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芯片IC的封裝和測試流程是怎么樣的?

iIeQ_mwrfnet ? 來源:電子工程專輯 ? 作者:電子工程專輯 ? 2021-02-12 18:03 ? 次閱讀
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IC Package (IC的封裝形式)指芯片(Die)和不同類型的框架(L/F)和塑封料(EMC)形成的不同外形的封裝體。

IC Package種類很多,可以按以下標準分類:

按封裝材料劃分為:

金屬封裝、陶瓷封裝、塑料封裝

金屬封裝主要用于軍工或航天技術,無商業(yè)化產(chǎn)品;

陶瓷封裝優(yōu)于金屬封裝,也用于軍事產(chǎn)品,占少量商業(yè)化市場;

塑料封裝用于消費電子,因為其成本低,工藝簡單,可靠性高而占有絕大部分的市場份額;

按照和PCB板連接方式分為:

PTH封裝和SMT封裝

PTH-Pin Through Hole, 通孔式;

SMT-Surface Mount Technology,表面貼裝式。

目前市面上大部分IC均采為SMT式的

按照封裝外型可分為:

SOT、SOIC、TSSOP、QFN、QFP、BGA、CSP等;

決定封裝形式的兩個關鍵因素:

封裝效率。芯片面積/封裝面積,盡量接近1:1;

引腳數(shù)。引腳數(shù)越多,越高級,但是工藝難度也相應增加;

其中,CSP由于采用了Flip Chip技術和裸片封裝,達到了 芯片面積/封裝面積=1:1,為目前最高級的技術;

QFN—Quad Flat No-lead Package 四方無引腳扁平封裝

SOIC—Small Outline IC 小外形IC封裝

TSSOP—Thin Small Shrink Outline Package 薄小外形封裝

QFP—Quad Flat Package 四方引腳扁平式封裝

BGA—Ball Grid Array Package 球柵陣列式封裝

CSP—Chip Scale Package 芯片尺寸級封裝

IC Package Structure(IC結構圖)

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Raw Material in Assembly(封裝原材料)【W(wǎng)afer】晶圓

【Lead Frame】引線框架

提供電路連接和Die的固定作用;

主要材料為銅,會在上面進行鍍銀、 NiPdAu等材料;

L/F的制程有Etch和Stamp兩種;

易氧化,存放于氮氣柜中,濕度小 于40%RH;

除了BGA和CSP外,其他Package都會采用Lead Frame, BGA采用的是Substrate;

【Gold Wire】焊接金線

實現(xiàn)芯片和外部引線框架的電性和物 理連接;

金線采用的是99.99%的高純度金;

同時,出于成本考慮,目前有采用銅 線和鋁線工藝的。優(yōu)點是成本降低, 同時工藝難度加大,良率降低;

線徑?jīng)Q定可傳導的電流;0.8mil, 1.0mil,1.3mils,1.5mils和2.0mils;

Mold Compound塑封料/環(huán)氧樹脂主要成分為:環(huán)氧樹脂及各種添加劑(固化劑,改性劑,脫 模劑,染色劑,阻燃劑等);

主要功能為:在熔融狀態(tài)下將Die和Lead Frame包裹起來, 提供物理和電氣保護,防止外界干擾;

存放條件:零下5°保存,常溫下需回溫24小時;

【Epoxy】銀漿

成分為環(huán)氧樹脂填充金屬粉末(Ag);有三個作用:將Die固定在Die Pad上; 散熱作用,導電作用;

-50°以下存放,使用之前回溫24小時;

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FOL– Front of Line前段工藝

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FOL– Back Grinding背面減薄

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將從晶圓廠出來的Wafer進行背面研磨,來減薄晶圓達到 封裝需要的厚度(8mils~10mils);

磨片時,需要在正面(Active Area)貼膠帶保護電路區(qū)域 同時研磨背面。研磨之后,去除膠帶,測量厚度;

FOL– Wafer Saw晶圓切割

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將晶圓粘貼在藍膜(Mylar)上,使得即使被切割開后,不會散落;

通過Saw Blade將整片Wafer切割成一個個獨立的Dice,方便后面的 Die Attach等工序;

Wafer Wash主要清洗Saw時候產(chǎn)生的各種粉塵,清潔Wafer;

FOL– 2nd Optical Inspection二光檢查

主要是針對Wafer Saw之后在顯微鏡下進行Wafer的外觀檢查,是否有出現(xiàn)廢品。

FOL– Die Attach 芯片粘接

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芯片拾取過程:

1、Ejector Pin從wafer下方的Mylar頂起芯片,使之便于 脫離藍膜;

2、Collect/Pick up head從上方吸起芯片,完成從Wafer 到L/F的運輸過程;

3、Collect以一定的力將芯片Bond在點有銀漿的L/F 的Pad上,具體位置可控;

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

5、Bond Head Speed:1.3m/s;

FOL– Epoxy Cure 銀漿固化

銀漿固化:

175°C,1個小時; N2環(huán)境,防止氧化:

Die Attach質量檢查:

Die Shear(芯片剪切力)

FOL– Wire Bonding 引線焊接

利用高純度的金線(Au) 、銅線(Cu)或鋁線(Al)把 Pad 和 Lead通過焊接的方法連接起來。Pad是芯片上電路的外接 點,Lead是 Lead Frame上的 連接點。

W/B是封裝工藝中最為關鍵的一部工藝。

FOL– 3rd Optical Inspection三光檢查

EOL– End of Line后段工藝

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EOL– Molding(注塑)

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EOL– Laser Mark(激光打字)

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在產(chǎn)品(Package)的正面或者背面激光刻字。內容有:產(chǎn)品名稱,生產(chǎn)日期,生產(chǎn)批次等;

EOL– PostMold Cure(模后固化)

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用于Molding后塑封料的固化,保護IC內部結構,消除內部應力。Cure Temp:175+/-5°C;Cure Time:8Hrs

EOL– De-flash(去溢料)

目的:De-flash的目的在于去除Molding后在管體周圍Lead之間 多余的溢料; 方法:弱酸浸泡,高壓水沖洗;

EOL– Plating(電鍍)

利用金屬和化學的方法,在Leadframe的表面 鍍上一層鍍層,以防止外界環(huán)境的影響(潮濕 和熱)。并且使元器件在PCB板上容易焊接及 提高導電性。

電鍍一般有兩種類型:

Pb-Free:無鉛電鍍,采用的是>99.95%的高純 度的錫(Tin),為目前普遍采用的技術,符合 Rohs的要求;

Tin-Lead:鉛錫合金。Tin占85%,Lead占 15%,由于不符合Rohs,目前基本被淘汰;

EOL– Post Annealing Bake(電鍍退火)

目的:讓無鉛電鍍后的產(chǎn)品在高溫下烘烤一段時間,目的在于 消除電鍍層潛在的晶須生長(Whisker Growth)的問題; 條件:150+/-5C; 2Hrs;

EOL– Trim&Form(切筋成型)

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Trim:將一條片的Lead Frame切割成單獨的Unit(IC)的過程; Form:對Trim后的IC產(chǎn)品進行引腳成型,達到工藝需要求的形狀, 并放置進Tube或者Tray盤中;

EOL– Final Visual Inspection(第四道光檢)

在低倍放大鏡下,對產(chǎn)品外觀進行檢查。主要針對EOL工藝可能產(chǎn)生的廢品:例如Molding缺陷,電鍍缺陷和Trim/Form缺陷等。

原文標題:圖文解說:芯片IC的封裝/測試流程

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責任編輯:haq

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