封装工艺及设备
第二章 封装工艺流程
封装工艺的基本流程：
硅片减薄 芯片切割 硅片贴装 芯片互连
打码
上焊锡 切筋成形
成型技术即 （塑料封装） 去飞边毛刺
尹小田
硅片的尺寸越来越大，为了方便制 造、测试和运送过程，厚度增加。
硅片减薄 芯片切割 硅片贴装 芯片互连
成型技术即
打码 上焊锡 切筋成形
（塑料封装） 去飞边毛刺
背面减薄技术有： 磨削、研磨、干式抛光(Dry Polishing)、 化学机械抛光(chemical mechanicai polishing,CMP)、 电化学腐蚀(Electrochemical Etching)、 湿法腐蚀(Wet Etching,WE)、 等离子增强化学腐蚀(Plasma-Enhanced Chemical Etching，PECE) 常压等离子腐蚀(Atmosphere Downstream Plasma
尹小田
（4）玻璃胶粘贴法
方法：用高分子材料聚合物玻璃胶进行芯片粘贴。 工艺：先以盖印、网印、点胶的技术把胶原料涂布在基
板的芯片座中，再把芯片置于玻璃胶上粘贴。
1、多用于陶瓷封装中 2、冷却过程谨慎控制降温的速度以免造成应力破 裂
优3、点增：加可热以、得点到传无导空性隙能、，热可稳以定加性金优属良如的：、箔低、结银合应力、 低湿气含量的芯片粘贴；
尹小田
4、芯片互连
硅片减薄 芯片切割 硅片贴装 芯 切筋成形
（塑料封装） 去飞边毛刺
定义：把电子外壳的I/O引线或基板上的金线焊区与芯片的 焊区相连。
涂布合适的厚度和轮廓的芯片焊盘上进行固化。
1、各向同性材料。
不精确会怎样？
2、导电硅橡胶。
3、各向异性导电聚合物。 导电胶的缺点：热稳定性不好、高温时容易劣化和引发导 目电用的胶于导是中高电：有可胶改机靠中善物度填胶气要充的体求银导充的颗热分封粒性泄装或，漏。银增而薄强降片散低，热产因能品此力的都。 可是靠是度导，电因的此。不
封装工艺流程简介 (3)
设备:
封装工艺流程简介
Tape and reel 编带
设备:
描述:
使用卷带包装设备，将单 颗产品用编带材料（卷带+盖 带）进行打卷包装。
封装工艺流程简介
Packing 包装
描述:
通过捆绑/包装以确 保产品在操作,运输的过 程中不受湿气, ESD的侵 袭,同时也确保产品在运 输过程中不受损伤。
封装工艺流程简介
2016-Jan-1
封装工艺流程简介
FOL
IQA SMT Pre-bake
基板收取Βιβλιοθήκη 来料检验IQA表面贴装* 可选 基板烘烤
Taping BG W/M
De-tape
D/S
2/O Fail
QA Pass
DA
DAC
Plasma
圆片收取 来料检验 贴保护膜 背部研磨 圆片装载 去掉保护膜
芯片切割 第二次光学检查
封装工艺流程简介
Baking 烘烤
描述:
PCB需要在做DA之 前做一下烘烤，以去 除PCB中的水分，提高 产品的可靠性能。
设备:
N2以防止PCB氧化
N2 inlet
Carrier Carrier
Outlet
125oC
封装工艺流程简介
Die Attach 装片
描述:
利用银浆或Film的 粘性将切割好的好的 晶粒吸取并粘贴于基 板上,以便于后制程作 业。
等离子清洗示意图
封装工艺流程简介
MD 包封
描述:
将前道完成后的产品 ，使用塑封料把芯片 塑封起来,免受外力损 坏。同时加强器件的 物理特性便于使用。
设备:
封装工艺流程简介
PMC 包封后烘
半导体激光器封装工艺与设备
激光器封装后不同温度下可靠性 测试与分析。
直流稳压电源
冷水机（温控）
老化台
封装工艺与设备-测试
主要用途：
单管和裸管芯（结合探针台）P-IV曲线、光谱及远场发散角测量。
半导体激光器光电参数测试系统
P-I-V
光谱
远场发散角
封装工艺与设备-封帽
主要用途：
不同型号TO管封帽。
封帽机
Thanks！
半导体激光器封装工艺与设备
半导体激光器的优点与应用
优点：
波长范围宽（400 ~ 1550nm）；
体积小、寿命长、重量轻，便于集成； 可直接进行高频电流调制； 电光转换效率高（接近50%）。
应用：
光纤通信、激光指示、激光打印、 激光打标、激光测距、激光医疗等。
封装工艺流程简介
原料准备
老化前测试
老化
清洗、蒸镀
目检
老化后测试
共晶贴片
焊引线
封帽
烧结
金丝球焊
包装入库
封装工艺与设备-清洗
超纯水机
烘箱
全玻璃钢通风柜 （耐酸碱） 超声波清洗机
化学试剂（无水乙醇、丙酮、 三氯乙烯、磷酸、硝酸等）
主要用途：热沉、管座、陶瓷片及芯片盒清洗。
封装工艺与设备-蒸镀
焊料
软 焊 料 ： 焊 接 应 力 小 ， 如 纯 I n ， 适 用 于 热 膨 胀 系 数 (Coefficient of thermal expansion，CTE)与芯片差别较大的热 沉材料；
硬焊料：有较大的焊接应力，具有良好抗疲劳性和导热性，
如Au80Sn20焊片，适用于CTE与芯片差别较小的热沉材料。
热沉
选择要求：热导率高、不易污染、易加工、易研磨、易烧 焊、热膨胀系数与芯片匹配，如无氧铜、AlN和CuW等。
半导体封装制程及其设备介绍
Solder paste
Die Prepare(芯片预处理) To Grind the wafer to target thickness then separate to single chip
---包括来片目检(Wafer Incoming), 贴膜(Wafer Tape),磨片(Back Grind),剥膜(Detape),贴片(Wafer Mount),切割(Wafer Saw)等系列工序,使芯片达到工艺所要求的形状,厚度和尺寸,并经过芯片目 检(DVI)检测出所有由于芯片生产,分类或处理不当造成的废品.
B Wafer roughness Measurement 粗糙度测量仪 主要为光学反射式粗糙度测量方式；
4.Grinding 配套设备
A Taping 贴膜机 B Detaping 揭膜机 C Wafer Mounter 贴膜机
Wafer Taping -- Nitto DR300II
Alignment
1.27, 0.762 mm (50, 30miles)
Ceramic 2, 4 direction lead
20~80
Ceramic
1.27,1.016, 0.762 mm (50, 40, 30
miles)
20~40
大家应该也有点累了，稍作休息
大家有疑问的，可以询问和交流
Surface Mount
半导体设备供应商介绍-前道部分
半导体设备供应商介绍-前道部分
常用术语介绍
1. SOP-Standard Operation Procedure 标准操作手册 2. WI – Working Instruction 作业指导书 3. PM – Preventive Maintenance 预防性维护 4. FMEA- Failure Mode Effect Analysis 失效模式影响分析 5. SPC- Statistical Process Control 统计制程控制 6. DOE- Design Of Experiment 工程试验设计 7. IQC/OQC-Incoming/Outing Quality Control 来料/出货质量检验 8. MTBA/MTBF-Mean Time between assist/Failure 平均无故障工作时间 9. CPK-品质参数 10. UPH-Units Per Hour 每小时产出 11. QC 7 Tools ( Quality Control 品管七工具 ) 12. OCAP ( Out of Control Action Plan 异常改善计划 ) 13. 8D ( 问题解决八大步骤 ) 14. ECN Engineering Change Notice ( 制程变更通知 ) 15. ISO9001， 14001 – 质量管理体系
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。
led封装工艺流程及使用到的设备
led封装工艺流程及使用到的设备下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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微组装技术简述及工艺流程及设备
2.优点——MCM技术有以下主要优点。
1）使电路组装更加高密度化，进一步实现整机 的小型化和轻量化。与同样功能的SMT组装 电路相比，通常MCM的重量可减轻 80%~90%，其尺寸减小70~80%。在军事应 用领域，MCM的小型化和轻量化效果更为明 显，采用MCM技术可使导弹体积缩小90%以 上，重量可减轻80%以上。卫星微波通信系 统中采用MCM技术制作的T/R组件，其体积 仅为原来的1/10~1/20。
3)淀积型MCM（MCM-D，其中D是“淀积”的英 文名Deposition 的第一个字母），系采用高密度 薄膜多层布线基板构成的多芯片组件。其主要特 点是布线密度和组装效率高，具有良好的传输特 性、频率特性和稳定性.
4)混合型MCM-H（MCM-C/D和MCM-L/D，其中 英文字母C、D、L的含义与上述相同），系采用 高密度混合型多层基板构成的多芯片组件。这是 一种高级类型的多芯片组件，具有最佳的性能/价 格比、组装密度高、噪声和布线延迟均比其它类 型MCM小等特点。这是由于混合多层基板结合了 不同的多层基板工艺技术，发挥了各自长处的缘 故。特别适用于巨型、高速计算机系统、高速数 字通信系统、高速信号处理系统以及笔记本型计 算机子系统。
2)厚膜陶瓷型MCM（MCM-C，其中C是“陶瓷 ”的英文名Ceramic的第一个字母），系采用 高密度厚膜多层布线基板或高密度共烧陶瓷 多层基板构成的多芯片组件。其主要特点是 布线密度较高，制造成本适中，能耐受较恶 劣的使用环境，其可靠性较高，特别是采用 低温共烧陶瓷多层基板构成的MCM-C，还 易于在多层基板中埋置元器件，进一步缩小 体积，构成多功能微电子组件。MCM-C主 要应用于30~50MHz的高可靠中高档产品。 包括汽车电子及中高档计算机和数字通信领 域。
功率器件封装工艺流程
功率器件封装工艺流程1. 材料准备：首先需要准备封装所需的材料，包括基板、封装胶、金属线等。
2. 基板处理：将基板进行清洗、腐蚀处理和表面处理，以确保封装胶能够牢固粘附在其上。
3. 封装胶涂覆：将封装胶均匀涂覆在基板上，并将器件放置在适当位置。
4. 热压封装：使用恰当的温度和压力，对封装胶进行热压，使其粘结在基板和器件上。
5. 金属线焊接：使用焊接工艺，将金属线连接到器件上，以实现电气连接。
6. 封装测试：对封装完的器件进行测试，包括外观检查、性能测试、耐压测试等。
7. 包装：符合要求的器件进行包装封装，以便运输和保护。
值得注意的是，不同类型的功率器件可能有不同的封装工艺流程，其中的一些步骤可能会有所变化。
此外，每一步骤中的具体工艺要求也会有所不同，需要根据实际情况进行调整。
在进行功率器件封装工艺时，需要严格按照相关要求和标准进行操作，以确保封装质量和产品性能。
功率器件封装工艺对于电子设备的性能和稳定性具有重要影响，因此在整个封装过程中，需要严格控制每一个环节，以确保封装质量和产品性能。
以下是对功率器件封装工艺流程的更详细的描述：1. 材料准备：在进行功率器件封装之前，需要先准备封装所需的材料，其中包括基板、封装胶、金属线、封装框架等。
这些材料需要符合相关的规范和标准，以确保封装后的器件能够满足性能和可靠性要求。
2. 基板处理：在进行封装之前，需要对基板进行清洗、腐蚀处理和表面处理。
清洗能够去除基板表面的污物和杂质，腐蚀处理能够增强基板表面的粗糙度，从而改善封装胶的粘结性能，表面处理可以提高基板的表面粗糙度和粘附性。
3. 封装胶涂覆：将封装胶均匀地涂覆在基板上，以确保封装胶能够完全覆盖器件。
这个步骤需要严格控制涂覆厚度和均匀性，以保证器件封装后的外观和性能。
4. 热压封装：在封装胶涂覆完成后，接下来是热压封装的步骤。
通过加热和施加一定的压力，使封装胶在基板和器件上形成良好的粘结，以确保器件在使用中不会出现脱落或漏胶等问题。
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分辨率 μm
较高
性能 精度 线宽 μm μm
较高 较窄
样品要求
切深 μm
样品材料
样品 大小
样品 厚度μm
浅
GaAs、 InP
≤4inch
≤100
钻石刀 划片机
一般
一般 较窄
浅
Sapphir e、GaN
≤3inch
≤100
激光 划片机
砂轮 划片机
高 一般
高
窄
较深
Sapphir e、GaN
≤3inch
≤100
56
JSM-6390性能参数
最大放大倍数
300，000 ×
高真空分辨率
加速电压
分辨率
30 kV
3.0nm
15 kV
8.0nm
1 kV
15nm
57
JSM-6390实拍示例
58
JSM-6390工作模式
工作模式： 模式比较：
△ 二次电子像模式 △ 背散射电子像模式
主要利用 分辨率
二次电子像 形貌衬度 高
Chip
4. 凸点光刻
solder ball after reflow
Chip
5. 电镀焊料
Chip
Chip
6. 去除光刻胶 7. 去除凸点外底金属
电镀焊料凸点工艺流程
Chip
8. 回流
25
电镀凸点工艺样品示例
PCB上不同尺寸倒装焊样品 在软质底板上倒装焊
26
实验室现有引线键合设备
WEST·BOND 747677E
2.1. 对准
Step
CCD OPTICS
重复步骤1-4 42
两种压印方式比较
43
纳米压印技术应用
交叉悬臂结构和功能
磁存储器 存储密度400Gbits/in2
44
第三部分 扫描电镜（SEM）
45
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（Scanning Electron Microscope），简 称SEM。
楔焊过程
21
常用引线键合方式——球焊
金丝成球（高压电火花） 焊区活性化（加热加压加超声） 接触形成球焊 劈刀移到二焊处二焊焊接（加热加压加超声） 形成二焊
球焊过程
22
倒装焊（Flip Chip Bonding）
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 的方法。
手动 半自动
超声键合（楔焊）－铝丝和 铝合金丝
全自动
热超声键合（球焊） －金丝
热超声键合可降低热压温度、提高键合强度，有利于 器件可靠性，成为引线键合的主流键合方式。目前， 生产线上的键合机90％都是采用热超声键合工艺的 全自动金丝球焊机。
20
常用引线键合方式——楔焊
劈刀移至一焊处 一焊焊接（加压加超声） 劈刀抬起 劈刀移到二焊处 二焊焊接（加压加超声） 形成二焊
工艺上： 对准要细致认真
12
OBM-90TP裂片机
F
晶圆大小：≤3inch 芯片规格：≥ 0.25mm 分辨率： 1 μm
刀切入量： 0.01～0.3mm
裂片刀
13
裂片机使用注意事项
裂片机：
除放片外严禁将手伸入设备内部 裂片时请关上设备门
工艺上：
对准要细致认真，尽量平行 根据管芯大小，改变裂片槽的宽度 根据样品厚度，调整好切入量
放大倍数
l 在显像管中电子束在荧光屏上最大扫描距离 和电子束在试样上最大
扫描距离L的比值，即
M
=l L
通过调节扫描线圈上的电流来改变放大倍数。
放大倍数与扫描面积的关系 (若荧光屏画面面积为10×10cm2)：
放大倍数
扫描面积
10×
(1cm)2
100×
(1mm)2
1,000×
(100μm)2
10,000×
39
纳米压印过程——热压印
对准
接近
加热晶圆和印章
T ℃
加压 -- > 印出图形
冷却印章
去除压力
T
脱模
℃
若完成，冷却晶圆
P
Wafer
40
纳米压印过程—— 紫外压印 (UV-NIL)
对准 涂胶 接近 加压 -- >印出图形 紫外固化 去除压力 脱模
P
Wafer
41
纳米压印过程——
紫外压印（步进闪光）
过程：凸点制作和倒装装配
Solder Bump
Chip Substrate
23
引线键合和倒装芯片键合比较
倒装芯片技术 引线键合技术
精度高 形成的混合集成芯 片占用体积小 优 点 I/O密度高
互连线短
技术成熟 工艺简单 成本低廉 适用性强
引线寄生参数小
缺 点
晶片凸点的制作问 题
I/O数目的限制
设备昂贵成本较大
36
键合工艺检测手段
引线键合：
键合拉力测试 键合剪切力测试
倒装键合：
芯片剪切力测试 X-Ray检测仪
37
纳米压印技术简介
38
什么是纳米压印
纳米压印是一种全新的纳米图形复制方 法，需要通过压模制备、压印过程和图形转 移这三个过程。
分类： 热压印 紫外压印
优点：
高分辨率 高产量 低成本
缺点：
印章制作成本高 易产生孔隙 脱模不完全（热压） 压模机械损伤大（热压）
24
常用焊料凸点的制作方法：电镀
Passivation Al contact pad
UBM
Chip
1. 钝化和金属化晶片
Chip
2. 金属层溅射
Mushrooming
Electroplated solder bump
Thick photoresist film
Chip
3. 涂敷光刻胶
PR opening
29
实验室现有倒装键合设备
FC150倒装焊机
特点：
应用：
焊后精度：±1μm
倒装焊
最大压力：100KG
回流
最高温度：450℃
纳米压印
芯片尺寸：0.2-40 mm
衬底尺寸：1-150 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
32
chip tray & cassette substrate tray & cassette
Chuck tool
Arm tool
33
FC150工作过程
上影 像
双层影 像 下影 像
键合臂上 的上器件 对准标记 或 器件特征 Chuck上
的 下器件
Step 1
用键合臂吸起上器件（正面朝
下）
下器件置于下面 chuck上 移动上显微镜观察 (蓝色), 将上
9
激光划片机性能
精度高，±1.5μm （50mm行程内）； 重复精度1μm
切割线宽窄,标准线宽5μm 速度快，5片/小时（基于 350μm×350μm的晶粒，
2inchWafer）
有光学寻边功能，可防止划切样品台 带背面对准功能（适于背镀铝和粗化工艺的GaN片 ）
10
划片机性能比较
设备
GaAs 解理机
(10μm)2
100,000×
(1μm)2
49
SEM性能参数
分辨率 定义：
把刚好能分辨屏幕上两个点光源像时的两个点光源之 间的距离称为显微镜的分辨率。
影响因素：
△ 初级束斑：分辨率不可能小于初级束斑 △ 入射电子在样品中的散射效应 △ 信噪比
50
SEM性能参数
景深
是指焦点前后的一个距离范围，该范围内所有物 点所成的图像符合分辨率要求，可以成清晰的 像，即景深是可以被看清的距离范围。
D
=
d0
tan α c
临界分辨本领 = 电子束入射半角
αo一般为1mrad
故：景深为最小可分辨的1000倍
51
SEM分类
热电子发射SEM（钨灯丝或六硼化镧） 场发射SEM
钨灯丝
六硼化镧单晶
场发射尖端（钨单晶）
52
JSM-6390结构
真空柱 成像系统 样品室
真空泵
电子枪
电子束系统
（1）真空系统
（真空柱+真空泵）
用途 ◆ 观察样品表面形貌； ◆ 配置附件，做样品分析。
46
SEM 原理
电子与物质的相互作用
产生信号类型
信号发生区域
47
SEM 的特点
光学显微镜
扫描电镜
放大倍数 分辨率 景深 用途
小 （×1，000） 低 小 形貌观察
大（ × 30万） 高（3nm） 大（大几百倍） 形貌观察 样品分析
48
SEM性能参数
封装工艺培训
黄宏娟 李晓伟 纳米加工公共平台
1
主要内容
划片/裂片原理及设备 引线键合/倒装键合/纳米压印 扫描电镜原理及设备
2
封装流程
以GaN LED封装为例：
划片、裂片 分捡
管芯粘贴 （烘烤/回流） 引线键合
倒装键合
封帽
测试
3
第一部分 划片和裂片工艺
4
划片简介
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。 裂片：将切割一定深度后的晶圆，用裂片机（裂 片刀）从切割道处裂开。
信噪比高
背散射电子像 成分衬度 较差 信噪比低
59
SEM 样品处理
扫描电镜样品制备的主要要求是： 无污染、无挥发性； 样品干燥； 导电性处理（JFC1600喷金仪）