【正文】 level, encapsulation, equipment, material, packaging process quality requirements and defect analysis and the development of packaging technology is introduced, including the quality requirements of good airtightness, electrical and mechanical properties, thermal properties, and defect include gold migration and soldering defect in five typical problems. Finally on the advanced packaging technologies, the development of 3D encapsulation CSP and MCM as simply introduced, also a semiconductor packaging technology development, which illustrates the necessity of development, and the packaging industry in the future development of packaging.Keywords: Encapsulate process flow。 Packaged form。 Encapsulate defects 第1章 前言半導(dǎo)體封裝產(chǎn)業(yè)在國內(nèi)IC產(chǎn)業(yè)中占有重要地位，2005年銷售收入達(dá)345億元，占國內(nèi)IC產(chǎn)業(yè)的49%，在我國西部地區(qū)這一比重更高，并且在全球也占相當(dāng)大的比重。由于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的急速發(fā)展，現(xiàn)階段的IC晶片設(shè)計(jì)與制造將日益復(fù)雜與精巧，而封裝技術(shù)必須同步提升，才能維持大陸在半導(dǎo)體封裝產(chǎn)業(yè)的全球競爭力。所謂封裝，狹義上講是指利用膜技術(shù)及微細(xì)加工技術(shù)，將芯片及其他要素在框架或基板上布置、粘貼固定及連接，引出接線端子并通過可塑性絕緣介質(zhì)灌封固定，構(gòu)成整體立體結(jié)構(gòu)的工藝。而更廣義上的“封裝”是指封裝工程，將封裝體與基板連接固定，裝配成完整的系統(tǒng)或電子設(shè)備，并確保整個(gè)系統(tǒng)綜合性能的工程。封裝也是一個(gè)跨領(lǐng)域的技術(shù)，涵蓋的范圍包括電子、材料、物理、化學(xué)、機(jī)械等。半導(dǎo)體封裝的目的，在于保護(hù)芯片不受或少受外界環(huán)境的影響，并為之提供一個(gè)良好的工作條件，以使集成電路具有穩(wěn)定、正常的功能。封裝為芯片提供了一種保護(hù)，人們平時(shí)所看到的電子設(shè)備如計(jì)算機(jī)、家用電器、通信設(shè)備等都經(jīng)過封裝好了的，沒有封裝的電子設(shè)備一般不能直接使用的。在這個(gè)微電子工業(yè)蓬勃發(fā)展的年代，對半導(dǎo)體封裝的研究也方興未艾，而作為我們這個(gè)專業(yè)的學(xué)生更要對封裝技術(shù)深入了解，為以后從業(yè)奠定扎實(shí)的理論基礎(chǔ)。第2章 半導(dǎo)體芯片封裝工藝 工藝流程(1)芯片切割將每一個(gè)具有獨(dú)立電氣性能的芯片分離出來的過程叫做切割（DicingSaw）。目前，機(jī)械式金剛石切割是劃片工藝的主流技術(shù)。在這種切割方式下，金剛石刀片（Diamond Blade）以每分鐘3萬轉(zhuǎn)到4萬轉(zhuǎn)的高轉(zhuǎn)速切割晶圓的街區(qū)部分，同時(shí)，承載著晶圓的工作臺以一定的速度沿刀片與晶圓接觸點(diǎn)的切線方向呈直線運(yùn)動(dòng)，切割晶圓產(chǎn)生的硅屑被去離子水（DI water）沖走。依能夠切割晶圓的尺寸 ，目前半導(dǎo)體界主流的劃片機(jī)分8英寸和12英寸劃片機(jī)兩種。 (2)芯片貼裝 將IC芯片固定于封裝基板或引腳架芯片的承載基座上的工藝過程。已切割下來的芯片要貼裝到引腳架的中間焊盤上，焊盤的尺寸要與芯片大小相匹配。若焊盤尺寸太大，則會導(dǎo)致引線跨度太大，在轉(zhuǎn)移成型過程中會由于流動(dòng)產(chǎn)生的應(yīng)力而造成引線彎曲及芯片位移等現(xiàn)象。貼裝的方法主要有共晶粘貼法、焊接粘貼法、導(dǎo)電膠粘貼法和玻璃膠粘貼法。共晶粘帖法,利用金—硅共晶粘帖，IC芯片與封裝基板之間的粘貼在陶瓷封裝中有廣泛的應(yīng)用。一般是將硅芯片置于已鍍金膜的陶瓷基板芯片基座上，再加熱至約425。C,借助金硅共晶反應(yīng)液面的移動(dòng)使硅逐漸擴(kuò)散至金中而形成的緊密結(jié)合；接粘貼法是另一種利用合金反應(yīng)進(jìn)行芯片粘貼的方法，工藝是將芯片背面淀積一定厚度的Au或Ni，同時(shí)在焊盤上淀積AuPdAg和Cu的金屬層。這樣就可以使用PdSn合金制作的合金焊料很好的焊接芯片在焊盤上 ；導(dǎo)電膠粘貼法，導(dǎo)電膠就是環(huán)氧樹脂，它不要求芯片背面和基板具有金屬化層，芯片粘貼法后，用導(dǎo)電膠固化要求的溫度時(shí)間進(jìn)行固化，可在潔凈的烘箱中完成固化，操作起來簡單易行。工藝具體是，用針筒或注射器將粘貼劑涂布到芯片焊盤上（要有合適的厚度和輪廓），然后用自動(dòng)拾片機(jī)將芯片精確地放置到焊盤的粘貼劑上面。最后進(jìn)行固化處理；玻璃膠粘貼法為低成本芯片粘貼材料，使用玻璃膠進(jìn)行芯片粘貼時(shí)是先以蓋印、網(wǎng)印、點(diǎn)膠的技術(shù)將膠原料涂布于基板的芯片座中，將IC芯片置放在玻璃膠上后，再將封裝基板加熱至玻璃熔融溫度以上即可完成粘貼。冷卻過程要謹(jǐn)慎控制溫度以免造成應(yīng)力破裂，這是注意的事項(xiàng)。(3)芯片互連將芯片悍區(qū)與電子封裝外殼的I/O引線或基板上的金屬布線悍區(qū)相互連接，只有實(shí)現(xiàn)芯片與封裝結(jié)構(gòu)的電路連接才能發(fā)揮已有的功能。由于互連的重要性我們一定要得熟悉打線鍵合(Wire Bonding,WB)、載帶自動(dòng)鍵合(Tape Automated Bonding,TAB)、倒裝芯片鍵合這三種方法(Flip Chip Bonding, FCB)。打線鍵合（焊接）技術(shù)為集成電路芯片與封裝結(jié)構(gòu)之間的電路連線最常被使用的方法。主要的打線鍵合技術(shù)有超聲波鍵合（Ultrasonic Bonding U/ S Bonding ），熱壓鍵合（ Thermopression Bonding T/C ），熱超聲波焊接（Thermosonic Bonding T/S Bonding）等三種。其方法是將細(xì)金屬線或金屬帶按順序打在芯片與引腳架或封裝基板的鍵合點(diǎn)（Pag）上而形成電路連接。載帶自動(dòng)鍵合技術(shù)的工藝流程：引腳及載帶制作—載帶/引腳化載帶、IC晶片/凸塊化IC晶片—內(nèi)引腳鍵合—封膠保護(hù)—電性測試—外引腳接合—測試完成。倒裝焊（FCB）是芯片面朝下，芯片焊區(qū)直接與基板焊區(qū)互連的一種方法。FCB的互連省略互連線，互連產(chǎn)生的雜散電容，互連電容、互連電感均比WB和TAB小很多。FCB主要特點(diǎn)：芯片安裝和互連是同時(shí)完成！缺點(diǎn)：芯片面朝下，焊點(diǎn)不能直觀檢查，只能用紅外和X光檢查。工藝流程：鍵合點(diǎn)上長成焊錫凸塊（Solder Bump）—C芯片置放到封裝基板上—連接點(diǎn)對位—（reflow）熱處理配合焊錫熔融時(shí)的表面張力效應(yīng)使焊錫成球—C芯片與封裝基板的連接。(4)成型技術(shù)芯片互連完成后，即可完成封裝工藝。料封裝、金屬封裝、陶瓷封裝。最經(jīng)濟(jì)最常用的還是塑料封裝。塑料封裝的成型技術(shù)有多種，包括轉(zhuǎn)移成型技術(shù)（Transfer Molding）、噴射成型技術(shù)（Inject Molding）、預(yù)成型技術(shù)（Premolding）等，但最主要的成型技術(shù)是轉(zhuǎn)移成型技術(shù)。轉(zhuǎn)移成型使用的材料一般為熱固性聚合物（Thermosetting Polymer）。轉(zhuǎn)移成型工藝流程：將完成粘貼及引線鍵合的框架置于模具中—將塑封的預(yù)成型塊在預(yù)熱爐中加熱（90~95度）—放入轉(zhuǎn)移成型機(jī)的轉(zhuǎn)移罐中（溫度在170~175度）—塑封料被擠壓到澆道中，經(jīng)過澆口注入模腔中—固化后，完成成型轉(zhuǎn)移。轉(zhuǎn)移成型技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：技術(shù)設(shè)備成熟，工藝周期短，成本低；沒有后整理過程，適合于大批量生產(chǎn)。缺點(diǎn)：塑料利用率不高；框架材料，對于其它成型技術(shù)及先進(jìn)封裝技術(shù)不利，對于高密度的封裝有限制。轉(zhuǎn)移成型技術(shù)設(shè)備包括：預(yù)加熱器、壓機(jī)、模具、固化爐。(5)去飛邊毛刺塑料封裝中塑封料樹脂溢出、貼帶毛邊、引線毛刺等統(tǒng)稱為飛邊毛刺現(xiàn)象。例如，塑封料只在?？焱獾目蚣苌闲纬杀”〉囊粚樱娣e也很小，通常稱為樹脂溢出（Resin Bleed）。若滲出部分較多、較厚，則稱為毛刺（Flash）或是飛邊毛刺（Flash and Strain）。造成溢料或毛刺的原因很復(fù)雜，一般認(rèn)為是與模具設(shè)計(jì)、注模條件及塑封料本身有關(guān)。毛刺的厚度一般要薄于10um，它對于后續(xù)工序（如切筋成形）帶來麻煩，甚至?xí)p壞機(jī)器。因此，在切筋成形工序之前，要進(jìn)行去飛邊毛刺工序（Deflash）。隨著模具設(shè)計(jì)的改進(jìn)，以及嚴(yán)格控制注模條件，毛刺問題越來越輕了。在一些比較先進(jìn)的封裝工藝中，已不再進(jìn)行去飛邊毛刺的工序。去飛邊毛刺工序工藝主要有：介質(zhì)去飛邊毛刺（Media Deflash）、溶劑去飛邊毛刺（Solvent Deflash）、水去飛邊毛刺（Water Deflash）。另外，當(dāng)溢出塑封料發(fā)生在框架堤壩（Dam Bar）背后時(shí)，可用所謂的樹脂清除（Dejunk）工藝。其中，介質(zhì)和水去飛邊毛刺的方法用得最多。用介質(zhì)去飛邊毛刺時(shí)，是將研磨料（如粒狀的塑料球）與高壓空氣一起沖洗模塊。在去飛邊毛刺過程中，介質(zhì)會將框架引腳的表面輕微擦磨，這將有助于焊料和金屬框架的粘連。曾經(jīng)使用天然的介質(zhì)，如粉碎的胡桃殼和杏仁核，但由于它們會在框架表面殘留油性物質(zhì)而被放棄。用水去飛邊毛刺工藝是利用高壓的水流來沖擊模塊，有時(shí)也會將研磨料與高壓水流一起使用。用溶劑來去飛邊毛刺通常只適用于很薄的毛刺。溶劑包括N甲基吡咯烷酮（NMP）或雙甲基呋喃（DMF）。(6)上焊錫對封裝后框架外引腳的后處理可以是電鍍（Solder Plating）或是浸錫（Solder Dipping）工藝，該工序是在框架引腳上做保護(hù)性鍍層，以增加其可焊性。電鍍目前都是在流水線式的電鍍槽中進(jìn)行的，包括首先進(jìn)行清洗，然后在不同濃度的電鍍槽中進(jìn)行電鍍，最后沖洗、吹干，放入烘箱中烘干。浸錫首先也是清洗工序，將預(yù)處理后元器件在助焊劑中浸泡，再浸入熔融鉛錫合金鍍層（Sn/Pb=63/67）。工藝流程為：去飛邊→去油→去氧化物→浸助焊劑→熱浸錫→清洗→烘干。其中浸錫容易引起鍍層不均勻，一般是由于熔融焊料表面張力的作用使得浸錫部分中間厚，邊上薄；而電鍍的方法會造成所謂的“狗骨頭”（DodBone）問題，即角周圍厚，中間薄，這是因?yàn)樵陔婂兊臅r(shí)候容易造成電荷聚集效應(yīng)，更大的問題是電鍍液造成離子污染。焊錫的成分一般是63Sn/37Pb,也有使用成分為85Sn/15Pb、90Sn/10Pb、95Sn/5Pb的焊錫，出于對環(huán)境污染的考慮，減少鉛的用量。而鍍鈀工藝，則可以避免鉛的環(huán)境污染問題，但鈀的粘性不好，需要先鍍上一層較厚、較密的富鎳阻擋層，鈀層的厚度僅為76um。由于鈀層可以承受成型溫度，所以可以在成型之前完成框架的上焊錫工藝。(7)切筋成型所謂的切筋工藝，是指切除框架外引腳之間的堤壩（Dam Bar）以及在框架帶上連在一起的地方；所謂的成型工藝則是將引腳彎成一定的形狀，以適合裝配（Assembly）的需要。對于成型工藝，最主要的問題是引腳的變形。對于PTH裝配要求而言，由于引腳數(shù)較少，引腳較粗，基本上沒有問題；而對于SMT裝配而言，尤其是高引腳數(shù)目框架和微細(xì)間距框架器件，一個(gè)突出的問題是引腳的非共面性（Lead Non Coplanarity）原因有兩個(gè)，工藝過程中的不恰當(dāng)處理，但隨著生產(chǎn)自動(dòng)化程度的提高，人為因素大大減少，使得這方面的問題幾乎不復(fù)存在；另外是原因是由于成型過程中產(chǎn)生的熱收縮應(yīng)力。在成型后的降溫過程中，一方面由于塑封料在繼續(xù)固化收縮，另一方面由于塑封料和框架材料之間熱膨脹系數(shù)失配引起的塑封料收縮程度大于框架材料的收縮，有可能造成框架帶的翹曲，引起非共面問題。所以針對封裝模塊越來越薄、框架引腳越來越細(xì)的趨勢，需要對框架帶重新設(shè)計(jì)，包括材料的選擇、框架帶長度及框架形狀等以克服這一困難。(8)打碼打碼就是在封裝模塊的頂面印上去不掉的、字跡清楚的字母和標(biāo)識，包括制造商的信息、國家、器件代碼等，主要是為了識別和跟蹤。打碼的方法有多種，其中最常用的是印碼（Print）。印碼又包括油墨印碼（Ink Marking）和激光印碼（Laser Marking）兩種。使用油墨打碼，工藝過程有些像敲橡皮圖章，因?yàn)橐话闶怯孟鹉z來刻制打碼所用的標(biāo)識。油墨通常是高分子化合物，是基于環(huán)氧或酚醛的聚合物，需要進(jìn)行熱固化，或使用紫外光固化。激光印碼是利用激光技術(shù)在模塊表面寫標(biāo)識。激光源常常是CO2或Nd：YAG。與油墨印碼相比，激光印碼最大的優(yōu)點(diǎn)是不易被擦去，而且，它對模塊表面的要求相對較低，不需要后固化工序。(9)元件的裝配元器件裝配的方式有兩種，一種是波峰焊（Wave Soldering），另一種回流焊（Reflow Soldering）。波峰焊主要進(jìn)行插孔式PTH封裝類型元器件的裝配，而表面貼裝式SMT及混合型元器件裝配則大多使用回流焊。波峰焊中，熔融的焊料被一股股噴射出來，形成焊料峰