西安交通大学微电子制造技术第二十章装配与封装2.ppt

半导体制造技术第 20 章 封装与装配 目 标 1. 描述装配和封装的总趋势与设计约束条件； 2. 说明并讨论传统装配方法； 3. 了解不同的传统封装的选择； 4. 了解7种先进装配和封装技术的优势与限制。 概 述 在芯片制造工艺完成后，通过电测试的芯片将进行单个芯片的装配和封装，通常被称为集成电路制造过程的后道工序。 装配和封装在集成电路后道工序是两个截然不同过程，每个都有它特殊的工艺和工具。装配是指从硅片上分离出合格芯片，然后将其粘贴在金属引线框架或管壳上，再用细线将芯片表面的金属压点和提供芯片电通路的引线框架内端互连起来。装配完成后，再将装配好芯片封装在一个保护管壳内。 最常用的封装是用塑料包封芯片，这种塑料包封提供芯片保护并形成更高级装配连接的管脚（列如，固定到电路板上）。传统的最终装配和封装工艺的慨况如图20.1所示。 集成电路封装的4个重要功能 1. 保护芯片以免由环境和传递过程引起损坏； 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 集成电路封装形式的约束条件 集成电路的封装层次 传统装配 最终装配由要求粘贴芯片到集成电路底座上的操作构成。由于制造的大部分成本已经花在芯片上。因此在最终装配过程中成品率是至关重要的。在20世纪90年代后期，所有集成电路装配中估计有95％采用了传统的最终装配，并由下面4步构成： 背面减薄 分片 装架 引线键合 背面减薄 在芯片的制造过程中，为了为了增加机械强度使破碎率降到最小，随着硅片直径的增大，硅片的厚度也随之增加(直径为300mm的硅片，其厚度约为775mm)。然而硅片厚度越厚，分(划) 片就越困难，另外厚度越大其热阻就越大，越不利于芯片的散热。 薄的硅片不仅热阻明显减小，还能在薄ULSI装配中有效减少热应力及最终集成电路管壳的外形尺寸和重量。 背面减薄工艺使用设备与硅片的抛光类似，如图20.4所示。操作中应注意将引入到硅片的应力降到最低以防止硅片的破碎。 分 片 分片就是将背面减薄后的硅片使用金刚石刀刃划片锯把芯片从硅片上切下来。划片时应注意X、Y两个方向上的对准。锯刃通常切透硅片厚度的90～100％。 装 架 分片后硅片将进行装架操作。装架时每个好的芯片被粘贴到底座或引线框架上。粘贴工具要求灵活性以粘贴芯片到各种应用情况，包括引线框架、陶瓷基座和电路板。 芯片粘贴 芯片粘贴通常使用粘贴工艺如下： 环氧树脂粘贴 共晶焊粘贴 玻璃焊料粘贴 环氧树脂粘结 最常用的方法之一，缺点是散热较差，为了获得较好的散热性能，可以在环氧树脂中加入银粉制成导热树脂。 共晶焊粘贴 共晶焊粘贴需要在芯片背面淀积一层金，然后使用合金方式将金粘贴到具有金属化表面的基座上。 玻璃焊料粘贴 玻璃焊料有银和悬浮在有机媒介中的玻璃颗粒组成，芯片不需要金属化，可直接粘贴在Al2O3陶瓷基座上。优点是实现密封保护器件免受潮气和沾污。 引线键合 引线键合是将芯片表面的金属压点和引线框架上或基座上的电极内端进行电连接(图20.9)。键合线是Au、Al或含金的合金线，直径通常在25到75mm之间。 引线键合的工艺有三种，区别在于各自的引线端点所使用的能量类型不同。分别是： 热压键合 超声键合 热超声球键合 传统封装 IC有许多传统封装形式，封装必须保护芯片免受环境中潮气和沾污的影响及传运时的损坏。IC封装形成了在引线框架上互连到芯片压点的管脚，它们用于第二级装配电路板。芯片压点的间距范围从60～100μm。引线框架电极从该压点间距扇出到用在电路板上更大的压点间距。 早期主要是普遍的金属壳封装，现在它仍然用于分立器件和SSI。芯片被粘贴在镀金头的中心，并用引线键合到管脚上。在管脚周围形成玻璃密封，一个金属盖被焊到基座上以形成密封。例子是金属TO型（晶体管外形）封装如图所示。两种最广泛使用的传统IC封装材料是：塑料和陶瓷 塑料封装 具有J型管脚的塑料电极芯片载体 (PLCC) 无引线芯片载体 (LCC) 陶瓷封装分层耐熔陶瓷加工顺序 陶瓷针栅阵列（PGA） 薄层陶瓷CERDIP 封装 为IC管壳准备的测试管座 先进的装配与封装 先进的集成电路封装设计包括： 倒装芯片 球栅阵列 (BGA) 板上芯片 (COB) 卷带式自动键合 (TAB) 多芯片模块 (MCM) 芯片尺寸封装 (CSP) 园片级封装 Figure 20.16G 陶瓷互连层 4层分层 Figure 20.17 Photo 20.2 陶瓷盖 玻璃密封 陶瓷基座 金属管脚 环氧树脂和引线框架上的芯片 剖面 标志