圆片级封装的凸点制作
BGA
• 引线键合：粘接固化后用金丝球焊机将IC芯片上的焊 区与基板上的镀Ni-Au的焊区以金线相连；
• 模塑封装：用填有石英粉的环氧树脂模塑料进行模塑 包封，以保护芯片、焊接线和焊盘；
➢BGA封装工艺流程
• 倒装焊接
特点：倒装焊技术克服了引线键合焊盘中心距极限的问题； 在芯片的电源／地线分布设计上提供了更多的便利； 为高频率、大功率器件提供更完善的信号。
优点：焊点牢固、信号传输路径短、电源／地分布、I／O 密度高、封装体尺寸小、可靠性高等
缺点：由于凸点的制备是在前工序完成的，因而成本较高。
倒装焊的凸点是在圆片上形成的。在整个加工过程中，工 艺处理的是以圆片、芯片和基片方式进行的，它不是单点 操作，因而处理效率较高。
第二章 BGA 封装技术
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BGA简介 BGA分类 BGA工艺流程
Contents
❖ BGA技术简介 BGA（Ball Grid Array）封装，即球栅阵列 （或焊球阵列）封装； 其外引线为焊球或焊凸点，它们成阵列分布 于封装基板的底部平面上 在基板上面装配大规模集成电路（LSI）芯 片，是LSI芯片的一种表面组装封装类型。
基板。HITCE-high thermal coefficient of expansion
②封装工艺流程
圆片凸点的制备→圆片切割→芯片倒装及回流焊→ 底部填充→导热脂、密封焊料的分配→封盖→装配 焊料球→回流焊→打标→分离→最终检查→测试→ 包装
焊球材料为低熔点共晶焊料合金63Sn37Pb，直径约1mm ，间距范围1.27-2.54mm，焊球与封装体底部的连接不需要 另外使用焊料。组装时焊球熔融，与PCB表面焊盘接合在一 起，呈现桶状。
集成电路电子芯片封装工艺
集成电路电子芯片封装工艺摘要：集成电路电子芯片封装，不同的处理设备就有不同的处理芯片，芯片是电子设备的核心，其设计、制造、封装、测试等过程对芯片有很大影响。
本文从芯片的封装工艺，以及这些封装技术的特点入手，对集成电路电子芯片的发展形势和封装工艺作相关探讨。
关键词：集成电路芯片封装CSP工艺集成电路是电子产品的主要构件，对电子产品质量和性能有很大影响，集成电路的产业包括集成电路设计、晶圆制造、晶圆测试、封装制造及成品测试，产品应用、开发及信息服务等。
集成电路封装主要体现在计算机领域。
集成电路的封装是指安装半导体集成电路芯片时用的外壳，不仅可以固定、安放、密封、保护芯片，还可以链接外部电路沟通芯片。
芯片封装技术的发展，从DIP、QFP和PFP、PGA、BGA、CSP到MCM等，越来越先进，适用频率也越来越高，耐温性能更是越来越好。
引脚数量越来越多，引脚间距也越来越小，质量也是越来越轻，可靠性更是越来越高。
1.芯片封装技术概况自从1948年晶体管的发明以及1958年半导体集成电路的出现，半导体封装在结构上经历了TO-DlP-LCC-QFP-BGA的发展历程。
到了20世纪90年代，随着半导体工业的飞速发展，芯片的功能越来越强，需要的外引脚数也不断增加，封装体积也不断增大，在这种背景下，日本富士通公司提出了一种超薄型封装形式，其封装外壳的尺寸不超过裸芯片尺寸的1.2倍，它主要由IC裸芯片和布线垫片所组成，取名叫芯片级封装（CSP：Chip Scale Package）。
随着民用便携式电子装备以及军用整机系统在小型化和轻量化方面的要求越来越高，像CSP这样的小型封装的需求显得十分迫切。
芯片级封装（Chip Scale Package）或者叫芯片尺寸封装（Chip Size Package）实现了封装面积接近于芯片面积的程度。
它的概念是基于1992年日本富士通公司所提出的，即封装的尺寸不超过裸芯片尺寸的1.2倍的封装。
晶圆级芯片规模封装——微型表面贴装元器件
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｔ ｅ ｐ ｐ ｒｏ ｔ ｎ ｓＮａ ｉ ｎ ｌ ｅ ｃ ｎ ｕ ｔ ｒ ｏ ｃ ｐ ｆ ｆ ｒｌｖ ｌ ｈ ｐ ｓ ａ ｅｐ ｃ ａ ｅ ａｓ ｓｒ ｃ ： ｈ ａ ｅ ｕ ｌ ｅ ｔ ａ ｍｉ ｏ ｄ ｃｏ ’ ｃ ｎ ｅ ｔｏ ｅ ｅ ｃ ｉ ｃ ｌ ａ ｋ ｇ … ｌｏ ｉ ｏ Ｓ Ｓ ｗａ ｅ ｋ ｏ ｓ ｍ ｉｒ Ｓ Ｄ． ｈ ｅ ｐ ｃ ａ ｉ ｇ ｔｃ ｎ ｌ ｇ ａ ｅ ｎ ｄ ｍｏ ｓ ａ ｅ ｓｎ ｎ ８ Ｉ ｐ ｃ ａ ｅ ｎ ｗｎｉ ｃ ｏ Ｍ ａ Ｔ ｅ ｎ ｗ ａ ｋ ｇ ｎ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｈ ｓ ｂ ｅ ｅ ｎ ｔ ｔｄ ｕ ｉ ｇ ａ ／ ｒ Ｏ ａ ｋ ｇ ｗｉ ．ｍｍ ｕ ｉ ｈ ａ ｄ ｉ ｅ ｌ ｉ ｒ ｄ ｆ ｒｌ ｗ ｉ ｏ ｎ ｎ ｌ ｇ ａ ｄ ｗｉｅｅ ｓ ｄ ｖ ｃ ｓ Ｐ ｏ ｕ ｔ ｔ ０５ ｈ ｂ ｍｐ ｐ ｔ ， ｎ ｉ ａ ｌ ｔ ｌ ｅ ｏ ｏ ｐ ｎ ｃ ｕ ｔａ ａｏ ｎ ｒ ｌ ｓ ｅ ｉ ｅ ． ｒ ｄ ｃ ｃ ｓｄ ｙ ａ ｏ
１ 引 言
芯 片规 模 封 装 （ Ｓ ） 改 变 了集 成 电路 的 设 ＣＰ 已
端 工 艺进 行封 装 。此 传 统工艺 方法 虽然 使用 后端 设
施 运作 良好， 但是不 能转变为最节省成本 的封装方案 。
近 来 已出现 较 新 的趋 势 ， 是 驱 使封 装 向芯 片 就 尺 寸 方 向的 微缩 ， 封装 在 切 片之 前 直 接 在 晶 圆片 上
构 、 艺流程 及封 装 可 靠性 ， 阐述 了板 级 组装 工 艺过 程 和 互连 可 靠性 。 工 并
关 键 词 ： 片 规模 封装 ； Ｐ组装 ； Ｓ 芯 ＣＳ Ｃ Ｐ返修 ； 装 可 靠性 ； 封 晶圆级 封 装 技术
第13章-先进封装技术PPT课件
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PBGA示意图
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PBGA的主要优点
❖ 成本低，易加工； ❖ 缺陷低； ❖ 装配到PCB上质量高。
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2.陶瓷球栅阵列 CBGA工艺
❖ CBGA载体用材料：陶瓷多层载体； ❖ 芯片连接到陶瓷载体上表面； ❖ 采用90Pb/10Sn焊料球（300℃时发生熔化），以
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BGA定义：
➢ BGA(Ball Grid Array）球栅阵列，它是在基 板的背面按阵列方式制作出球形凸点用以代 替引脚，在基板的正面装配IC芯片，是多引 脚LSI芯片封装用的一种表面贴装型技术。
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BGA可以使芯片做的更小
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BGA的特点主要有：
❖ (1)I/O引线间距大(如1.27毫米)，可容纳的I/O数目 大 ；例如，引脚中心距为1.5mm的360引脚BGA仅 为31mm见方；而引脚中心距为0.5mm的QFP 280 引脚，边长为32mm.
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13.2 CSP技术
❖ BGA的兴起和发展尽管解决了QFP面临的困难。但 它仍然不能满足电子产品向更加小型、更多功能、 更高可靠性对电路组件的要求，也不能满足硅集成 技术发展和对进一步提高封装效率和进一步接近芯 片本征传输速率的要求，所以更新的封装CSP(Chip Size Package．芯片尺寸封装)又出现了。
❖ 倒装芯片之所以被称为“倒装”，是相对于传统的 金属线键合连接方式（Wire Bonding）与植球后 的工艺而言的。传统的通过金属线键合与基板连接 的芯片电气面朝上，而倒装芯片的电气面朝下，相 当于将 前者翻转过来，故称其为“倒装芯片”。在 圆片（Wafer） 上芯片植完球后，需要将其翻转， 送入贴片机，便于贴装，也由于这一翻转过程，而 被称为“倒装芯片”。
集成电路封装材料-光敏材料
图2-8 邻硝基苄酯型正性PSPI的光化学反应过程
分辨率高，可达1 mm，敏感度差，曝光时间长。
2.1.2 光敏绝缘介质材料类别和材料特性
2.1.2.1 光敏PI（PSPI） DNQ型正性PSPI：较好溶解性的PI和抑制溶解剂重氮萘醌磺酸酯类化 合物（DNQ）合成。光作用下， DNQ发生变化形茚酸类物质，失去 对PI的抑制剂作用，PI曝光部分溶解在碱性溶液中。反应过程2-9：
2.1.2 光敏绝缘介质材料类别和材料特性
2.1.2.1 光敏PI（PSPI） 1)负性PSPI
图2-3 负性PSPI与掩模版的对比
2.1.2 光敏绝缘介质材料类别和材料特性
2.1.2.1 光敏PI（PSPI） 1)负性PSPI 分为酯型，离子型和自感型三大类。
2.1.2 光敏绝缘介质材料类别和材料特性
2.1.2 光敏绝缘介质材料在先进封装中的应用
主要材料：光敏PI（PSPI），BCB PSPI，最大用户Intel，作为介质来制造凸点或铜柱类的微细连接再布线层。大 尺寸芯片。 BCB（陶氏化学，常用于MEMS器件WLP的介质材料）。小尺寸芯片。 OSAT，ASE，Amkor, SPIL(矽品)，星科金朋使用。 封装制造企业：TSMC，TI，Samsung Electronics，台湾晶材(Xintec)，中芯国 际（SMIC），江苏长电/江阴长电（JCET/JCAP），苏州晶方半导体科技有限 公司（苏州晶方）。
2.1.2 光敏绝缘介质材料类别和材料特性
2.1.2.1 光敏PI（PSPI） 正性PSPI分类:邻硝基苄酯型，重氮萘醌磺酸酯（DNQ）型、聚异酰 亚胺型、环丁基亚胺树脂型。
邻硝基苄酯型正性PSPI：能够在UV下重排，分解成可溶性羧酸和醛。 反应过程2-8：
BGA
BGA封装工艺流程 封装工艺流程
銅箔
功能：1.去除表面氧化物 功能：1.去除表面氧化物； 去除表面氧化物；
2.减小铜面厚度以利于 2.减小铜面厚度以利于 细线电路形成。 细线电路形成。 BT
钻孔：1.作为上下层导通的通路 钻孔：1.作为上下层导通的通路
2.定位孔、Tooling孔 2.定位孔、Tooling孔 定位孔
此外，还有CCGA（陶瓷焊柱阵列）、MBGA（金属BGA） 此外，还有CCGA（陶瓷焊柱阵列）、MBGA（金属BGA） CCGA ）、MBGA BGA FCBGA（细间距BGA或倒装BGA BGA或倒装BGA） EBGA（带散热器BGA BGA） FCBGA（细间距BGA或倒装BGA）和EBGA（带散热器BGA）等。
CCGA技术 CCGA技术
CCGA封装又称圆柱焊料载体, CBGA技术的扩展， CCGA封装又称圆柱焊料载体,是CBGA技术的扩展， 封装又称圆柱焊料载体 技术的扩展 不同之处在于采用焊球柱代替焊球作为互连基材， 不同之处在于采用焊球柱代替焊球作为互连基材，是当 器件面积大于32平方毫米时CBGA的替代产品. 器件面积大于32平方毫米时CBGA的替代产品. 32平方毫米时CBGA的替代产品
BGA的分类 BGA的分类 根据焊料球的排列方式分为： 根据焊料球的排列方式分为： • 周边型 • 交错型 • 全阵列型
根据基板不同主要有： 根据基板不同主要有： • PBGA（塑封BGA） PBGA（塑封BGA BGA） • CBGA（陶瓷BGA） CBGA（陶瓷BGA BGA） • TBGA（载带BGA） TBGA（载带BGA BGA）
在孔壁上镀铜，导通上下层通路 在孔壁上镀铜，
线路形成： 线路形成：
电子封装制造技术基础
1.封装的定义，作用，层次P2:电子封装指的是从电路设计的完成开始，根据电路图，将裸芯片、陶瓷、金属、有机物等物质制造成芯片、元件、板卡、电路板、最终组装成电子产品的整个过程。
P2：在半导体元器件制造过程中，有前道工序和后道工序之分。
二者以硅圆片切分成晶片为界，在此之前为前道工序，在此之后为后道工序。
所谓前道工序是从整块硅圆片入手，经过多次重复的制膜、氧化、扩散，包括照相制版和光刻等工序，制成三极管、集成电路等半导体元件及电路等，开发材料的电子功能，以实现所要求的元器件特征。
所谓后道工序时从由硅圆片切分好的一个一个的小圆片入手，进行装片、固定、键合连接、塑料灌封、引出接线端子、检查、打标等工序，制作成器件、部件的封装体，以确保元器件的可靠性并便于与外电路连接。
（电子封装主要是在后道工序中完成）P4：电子封装的主要作用如下：A.提供给晶片电流通路；B.引入或引出晶片上的信号；C.导出晶片工作时产生的热量；D.保护和支撑晶片，防止恶劣环境对它的影响；P4封装与组装可分为零级封装（晶片级的连接）、一级封装（单晶片或多个晶片组件或元件）、二级封装（印制电路板级的封装）和三级封装（整机的组装）。
通常把零级和一级封装成为电子封装（技术），而把二级和三级封装称为电子组装（技术）。
由于导线和导电带与晶片间键合焊接技术的大量应用，一级和二级封装技术之间的界限已经模糊了。
2.基本的工艺步骤，各自的特点、基本的工艺流程P38：制造半导体集成电路器件必须经过百余道工序。
本文只简述部分主要的工艺。
主要工艺包括：氧化、化学气相沉积、光刻、制版、扩散、离子注入等。
（PS：介于书本列举工艺太多、文字太长，此doc就不一一陈述了，考试时请翻开书本第38~56面查询。
）3.WB、TAB、FC的分类，凸点的制作，C4、ACA工艺P57：WB（Wire Bonding）：引线键合是将半导体芯片焊区与电子封装外壳的I/O引线或基板上技术布线焊区用金属细丝连接起来的工艺技术。
BGA封装技术介绍
2021/7/1
TBGA技术特点 与环氧树脂PCB基板热匹配性好 最薄型BGA封装形式，有利于芯片薄型化 成本较之CBGA低 对热和湿较为敏感 芯片轻、小，自校准偏差较之其他BGA类型大 TBGA适用于高性能、多I/O引脚数场合。
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2021/7/1
带散热器的FCBGA-EBGA
FCBGA通过FCB技术与基板实现互连，与PBGA区别 在于裸芯片面朝下，发展最快的BGA类型芯片。
BGA）等。
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2021/7/1
✓ 塑料封装BGA （PBGA）
塑料封装BGA采用塑料材料和塑封工艺制作，是最常
用的BGA封装形式。 PBGA采用的基板类型为PCB基板材料（BT树脂/玻
璃层压板），裸芯片经过粘结和WB技术连接到基板顶 部及引脚框架后采用注塑成型（环氧模塑混合物）方法 实现整体塑模。
组装时焊球熔融与pcb表面焊盘接合在一起呈现桶状pbga特点制作成本低性价比高焊球参与再流焊点形成共面度要求宽松与环氧树脂基板热匹配性好装配至pcb时质量高性能好对潮气敏感popcorneffect严重可靠性存在隐患且封装高度之qfp高也是一技术挑战cbga是将裸芯片安装在陶瓷多层基板载体顶部表面形成的金属盖板用密封焊料焊接在基板上用以保护芯片引线及焊盘连接好的封装体经过气密性处理可提高其可靠性和物理保护性能cbga采用的是多层陶瓷布线基板cbga焊球材料高熔点90pb10sn共晶焊料焊球和封装体的连接使用低温共晶焊料63
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2021/7/1
❖ FC-CBGA的封装工艺流程 ① 陶瓷基板
FC-CBGA的基板是多层陶瓷基板。基板的布线密度高、 间距窄、通孔也多，基板的共面性要求较高。
主要过程是：将多层陶瓷片高温共烧成多层陶瓷金 属化基片，再在基片上制作多层金属布线，然后进行电 镀等。
半导体后封装工艺及设备_图文
Vintage : 2000
Load Lock : Narrow Body and Tilt Out
Robots (standard, HP, HP+, VHP, etc)
12寸的Endura
Varian 3290 STQ Sputtering System
SDIP24、54、64、56、QFP48 SOP、SSOP、QFP、TSOP、SSOP DIP、HDIP、
SDIP、HSOP、LQFP DIP、SOIC、MSO、TSO、PLCC、TO、SOT SD2P、SDIP、SKDIP、SIP、ZIP、FSIP、FDIP、QFP
、SOP、PLCC
AMAT
endura 5500
TSV参数 最小TSV直径 最小TSV间距 TSV深宽比
焊凸间距
芯片间距
芯片厚度
参数值 1m 2 m >20 25 m
5 m（微凸点180℃） 15 m （无铅铜焊柱260℃）
15-60 m
铜通孔中, TiN粘附/阻挡层和铜种子层都通过溅射来沉
积。然而,要实现高深宽比(AR > 4∶1)的台阶覆盖,传
Quantum Sources DC Biasable SST Heaters Digital Eurotherm Heater Controllers Recipe Controlled Heaters RF Etch Station with Heat Low Voltage Ignitor Vips Option with V250 Turbo Pump Load Lock Turbo Option with V70 Turbo Pump ECS Control System 17 Inch Touchscreen Monitor Ferro-Fluidic Coaxial Feedthru 12KW Gen II Power Supplies (Switchable to 3 or 6KW) CTi On-Board Cryo Pump with Compressor Optional CTi Water Pump ( Available upon request )
IC封装材料和方法
IC封装的材料和方法集成电路（IC）在电子学金字塔中的位置既是金字塔的尖顶又是金字塔的基座。
说它同时处在这两种位置都有很充分的根据。
从电子元器件（如晶体管）的密度这个角度上来说，IC代表了电子学的尖端。
但是IC又是一个起始点，是一种基本结构单元，是组成我们生活中大多数电子系统的基础。
同样，IC不仅仅是单块芯片或者基本电子结构，IC的种类千差万别（模拟电路、数字电路、射频电路、传感器等），因而对于封装的需求和要求也各不相同。
本文对IC封装技术做了全面的回顾，以粗线条的方式介绍了制造这些不可缺少的封装结构时用到的各种材料和工艺。
虽然IC的物理结构、应用领域、I/O数量差异很大，但是IC封装的作用和功能却差别不大，封装的目的也相当的一致。
作为“芯片的保护者”，封装起到了好几个作用，归纳起来主要有两个根本的功能：1)保护芯片，使其免受物理损伤；2)重新分布I/O，获得更易于在装配中处理的引脚节距。
封装还有其他一些次要的作用，比如提供一种更易于标准化的结构，为芯片提供散热通路，使芯片避免产生α粒子造成的软错误，以及提供一种更方便于测试和老化试验的结构。
封装还能用于多个IC的互连。
可以使用引线键合技术等标准的互连技术来直接进行互连。
或者也可用封装提供的互连通路，如混合封装技术、多芯片组件（MCM）、系统级封装（SiP）以及更广泛的系统体积小型化和互连(VSMI)概念所包含的其他方法中使用的互连通路，来间接地进行互连。
随着微电子机械系统(MEMS)器件和片上实验室（lab-on-chip）器件的不断发展，封装起到了更多的作用：如限制芯片与外界的接触、满足压差的要求以及满足化学和大气环境的要求。
人们还日益关注并积极投身于光电子封装的研究，以满足这一重要领域不断发展的要求。
最近几年人们对IC封装的重要性和不断增加的功能的看法发生了很大的转变，IC封装已经成为了和IC本身一样重要的一个领域。
这是因为在很多情况下，IC的性能受到IC封装的制约，因此，人们越来越注重发展IC封装技术以迎接新的挑战。