微电子封装技术第2章 封装工艺流程

2.4芯片贴装
焊接粘贴法工艺是将芯片背面淀积一定厚度的 Au或Ni，同时在焊盘上淀积Au-Pd-Ag和Cu的金属 层。
其优点是热传导好。工艺是将芯片背面淀积一 定厚度的Au或Ni，同时在焊盘上淀积Au-Pd-Ag和 Cu的金属层。这样就可以使用Pb-Sn合金制作的合 金焊料将芯片焊接在焊盘上。焊接温度取决于PbSn合金的具体成分比例。
微电子封装技术
董海青 李荣茂
第2章 封装工艺流程
2.1 流程概述 2.2 芯片减薄 2.3 芯片切割 2.4 芯片贴装 2.5 芯片互连技术 2.6 成形技术 2.7 后续工艺
2.1 流程概述
芯片封装工艺流程一般可以分为两个部分：前 段操作和后段操作。前段操作一般是指用塑料封装 （固封）之前的工艺步骤，后段操作是指成形之后 的工艺步骤。
2.4芯片贴装
导电胶粘贴法不要求芯片背面和基板具有金属 化层，芯片座粘贴后，用导电胶固化要求的温度时 间进行固化，可以在洁净的烘箱中完成固化，操作 起来比较简便易行。
导电胶进行芯片贴装的工艺过程如下：用针筒 或注射器将黏着剂涂布在芯片焊盘上，然后将芯片 精确地放置到焊盘的黏着剂上面。
导电胶粘贴法的缺点是热稳定性不好，容易在 高温时发生劣化及引发黏着剂中有机物气体成分泄 露而降低产品的可靠度，因此不适用于高可靠度要 求的封装。
2.4芯片贴装
玻璃胶粘贴芯片时，先以盖印、网印、点胶等 技术将玻璃胶原料涂布在基板的芯片座上，将IC芯 片放置在玻璃胶上后，再将封装基板加热至玻璃熔 融温度以上即可完成粘贴。
玻璃胶粘贴法的优点是可以得到无空隙、热稳 定性优良、低结合应力与低湿气含量的芯片粘贴； 其缺点是玻璃胶中的有机成分与溶剂必须在热处理 时完全去除，否则对封装结构及其可靠度将有所损 害。
2.5.1 打线键合
WB是将半导体芯片焊区与微电子封装的I/O引 线或基板上的金属布线焊区用金属细丝连接起来的 工艺技术。
主要的打线键合方式有热压键合（ Thermocompression Bonding，也称为T/C Bonding）、超声波键合（Ultrasonic Bonding， 也称为U/S Bonding）和热超声波键合（ Thermosonic Bonding，也称为T/S Bonding）三 种。
封装技术的基本工艺流程为：硅片减薄→硅片 切割→芯片贴装→芯片互连→成形技术→去飞边毛 刺→切筋成形→上焊锡→打码等。
2.2芯片减薄
目前大批量生产所用到的主流硅片多为6in、 8in和12in，由于硅片直径不断增大，为了增加其机 械强度，厚度也相应地增加，这就给芯片的切割带 来了困难，所以在封装之前要进行减薄处理。
硅片的背面减薄技术主要有磨削、研磨、干式 抛光、化学机械平坦工艺、电化学腐蚀、湿法腐蚀 、等离子增强化学腐蚀、常压等离子腐蚀等。
2.2芯片减薄
磨削的磨轮及工作示意图
2.3芯片切割
硅片减薄后粘贴在一个带有金属环或塑料框架 的薄膜（蓝膜）上，送到芯片切割机进行切割，切 割过程中，蓝膜起到了固定芯片位置的作用。
2.5.1 打线键合
打线键合的材料
铜丝
铜材料相对便宜，资源充足，在塑料封装中抗波动 （在垂直长度方向平面内晃动）能力强，使用中主要问 题是键合性问题，需要加保护气体以避免被氧化。
2.5.1 打线键合
打线键合的材料
金丝
具有优良的抗氧化性。金丝线表面要光滑和清洁以 保证强度和防止丝线堵塞，纯金具有很好的抗拉强度和 延展率，比较常用的金线纯度为99.99%。为了增加其 机械强度，一般加入铍（Be）或者铜（Cu）。
2.5.1 打线键合
打线键合的材料
铝丝
铝丝是超声波键合最常见的引线材料，标准的铝丝 一般加入1% Si或者1% Mg以提高强度。
热压键合技术
2.5.1 打线键合
热压键合技术
2.5.1 打线键合
超声波键合
又称超声焊，利用超声波产生的能量，通过磁 致伸缩换能器，在超高频磁场感应下，迅速伸缩而 产生弹性振动，经变幅杆传给劈刀，使劈刀相应振 动；同时，在劈刀上施加压力。劈刀在这两种力的 共同作用下，带动金属丝在被焊区的金属化层表面 迅速摩擦，使金属丝和金属表面产生塑性形变。
切割的方式可以分为刀片切割和激光切割两个 大类。
作为切割工艺的改进，相继又开发出先切割后 减薄和减薄切割方法。
2.3芯片切割
先切割后减薄DBG法示意图
2.4芯片贴装
芯片贴装也称为芯片粘贴，是将芯片固定于框 架或封装基板上的工艺过程。
贴装的方式主要共晶粘贴法、焊接粘贴法、导 电胶粘贴法和玻璃胶粘贴法。
2.5.1 打线键合
超声波键合
2.5.1 打线键合
热超声波键合
热超声波键合技术为热压键合技术与超声波键 合技术的混合技术。热超声波键合必须首先在金属 线末端成球，再使用超声波脉冲进行金属线与金属 焊区的键合。
2.5.1 打线键合
打线键合的材料
不同的键合方要选用Au丝，超声焊主要 用Al丝和Si-Al丝。
2.5 芯片互连技术
将芯片压焊块与封装外壳的引脚相连接，使芯
片实现既定的电路功能。芯片互连常见的方法有（ Wire Bonding，WB）、载带自动键合（Tap Automated Bonding，TAB）、倒装芯片键合（ Flip Chip Bonding，FCB）三种。
2.5 芯片互连技术
芯片互连的示意图
2.4芯片贴装
共晶粘贴法是利用金-硅合金（一般是69%的金 和31%的Si），在363℃时的共晶熔合反应使IC芯片 粘贴固定。
一般的工艺方法是将硅片置于已镀金膜的陶瓷 基板芯片座上，再加热至约425℃，借助金-硅共晶 反应液面的移动使硅逐渐扩散至金中而形成的紧密 结合。
2.4芯片贴装
共晶粘贴法示意图
2.5.1 打线键合
热压键合技术
热压键合技术利用加热和加压力，使金属丝与 Al或Au的金属焊区压焊在一起。通过加热和压力， 使焊区金属发生塑性形变，同时破坏压焊界面上的 氧化层，使压焊的金属丝与焊区金属接触面的原子 间达到原子引力范围，从而使原子间产生吸引力， 达到“键合”目的。
2.5.1 打线键合