封装工艺及设备培训

-
扩片后的示例：
F
F
-SN
10
-
F第二部分
F键合工艺及设备
引线/倒装/回流/晶圆键合
加工平台
-SN
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11
常用微互联方式
-
F
F
- S N 引线键合
倒装芯片键合
12
引线键合 （Wire Bonding）
-
引线键合技术是将芯片电极面朝上粘贴在封装基 座或基板上，再用金丝或铝丝将芯片电极与引线
Step 2
键合臂下降，使得上下器件接触
，再根据已设好的键合程序键合
18
- 引线键合和倒装芯片键合比较
倒装芯片技术 精度高
引线键合技术
F
形成的混合集成芯 优 片占用体积小 点 I/O密度高
F技术成熟
工艺简单 成本低廉
互连线短 引线寄生参数小
适用性强
N 缺 - S 点
晶片凸点的制作问 题 设备昂贵成本较大
加工平台
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4
划片简介
-
F
F 划片：将做好器件结构的晶圆切割成一定大小的管芯或形成解
理腔面，一般不切穿晶圆。
N 裂片：将切割一定深度后的晶圆，用裂片机（裂片刀）从切割 - S 道处裂开。
5
实验室现有划片设备
-
F
GaAs解理机
F
- S N 砂轮 划片机
应用：
倒装焊
F 最大压力：100KG
最高温度：450℃ 芯片尺寸：0.2-40 mm
回流 纳米压印
- S FC150倒装焊机
N衬底尺寸：1-50 mm 步进精度： Arm Z= 0.5 µm Chuck XY= 1 µm Θ旋转范围：± 7 degrees 激光自动找平和对准
17
FC150工作过程
F
- S N X射线球管
样品
图像增强器 46
系统组成
-
F
•从X射线源产生X射线 从物体下面穿透物 体，在物体上面的有 胶片或设备将X射线转 为可见光； •转换装置主要由图像 增强器、数码相机或 CCD组成；
•.操作系统用于控制样 品运动，旋转和Z轴运 动来控制其放大倍
- S 数。
FX射线球管 移动平台
–缺陷的位置 –缺陷的形状
- S N –缺陷的尺寸
38
- 超声波换能器
超高频 / 高频换能器
F中频 / 低频换能器
F
N 1. 高分辨率 S 2. 焦距短 -3. 穿透深度低
1. 低分辨率 2. 焦距长 3. 穿透深度高
39
- 不同频率换能器的应用领域举例
F ● 超高频率换能器(400MHz – 2GHz): 陶瓷，合金材料中
-
上影 像
键合臂上 的上器件
F Step 1
用键合臂吸起上器件（正面朝下
）
双层影 像
对准标记或 器件特征
F 下器件置于下面 chuck上
移动上显微镜观察 (蓝色), 将上
器件的标记或图形移到视野内
下影 像
-
Chuck上
N的 S 下器件
移动下显微镜观察 (红色), 对准
上下器件的标记或图形
钻石刀划片机
激光划片机
6
划片机性能比较
-
设备
分辨率 μm
性能
精度 线宽 μm μm
切深 μm
F样品要求
样品材料
样品 大小
样品 厚度μm
GaAs 解理机
钻石刀 划片机
激光 划片机
砂轮 划片机
0.5 1
0.1
-一般
较高 20 ≤30 GaAs、InP ≤4inch ≤100
X：
F ±4
Y：
20
≤30
Sapphire 、GaN
25
- 实验室现有晶圆键合机设备
温度范围: 30-550℃ 最大压力: 8000mBar 焊后精度：±5μm
F最大电压 : -2000V
最大电流: 15mA
F
- S NSussCB6L
BA6
26
晶圆键合实例
FF-
Anode bonder Wafersize: 4“
-
S
N Cu-Sn bonder Wafersize: 4“
N 图像增强器
X射线控制器 操作控制系统
数码相机
图像处理
显示器
47
- X－Ray检测的主要用途 F 用于检测Die-Attach芯片、底部填充、密封部件、底部有管脚或
屏蔽盖元器件
F
用颜色分析底部填充的 元器件
-
自动气泡测量及倾斜测试
N 没有经过回流经过 底部填充的气泡和
S 焊点测量
48
检测穿孔焊及Press in的元器件
的纳米空洞、颗粒、缺陷、界面；
F ● 高频换能器 (100MHz – 230MHz): 薄型塑封器件、倒装
焊芯片内部的分层缺陷、杂质、裂纹等；
● 中频换能器 (50MHz – 75MHz):
BGA, 粘晶芯片内部
的分层缺陷、杂质、裂纹等；
N ●低频换能器 (10MHz – 30MHz):
电极封装，焊接内部
Au-Si bonder Wafersize: 4“
27
-
F第三部分
F检测设备
SEM/X-Ray/超声波/拉力剪切力
加工平台
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28
SEM概念及用途
-
电子被用作光源的显微镜 称为扫描电子显微镜
F
F （Scanning Electron Microscope），简称SEM
倒装焊芯片C -扫描图
-
F
放大了的图像
F
分层缺陷
N 采用着色方式可以使更深层的结构明显 - S 凸现出来。
43
-
分层缺陷
F
裂纹
F
-SN
44
- 倒装焊芯片底板上线路 F
F S N 一些精细的芯片内部结构，如连接线等，都可以用超声波显微镜技术展现出来
- 45
X-Ray检测
-
基本原理：
F
X射线角度 ~170º
- S 结构的分层缺陷、杂质、裂纹等；
40
- Flip Chip 封装样品的内部结构
F
F
-SN
41
- 压焊点的压焊情况分析
F放大的图象 F
N Hkgut1.bmp
压焊点的情况可以通过超声波反射波来检测，有缺陷的压焊点用绿 色环标识出来。在放大并着色后的图象中，可以看到压焊点的细部
- S 结构。
42
F
F 热压键合
¾ 关键参数：温度，压力， ¾ 工艺:共晶，玻璃胶，粘结键合
¾ wafer 材料：自由选择
熔融键合
N ¾ 关键参数：清洁度，wafer 本身的质量（包括平整度，粗糙度 等） ¾ 工艺： silicon直接键合，SOI，其它半导体化合物键合
- S ¾ wafer 材料： Si, GaAs, (在理论上可以自由选择)
- S 。
N可以通过超声波反射信号强度区分出分层缺陷
可以通过超声波在通过空气层所产生的相位反转来判别出分层缺陷
55
- SAM和X-Ray的比较
X-光机检查
裂片刀
8
划片工艺范例
-
样品情况
F 材料/厚度：蓝宝石/80 μm
管芯尺寸： 320 μm× 280 μm
划片条件
F 激光功率：0.44W
速度：24mm/s
- S N 裂片条件
Down Address：32000 Cut Address：33010 Gap Address: 2846
9
划片工艺范例
F 框架或布线板电路上对应的电极键合连接的相关 F 技术。
-SN
13
实验室现有引线键合设备
-
WEST·BOND 747677E
45度楔焊
F
90度深腔楔焊
金丝球焊
F 金丝、铝丝楔焊
1：8 XYZ操纵 杆，单手操作、
N 灵活 - S ESD防静电保护
14
引线键合实例
-
F
F
- S N Au表面金丝球焊
N 8.0nm@15 kV - S 15nm@1 kV
JSM-6390 ： 电子枪为钨灯丝
31
JSM-6390实拍示例
-
F
F
-SN
32
键合工艺检测手段
-
引线键合：
键合拉力测试
F
键合剪切力测试
F
倒装/回流键合：
芯片剪切力测试
N X-Ray检测仪 - S 超声波检测仪
33
超声波扫描显微镜
工作原理
转转换换开开关关
F-
发发射射器器
信信号号传传输输
F
接接收收器器
换换能能器器
- S N样样品品
偶偶合合液液
34
超声波扫描显微镜
-
主要用途：
F
材料的晶格结构
F
裂纹
N 分层缺陷、附着 - S物以及其他人为夹杂物
空洞、气 泡、空隙 等
35
扫描模式
换换能能器器
AA--扫扫描描
样样品品
-S
N
F
F
- BB--扫扫描描
CC--扫扫描描 DD--扫扫描描 XX--扫扫描描
-
F
F封装工艺及设备培训
加工平台
-SN
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1
主要内容
-
划片工艺及设备
F
F 键合工艺及设备
- S N 检测工艺及设备
2
封装流程
-
以GaN LED封装为例：
F
划片、裂片 分捡
F管芯粘贴
（烘烤）
பைடு நூலகம்引线键合
- S N 倒装键合
封帽 测试
3
-
F
F第一部分
划片工艺及设备
铝板最大降温速度：100℃/分
- S 工艺气体：氮气，甲酸，氢气
SRO-702-R真空高温共晶焊
21
回流实例
-
F
F
- S N 铟柱回流前后形貌对比
22
回流实例
-
F
F
- S N 铜表面甲酸清洗前后比较
23
晶圆键合（Wafer bonding)
-
晶圆键合是将两层或者多层的wafer 永久或暂时
F 的粘结在一起。
I/O数目的限 制
19
回流焊（ Reflow Soldering)
-
回流焊是通过重新熔化预先分配到印制板焊盘上
F 的膏状软钎焊料，实现表面组装元器件焊端或引
脚与印制板焊盘之间机械与电气连接的软钎焊。
F 回流焊机又称“再流焊机”（Reflow Machine），
它是通过提供一种加热环境，使焊锡膏受热融化 从而让表面贴装元器件和PCB焊盘通过焊锡膏合金
用途
信号发生区域
◆ 观察样品表面形貌；
- S N ◆ 配置附件，做样品分析。
29
SEM分类
-
F 热电子发射SEM（钨灯丝或六硼化镧）
场发射SEM
F
- S N 钨灯丝
六硼化镧单晶
场发射尖端（钨单晶）
30
实验室现有SEM设备
-
主要技术指标：
F
• 最大放大倍数 300，000 ×
F
高真空分辨率 3.0nm@ 30 kV
应用：MEMS、MOEMS、SOI、3-D chip
F stacking……
Silicon Wafer
Resistor
Proof Mass
N Silicon Wafer
- SPyrex Wafer
24
键合工艺
-
阳极键合
¾ 关键参数：温度，电压 ¾ 工艺：阳极键合 ¾ 典型wafer 材料： Si 和玻璃 (PYREX)
封装的LED管芯
15
倒装焊（Flip Chip Bonding）
-
F 定义：在裸片电极上形成连接用凸点，将芯片电极
面朝下经钎焊、热压等工艺将凸点和封装基板互连
F 的方法。
过程：凸点制作和倒装装配
- S N Solder Bump
Chip Substrate
16
实验室现有倒装键合设备
-
F 特点： 焊后精度：±1μm
-
F
管脚是多变型的 通孔焊接
F
通孔焊接不良， 及元器件内部电
线缺陷检测
-
S
N
通孔焊接不良的问题
49
可以检测各种焊接缺陷，包括锡爆，锡桥，焊接分层，锡溅，
- 开路，焊点中的气泡，断层等。例如：
F •线路板损伤
• 双面贴装的PCB板检测
• 焊点过热 • 热损伤
F•同一图像中，分离上、下的元件的图像
•焊点浸润不够问题
N 可靠地结合在一起的设备。 - S 20
实验室现有的回流设备
-
技术指标：
极限真空度：2mbar； 加热区域：147mm x 217mm； 最高温度：450℃；
F用途： 回流
F金属的还原
控温精度: ±0.5℃ ； 温度均匀性：±3.5％ 最大升降温速度：（带500克负载）
N 铝板最大升温速度：200℃/分；
-SN
53
CT扫描
-
通过3D-µCT检测BGA焊点的裂纹, 获得裂纹的3维尺寸
F
F
-SN
54
- SAM和X-Ray的比较
X-Ray检查
F 超声波显微镜(SAM)检查
F
可以非常清晰地检查出样品内 部线路（如图中的集成电路引 线框、中心芯片以及二者之间 引线）结构，分辨率较超声波 显微镜高，但无法检测出塑封 材料与芯片和引线框之间结合 部位的分层缺陷或空洞等缺陷
-SN
50
倾斜角度做无铅检测
x
F-
Fx
N x - S靠近观测管脚焊点的有开路BGA （无铅焊接）（X）
51
- 全自动缺陷识别功能
F 客户定制的全自动检测程序，自动、高速的完成产品检测
F
ok
-SN
焊点断裂 焊点错位
52
全自动完成BGA检测
BGA检测，没有使用更好的图像边缘处理技术
F
F使用图像边缘处理技术
36
B－扫描
-
F • 通过样品截面的扫描方式 FB-扫描的宽度既为样品的厚度
• 通过B-扫描可以判定： – 界面的数量
– 界面的深度 – 缺陷的深度
- S N– 作为判定材料内部深度的工具
37
C－扫描
-
F • 对样品截面的扫描
•
F–被扫描截面的厚度由门限宽度决定
–被扫描截面的深度由门限位置决定 通过C-扫描可以用来判定：
≤3inch
≤100
±10
N ±1.5
7-20
≤70
Sapphire 、GaN
≤3inch
≤100
S一般
40-50
≤10 00
Si、Glass
≤8inch
一般均可
7
OBM-90TP裂片机
-
FF
F
-
晶圆大小：≤3inch 芯片规格：≥ 0.25mm
N 分辨率： 1 μm S刀切入量： 0.01～0.3mm