装配与封装.ppt

装配与封装 在芯片测试完成以后，将性能良好的芯片装配到集成电路管壳中的过程。最终装配和封装在集成电路后道工序中是两个截然不同的过程。装配是指将从硅片上分离出来的好的芯片用细线将芯片表面的金属压点和提供的引线框架内端互连起来。封装是指将芯片封在一个保护管壳内。传统装配与封装传统装配与封装对于所有芯片，集成电路封装有4个重要功能。1、保护芯片以免由环境和专递引起损坏。2、为芯片的信号输入和输出提供互连。3、芯片的物理支撑。4、散热。典型的集成电路封装形式封装层次 对于电子元件有两种不同的封装层次，本章讲的芯片的装配与封装被称为第一级封装。第二级封装是将集成电路块装配到具有元件和连接的系统中，主要是指将集成电路块焊在印刷版上。集成电路封装层次传统封装 由于制造的大部分成本已经花在芯片上，因此最终装配过程成品率是至关重要的。转统的装配由4步构造：背面减薄 分片 装架 引线键合1：背面减薄n在前端制造过程中，为了使破损降到最小，大直径硅片相应厚些，然而在装配开始前必须被减薄，较薄的硅片更容易划成小芯片并改善散热，有益于在薄ULSI装配中减少热应力，也减小了集成电路管壳的外形尺寸和重量。n使用全自动化机械进行背面减薄，背面减薄被精细地控制，使引入到硅片的应力降到最低，在某些情况下，在背面减薄后再淀积金属，用于改善到底座的电导率。背面减薄示意图2：分片n使用金刚石刀刃的划片锯把每个芯片从硅片上切下来。在划片前，将硅片从片架上取出并按正确的方向放到一个固定在刚性框架的粘膜上，该粘膜保持硅片完整直到所有芯片被划成小块。硅片被传输到带有去离子水喷淋的圆锯，然后用25um厚的金刚石锯刃，在x和y方向分别划片，用去离子水冲洗硅片以去除划片产生的硅浆残渣，而每个单独芯片由背面粘膜支撑。锯通常沿划片线切透硅片的90%100%。硅片锯和被划片硅片3：装架n分片后，硅片被移到装架操作，在装架时，每个好的芯片从粘附的背面被分别挑出来，粘贴到底座或引线架上。芯片粘结使用下列技术之一将芯片粘结在引线架上或基座上：环氧树脂粘贴 共晶焊粘贴 玻璃焊料粘贴环氧树脂粘贴n环氧树脂是将芯片粘贴到引线框架或基座上最常用的方法。环氧树脂被滴在引线框架或基座的中心，芯片贴片工具将芯片背面放在环氧树脂上，接下来是加热循环以固化环氧树脂。共晶焊粘贴n共晶：使熔点降至最低的熔态混合n使用共晶焊粘贴片在减薄后的硅片背面淀积一层金，然后用合金方式粘接到基座上，基座通常或是引线框架或是陶瓷基座。典型地，基座有一个金或银的金属化表面，当加热到420约6分钟，它略高于Au-Si共晶温度，这种方法在芯片和引线框架之间形成共晶合金互连，共晶贴片提供了良好的热通路和机械强度。Au-Si共晶贴片玻璃焊料粘贴n玻璃焊料由银和悬浮在有机媒介中的玻璃颗粒组成，习惯上将芯片不经过金属化而直接粘贴在三氧化二铝陶瓷底座上以实现密封。密封是保护硅器件免受外部环境的影响，特别是潮气和玷污，用在玻璃焊料中的银和玻璃在固化过程中变软，并构成对陶瓷具有良好导热的焊接。4：引线键合n引线键合是将芯片表面的铝压点和引线框架或基座上的电极内端进行电连接最常用的办法。将细线从芯片的压点键合到引线框架上电极内端压点，每秒能压多个压点。键合线或是金或是铝线，因为它在芯片压点和引线框架内端压点都形成良好的键合，引线直径通常是25到75微米之间。从芯片压点到引线框架的引线键合根据在引线端点工艺中使用的能量类型，引线键合分为以下三种：热压键合 超声键合 热超声球键合热压键合 在热压键合（楔压键合）中，热能和压力被分别作用到芯片压点和引线框内端电极以形成金线键合。一种被称为毛细管劈刀的键合机械装置，将引线定位在被加热的芯片压点并施加压力，然后劈刀移动到引线框架内端电极，同时输送附加引线，在那里用同样的方法形成一个键合点，这种引线键合工艺重复进行，直到所有芯片压点都被键合到它们的引线框架内端电极柱上。热压键合超声键合n超声键合以超声能和压力作为构成引线和压点的方式为基础，它能在不同和相同的金属间形成键合。通过在毛细管劈刀底部的孔输送引线并定位在芯片压点上方，细管针尖施加压力并快速机械振动摩擦，以形成冶金键合，一旦键合形成，工具移动到引线框架内端电极压点，形成键合，并将引线扯断。超声波键合顺序热超声球键合n热超声键合是一种结合超声振动、热和压力形成键合的技术，被称为球键合。热超声键合也有一个毛细管劈刀，由碳化钨或陶瓷材料制成，它通过中心的孔竖直输送Au丝。伸出的细丝用小火焰或电容放电火花加热，引起线熔化并在针尖形成一个球，超声能和压力将金丝键合在芯片压点上，球键合完成后，键合机移动到基座内端电极压点并形成热压的楔压键合，然后将引线拉断。热超声球键合引线键合质量测试 保证质量的两个主要的方法是目检和拉力测试。目测是通过看楔压或球并验证已形成良好的键合点来进行的，例如，热压键合在劈刀尖超声振动处应该有一平坦区，对于球键合，由于施加压力，球有形变，但是过分的形变是不能接受的。拉力测试提供了引线键合质量的定量评价，拉力测试测量单个键合点的强度并标出键合失效的地方。引线键合拉力测试传统封装n封装就是为了保护芯片免受环境中潮气和玷污的影响及传运时的损坏。n在半导体产业的早期金属壳封装是普遍的，芯片被粘贴在基座的中心，并用引线键合到管脚上，在管脚的周围形成玻璃密封，一个金属盖被焊到基座上以形成密封。封 装n最广泛使用的封装技术是：塑料封装 陶瓷封装n塑料封装 塑料封装使用环氧树脂聚合物将已完成引线键合的芯片和模块化工艺的引线框架完全包封。主要益处是材料成本低、重量轻、稳定不变形，吸潮少。塑料封装的种类n双列直插封装（DIP）两列插孔式管脚向下弯，穿过电路板上的孔。n 单列直插封装(SIP)用以减小集成电路组件本体占据电路板的空间双列直插封装 单列直插封装 n四边形扁平封装(QFP)是一种在外壳四边都有高密度分布的管脚组件。n薄小型封装(TSOP)广泛用于存储器和智能卡，常被贴在双列存储器模块上。陶瓷封装n陶瓷封装被用于集成电路封装，特别是目前应用与要求气密性好、高可靠性或者大功率的情况。终 测n所有装配和封装芯片都要进行最终电测试以确保集成电路质量。集成电路芯片处理器要在自动测试设备上进行单个芯片测试，集成电路处理器迅速将每个集成电路插入测试仪的电接触孔，使管壳上的管脚实现电接触以便进行电学测试，测试完成后，集成电路处理器将集成电路移回到最终发货包装体中。先进的装配与封装 更低成本、更可靠、更快及高密度的电路是集成电路封装追求的目标，在未来，将通过增加芯片密度并减少内部互连数来满足。具有更少互连的封装与减少失效点、减小电路电阻、潜在缩短电路长度及减少内电极电容，都可能影响电性能。先进先进的装配与封装包括：倒装芯片 球栅阵列 板上芯片 多芯片模块倒装芯片n倒装芯片是将芯片的有源面面向基座的粘贴封装技术（即把带有凸点的芯片反转，将有源面向下放置）。这是目前从芯片器件到基座之间最短经的一种封装方式，为高速信号提供了良好的电连接。由于它不使用引线框架或塑料管壳，所以重量和外形尺寸也有所减小。倒装芯片使用的凸点通常是5%Sn和95%Pb组成的锡铅焊料，采用铅是因为在这种凸点应用中它的可靠性增加。最常用的焊料凸点工艺被称为C4（可调整芯片支撑的工艺）。倒装芯片封装硅片压点上的C4焊料凸点n倒装芯片使用的凸点通常是5%Sn和95%Pb组成的锡铅焊料，采用铅是因为在这种凸点应用中它的可靠性增加。最常用的焊料凸点工艺被称为C4（可调整芯片支撑的工艺）。球栅阵列（BGA）n球栅阵列（BGA）是由陶瓷或塑料的基座组成，基座具有用于连接基座与电路板的共晶Sn/Pb焊料球的面阵列。板上芯片（COB）n板上芯片（COB）工艺被开发以将集成电路芯片直接固到基座上，也被称为直接芯片粘贴。使用标准粘贴工艺将芯片环氧树脂粘贴并用引线键合到基座上，在芯片周围没有管壳，环氧树脂直接覆盖。多芯片模块（MCM）n多芯片模块（MCM）是一种将几个芯片固定在同一基座上的封装形式，这种固定允许在基座材料上更高的硅芯片密度。最常用的基座是陶瓷或先进的具有高芯片密度的印刷电路板，MCM封装设计通过在减小总封装尺寸和重量同时减小电路电阻和寄生电容，增强电性能。n1、给出集成电路制造工艺后到工序的名字。n2、简述集成电路最终装配与封装n3、列出传统装配的4个步骤n4、列出三种芯片键合方式n5、列出最广泛使用的传统集成电路封装材料n6、列出典型的4种塑料封装形式