的三级封装硅圆片和芯片虽然不作为一个封装层次，但却是微电子封装的出发点和核心。在IC芯片与各级封装之间，必须通过互连技术将IC芯片焊区与各级封装的焊区连接起来形成功能，也有的将这种芯片互连级称为芯片的零级封装

●微电子封装有哪些功能？（P19）

电源分配、信号分配、散热通道、机械支撑、环境保护

●芯片粘接方法分为哪几类？粘接的介质有何不同（成分）？（P12）

Au-Si合金共熔法(共晶型)

Pb-Sn合金片焊接法(点锡型)

导电胶粘接法(点浆型)；环氧树脂

有机树脂基粘接法(点胶型)；高分子化合物

●简述共晶型芯片固晶机（粘片机）主要组成部分及其功能。

1 机械传动系统

2 运动控制系统

3 图像识别（PR）系统

4 气动/真空系统

5 温控系统

机械系统

•目标：芯片+框架

•组成部分：

• 1 框架供送部分进料（框架分离）、送料、出料

• 2 芯片供送部分

•目标：

组成部分：

1 送晶装置：晶粒供送

2 焊头装置

3 顶针装置

4 其他：温控、 气动/真空等

• 3 点锡/点浆/点胶部分

● 和共晶型相比，点浆型芯片固晶机（粘片机）在各组成部分及其功能的主要不同在

哪里？

点浆工序，进烤箱

● 名词解释：取晶、固晶、焊线、塑封、冲筋、点胶

取晶：以化学腐蚀的方法将晶粒从封装中取出，以利下一步拍照评估，层次去除或其他分析

的进行

固晶：将芯片固定在外壳底座中心，常用Au-Sb 合金（对PNP 管）共熔或者导电胶粘接固

化法使晶体管的接地极与底座间形成良好的欧姆接触；对IC 芯片，还可以采用环氧树脂粘接固化法；（引脚与金属壳的隔离：玻璃）

焊线：在芯片的焊区与接线柱间用热压焊机或超声焊机用Au 丝或Al 丝连接起来；接着将

焊好内引线的底座移至干燥箱中操作，并通以惰性气体或N2保护芯片； 封装：最后将管帽套在底座周围的凸缘上，利用电阻熔焊法或环形平行缝焊法将管帽与底座

边缘焊牢，达到密封要求。

第二章 芯片互连技术

● 芯片互连的方法主要分为哪几类？各有什么特点？（P13、P27） 分类：WB 引线键合；TAB 载带自动焊；FCB 倒装焊

特点：最传统，最常用的，也是最成熟的芯片互连技术，焊接灵活方便，焊点强度高，通常

引线框架 供送

分 片 进 料 装 置

送 料 装 置 收 料 装 置 晶粒供送 装 置 焊 头 装 置 顶 针 装 置

银浆供送 装 置

机器视觉 装 置

晶 圆 芯 片 图 像 识 别 装 置 引 线 框 架 图 像 识 别 装 置

电气控制 系 统

系 统 控 制 软 件 运 动 控 制 硬 件

晶 圆 工 作 台

点 浆 量 控 制 装 置 银 浆 头 位 控 装 置

载带焊：封装薄，节距小，引脚多，电性好，可测性，导热好，机械强度高，成本高，耗时多，修理要求苛刻

(1)封装薄:结构轻、薄、短、小，封装高度不足1mm。

(2)节距小:电极尺寸、电极与焊区节距均比WB大为减小。电极宽度通常为50um，可达到

20∽30um，节距常为80um，根据要求可做得更小。

(3)引脚多:可容纳更高的I/O引脚数。如10mm见方的芯片，WB最多容纳300个I/O引脚，

而TAB可达500个以上。

(4)电性好：引线电阻、电容和电感均比WB的小得多。WB这几项的值分别为：100mΩ、25pF和3nH，而TAB分别为：20mΩ、10pF和2nH。因此具有更优良的高速、高频电性能。

(5)可测试：对芯片进行筛选和测试,确保器件是优质芯片。

(6)采用Cu箔引线，导热和导电性能好，机械强度高。

(7)键合牢：拉力可提高3∽10倍，达到0.3∽0.5N/点，提高芯片互连的可靠性。

(8)使用标准化卷轴长带（长100m），便于自动化生产。

倒装焊：连线短，安装密度高，适用于大批量生产，但检测困难，成本高，材料之间的应力问题。

1）芯片面朝下，连线短，互连产生的杂散电容、互连电阻和电感均比WB和TAB小得多，因此适于高频、高速的电子产品应用。

2）FCB芯片安装互连占的基板面积小，因而芯片安装密度高。FCB的芯片焊区可面阵布局,更适于高I/O数的芯片使用

3）芯片的安装、互连同时完成，大各各简化了安装互连工艺,快速、省时，适于使用先进的SMT进行工业化大批量生产。

不足之处：芯片面朝下安装，给工艺操作带来一定的难度，焊点检查困难（只能使用红外线和X光检查）。芯片焊区一般要制作凸点，增加了芯片的制作工艺流程和成本。

倒装焊同各种材料间的匹配所产生的应力问题也需要解决等。

●WB的分类及特点如何？（P23）

按焊接方式:

1、热压焊：易氧化，易压伤，键合力小

2、超声键合(压）焊：与热压焊相比，可提高焊接质量，接头强度也较高；无加热，所以对

芯片无影响；可根据不同需求调节能量，焊不同粗细的Al丝；不产生

任何化合物。

3、金丝球焊：压点面积大，又无方向性,可实现微机控制下的高速自动化焊接，往往带

超声功能,具有超声焊优点

按键合点形状：1、楔形键合；2、球形键合

●说明金丝球焊的主要工艺过程及其工作原理。（P24、PPT）

工艺步骤：1、打火烧球（EFO负电子烧球）；2、一焊（热压超声球焊）

3、拉弧（焊头XYZ协调动作）；

4、二焊（热压超声焊）

5、留尾丝；

6、回打火位、送丝等，开始下一个循环

工艺过程：劈刀下降，焊球被固定在焊盘中央

在压力，超声，温度的作用下形成连接

劈刀上升到弧形最高度