原材料简介

1、Wafer

2、引线框架（Lead Frame）：提供电路连接和Die的固定作用

1）主要材料为铜，会在上面进行镀银、NiPdAu等材料；

2）L/F的制程有Etch和Stamp两种；

3）易氧化，存放于氮气柜中，湿度小于40%RH;

4）除了BGA和CSP外，其他Package都会采用Lead Frame，BGA采用的是Substrate。

3、键合丝（Wire）：实现芯片和外部引线框架的电性和物理连接

4、塑封料/环氧树脂（Molding Compound）：在熔融状态下将Die和Lead Frame包裹起来，提供物理和电气保护，防止外界干扰

1）主要成分为：环氧树脂及各种添加剂（固化剂，改性剂，脱模剂，染色剂，阻燃剂等）；

2）存放条件：零下5°保存，常温下需回温24小时。

5、银浆（Epoxy）：将Die固定在Die Pad上，并提供散热和导电作用

1）成分：环氧树脂填充金属粉末（Ag）；

2）-50°以下存放，使用之前回温24小时。

 

典型的芯片封装流程

 

1、前段工艺（FOL）

1）背面减薄（Back Grinding）

将从晶圆厂出来的Wafer进行背面研磨，来减薄晶圆达到封装需要的厚度（8mils~10mils）；磨片时，需要在正面（Active Area）贴胶带保护电路区域，同时研磨背面；研磨之后，去除胶带，测量厚度。

 

2）晶圆切割（Wafer Saw）

将晶圆粘贴在蓝膜（Mylar）上，使得即使被切割开后，不会散落；通过Saw Blade将整片Wafer切割成一个个独立的Dice，方便后面的Die Attach等工序；Wafer Wash主要清洗Saw时候产生的各种粉尘，清洁Wafer。

常见的芯片切割设备为日本DISK的切割机，一般工艺参数设置如下：

目前，主流的Wafer Saw设备都具有CCD检查功能，可以在切割的同时检查是否有产生切割缺陷，第二道光检主要目的是针对Wafer Saw之后在显微镜下进行Wafer的外观抽检，检查是否有出现废品，常见的缺陷为Die chipping（芯片崩边）。

 

 

 

3）芯片粘接（Die Attach）

a）点银胶：

注：工业级产品严禁使用二次回温的银胶。

 

b）取芯片：

 

1、Ejector Pin从wafer下方的Mylar顶起芯片，使之便于脱离蓝膜；

2、Collect/Pick up head从上方吸起芯片，从Wafer搬到L/F上方；

3、Collect以一定的力将芯片Bond在点有银浆的L/F的Pad上；

4、Bond Head Resolution：X-0.2um，Y-0.5um，Z-1.25um；

5、Bond Head Speed：1.3m/s。

 

 

c）银浆固化：

4）引线键合（Wire Bonding）：利用高纯度的金线（Au）、铜线（Cu）或铝线（Al）把Pad和Lead通过焊接的方法连接起来。

注：Pad是芯片上电路的外接点，Lead是Lead Frame上的连接点。

 

 

键合工序关键影响因子：

 

a）Capillary（陶瓷劈刀）：W/B工艺中最核心的一个Bonding Tool，内部为空心，中间穿上金线，并分别在芯片的Pad和Lead Frame的Lead上形成第一和第二焊点；

 

b）EFO（打火杆）：用于在形成第一焊点时的烧球。打火杆打火形成高温，将外露于Capillary前端的金线高温熔化成球形，以便在Pad上形成第一焊点（Bond Ball）；

 

c）Bond Ball（第一焊点）：指金线在Cap的作用下，在Pad上形成的焊接点，一般为一个球形；

 

d）Wedge（第二焊点）：指金线在Cap的作用下，在Lead Frame上形成的焊接点，一般为月牙形（或者鱼尾形）；

 

e）W/B四要素：压力（Force）、超声（USG Power）、时间（Time）、温度（Temperature）。

 

常见的3种键合打线类型

第三道光检主要目的是针对Wafer Saw之后在显微镜下进行Wafer的外观抽检，检查是否有出现废品。典型缺陷如下图所示，相邻键合丝搭接短路。

2、后段工艺（EOL）

1）注塑（Molding）：为了防止外部环境的冲击，利用塑封料把Wire Bonding完成后的产品封装起来的过程，并加热硬化。

a）EMC（塑封料）在低温存储，使用前需先回温。其特性为：在高温下先处于熔融状态，然后会逐渐硬化，最终成型。

 

注：工业级产品严禁使用二次回温的EMC。

 

b）Molding参数：

Molding Temp：175~185°C；Clamp Pressure：3000~4000N；

TransferPressure：1000~1500Psi；Transfer Time：5~15s；

Cure Time：60~120s。

 

注塑成型过程图示：

2）打标（Mark）：目前主流使用激光打标，早期还有使用油墨印字。

3）高温固化（Post Mold Cure）：用于Molding后塑封料的固化，保护IC内部结构，消除内部应力。

**常用的条件：Cure Temp：175+/-5°C；Cure Time：8Hrs。**

 

4）去溢料（De-flash）&电镀（plating）：需要注意的是，有的厂家是先去溢料后电镀，有的厂家是先电镀后去溢料。

 

去溢料（De-flash）

 

a）去溢料的目的：去除Molding后在管体周围Lead之间多余的溢料；

 

b）去溢料的方法：弱酸浸泡，高压水冲洗。

 

 

电镀（plating）

 

a）电镀的目的：利用金属和化学的方法，在Leadframe的表面镀上一层镀层，以防止外界环境的影响（潮湿和热），并且使元器件在PCB板上容易焊接及提高导电性。

 

b）电镀的类型：

 

Pb-Free：无铅电镀，采用的是>99.95%的高纯度的锡（Tin），为目前普遍采用的技术，符合Rohs的要求；

 

Tin-Lead：铅锡合金。Tin占85%，Pb占15%，由于不符合Rohs，目前基本被淘汰。

 

电镀退火：让无铅电镀后的产品在高温下烘烤一段时间，目的在于消除电镀层潜在的晶须生长（Whisker Growth）的问题。常用的条件是温度在150+/-5°C下烘烤2h。

 

5）切筋成型（Trim&Form）

 

Trim：将一条片的Lead Frame切割成单独的Unit（IC）的过程；

Form：对Trim后的IC产品进行引脚成型，达到工艺需要求的形状，并放置进Tube或者Tray盘中。

 

细节示意图：

 

6）Final visual inspection：在低倍放大镜下，对产品外观进行检查。主要针对EOL工艺可能产生的废品：例如Molding缺陷，电镀缺陷和Trim/Form缺陷等。