【文章內(nèi)容簡介】 QFP、 PQFP 及 PLCC，年封裝測試最高可達 8 億顆 IC，主要封裝產(chǎn)品為邏輯 IC、模擬 IC 及內(nèi)存等。第五名是意法半導(dǎo)體（ ST Microelectronics）與深圳賽格高技術(shù)投資股份有限公司各出資 60%、 40%成立的深圳賽意法微電子，成立于1997 年，位于廣東省深圳市，總投資金額為 億美元，可以提供的封裝方式為 TO2DPAK、 SOIC MiniDIP、 PDIP、 PPAK 及 BGA，年封裝測試最高可達 20 億顆 IC，主要封裝產(chǎn)品為 EPROM、消費性 IC 及通信 IC。第六名是成立于 1994 年的松下半導(dǎo)體，地點位于上海市，總投資進為 3 000 萬美元，為日本松下、松下（中國）及上海儀電控股各出資 59%、 25%、 16%成立，可以提 供的封裝方式為 LQFP、 SOIC、 TQFP 及 SDIC，年封裝測試最高可達 1 億顆 IC，主要封裝產(chǎn)品為通用家電和汽車電子等微處理器。第七名則是東芝半導(dǎo)體，為無錫華芝與華晶電子集團公司在 1994 年各出資 95%、 5%成立，但是， 2020 年東芝將其收購成為子公司，改名為現(xiàn)在的東芝半導(dǎo)體，可以提供的封裝方式為 SDIP24/54/64/5 QFP48，主要封裝產(chǎn)品為消費性 IC。 第八名為甘肅永紅， 2020 年改名為天水華天微電子，為甘肅省國有企業(yè)，位于甘肅省天水市，可以提供的封裝方式為 DIP8L～ 42L、 SOP8L～ 28L、 SIP8L～ 9L、 SSOP16L～28L、 SDIP24L～ 28L、 HSOP28L、 TSOP44L～ 54L、 QFP44L 及 LQFP64L，年封裝測試最高可達 10 億顆 IC，主要封裝產(chǎn)品為消費性 IC。第九名是上海紀元微科微電子（原名為阿法泰克），是中國國內(nèi)第一家合資封測廠，成立于 1995 年，總投資金額為 7 500 萬美元，是泰國阿法泰克公司、上海儀電控股及美國微芯片公司各出資 51%、 45%、 4%成立，可以提供的封裝方式為 PDIP/2 SOIC8/18/2 TSOP MSOP SOT2 TO2PLC28/4 TSOP6 及 QFN32，年封裝測試最高可達 4 億顆 IC 主要封裝產(chǎn)品為消費性 IC。第十名是成立于 2020 年的華潤華晶微電子，位于江蘇省無錫市，總投資金額為 3 700萬美元，可以提供的封裝方式為 SDIP、 SKDIP、 SIP、 ZIP、 FSIP、 FDIP、 QFP、 SOP及 PLCC，其中雙極電路生產(chǎn)線年產(chǎn) 25 萬片，分立器件生產(chǎn)線年產(chǎn) 60 萬片。 成都信息工程學院 光電學院畢業(yè)論文設(shè)計設(shè)計 10 第二章 微電子 芯片 封裝 工藝流程簡介 2． 1 封裝的概念： 所謂封裝是指安裝半導(dǎo)體集成電路芯片用的外殼，它不僅起著安放、固定、密封、保護芯片和增強電 熱性能的作用，而且還是溝通芯片內(nèi)部世界與外部電路的橋梁 ——芯片上的接點用導(dǎo)線連接到封裝外殼的引腳上，這些引腳又通過印制板上的導(dǎo)線與其他器件建立連接。因此，封裝對 CPU 和其他 LSI 集成電路都起著重要的作用。新一代 CPU的出現(xiàn)常常伴隨著新的封裝形式的使用。 芯片的封裝技術(shù)已經(jīng)歷了好幾代的變遷，從 DIP、 QFP、 PGA、 BGA 到 CSP 再到MCM，技術(shù)指標一代比一代先進，包括芯片面積與封裝面積之比越來越接近于 1，適用頻率越來越高，耐溫性能越來越好，引腳數(shù)增多，引腳間距減小，重量減小，可靠性提高，使用更加方便等等。 2． 2 芯片封裝的分類： 近年來集成電路的封裝工程發(fā)展極為迅速，封裝的種類繁多，結(jié)構(gòu)多樣，發(fā)展變化大，需要對其進行分類研究。從不同的角度出發(fā)，其分類方法大致有以下幾種： 按芯片的裝載方式； 按芯片的基板類型； 按芯片的封接或封裝方式； 按芯片的外型結(jié)構(gòu)； 按芯片的封裝材料等。 按芯片的裝載方式分類，裸芯片在裝載時，它的有電極的一面可以朝上也可以朝下，因此，芯片就有正裝片和倒裝片之分，布線面朝上為正裝片，反之為倒裝片。另外，裸芯片在裝載時，它們的電氣連接方式亦有所不同，有的采用有引線鍵合方式， 有的則采用無引線鍵合方式。 按芯片的基板類型分類，基板的作用是搭載和固定裸芯片，同時兼有絕緣、導(dǎo)熱、隔離及保護作用。它是芯片內(nèi)外電路連接的橋梁。從材料上看，基板有有機和無機之分，從結(jié)構(gòu)上看，基板有單層的、雙層的、多層的和復(fù)合的。 按芯片的封接或封裝方式分類，裸芯片裸芯片及其電極和引線的封裝或封接方式可以分為兩類，即氣密性封裝和樹脂封裝，而氣密性封裝中，根據(jù)封裝材料的不同又可分為：金屬封裝、陶瓷封裝和玻璃封裝三種類型。 按芯片的外型、結(jié)構(gòu)分類按芯片的外型、結(jié)構(gòu)分大致有： DIP、 SIP、 ZIP、 SDIP、SKDIP、 PGA、 SOP、 MSP、 QFP、 SVP、 LCCC、 PLCC、 SOJ、 BGA、 CSP、 TCP等，成都信息工程學院 光電學院畢業(yè)論文設(shè)計設(shè)計 11 其中前 6種屬引腳插入型，隨后的 9種為表面貼裝型，最后一種是 TAB型。 DIP：雙列直插式封裝。顧名思義，該類型的引腳在芯片兩側(cè)排列，是插入式封裝中最常見的一種，引腳節(jié)距為 mm，電氣性能優(yōu)良，又有利于散熱，可制成大功率器件。 SIP：單列直插式封裝。該類型的引腳在芯片單側(cè)排列，引腳節(jié)距等特征與 DIP基本相同。 ZIP： Z型引腳直插式封裝。該類型的引腳也在芯片單側(cè)排列，只是引腳比 SIP粗短些，節(jié)距等特征也與 DIP基本相同。 SDIP：收縮雙列直插式封裝。該類型的引腳在芯片兩側(cè)排列，引腳節(jié)距為 mm，芯片集成度高于 DIP。 SKDIP：窄型雙列直插式封裝。除了芯片的寬度是 DIP的 1/2以外，其它特征與 DIP相同。 PGA：針柵陣列插入式封裝。封裝底面垂直陣列布置引腳插腳，如同針柵。插腳節(jié)距為 mm或 ，插腳數(shù)可多達數(shù)百腳。用于高速的且大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路。 SOP：小外型封裝。表面貼裝型封裝的一種，引腳端子從封裝的兩個側(cè)面引出，字母 L狀。引腳節(jié)距為 。 MSP：微方型封裝。表面貼裝型封裝的一種，又叫 QFI等，引腳端子從封裝的四個側(cè)面引出，呈 I字形向下方延伸，沒有向外突出的部分，實裝占用面積小，引腳節(jié)距為 。 QFP：四方扁平封裝。表面貼裝型封裝的一種，引腳端子從封裝的兩個側(cè)面引出，呈 L字形，引腳節(jié)距為 、 、 、 、 、 ，引腳可達 300腳以上。 SVP：表面安裝型垂直封裝。表面貼裝型封裝的一種，引腳端子從封裝的一個側(cè)面引出，引腳在中間部位彎成直角，彎曲引腳的端部與 PCB鍵合，為垂直安裝的封裝。實裝 占有面積很小。引腳節(jié)距為 、 。 LCCC：無引線陶瓷封裝載體。在陶瓷基板的四個側(cè)面都設(shè)有電極焊盤而無引腳的表面貼裝型封裝。用于高速、高頻集成電路封裝。 PLCC：無引線塑料封裝載體。一種塑料封裝的 LCC。也用于高速、高頻集成電路封裝 SOJ：小外形 J引腳封裝。表面貼裝型封裝的一種，引腳端子從封裝的兩個側(cè)面引出，呈 J字形，引腳節(jié)距為 。 BGA：球柵陣列封裝。表面貼裝型封裝的一種，在 PCB的背面布置二維陣列的球形端子，而不采用針腳引腳。焊球的節(jié)距通常為 、 、 ，與 PGA相比，不會出現(xiàn)針腳變形問題。 CSP：芯片級封裝。一種超小型表面貼裝型封裝，其引腳也是球形端子，節(jié)距為 、 、 。 TCP：帶載封裝。在形成布線的絕緣帶上搭載裸芯片，并與布線相連接的封裝。與其他表面貼裝型封裝相比，芯片更薄，引腳節(jié)距更小，達 ，而引腳數(shù)可達 500針以上。 按芯片的封裝材料分類 BR按芯片的封裝材料分有金屬封裝、陶瓷封裝、金屬陶瓷封裝、塑料封裝。金屬封裝：金屬材料可以沖、壓，因此有封裝精度高，尺寸嚴格，便于大量生產(chǎn)，價格低廉等優(yōu)點。陶瓷封裝： 陶瓷材料的電氣性能優(yōu)良，適用于高密度封裝。金屬 陶瓷封裝：兼有金屬封裝和陶瓷封裝的優(yōu)點。塑料封裝：塑料的可塑性強，成本低廉，工藝簡單，適合大批量生產(chǎn)。 通常芯片封裝（ Assembly）和芯片制造（ IC Fabrication）并不是在同一工廠內(nèi)完成的。它們可能在同一個工廠的不同生產(chǎn)區(qū)域，或在不同的地區(qū)，它們甚至在不同的國家。成都信息工程學院 光電學院畢業(yè)論文設(shè)計設(shè)計 12 因此，許多公司將芯片運送到幾千公里以外的地方去做封裝。 芯片通常在硅片工藝線上進行片上測試，并將有缺陷的芯片打上了記號，通常是打上一個黑色墨點，這樣是為后面的封裝過程做好準備，在進行芯片 貼裝時自動拾片機可以自動分辨出合格的芯片和不合格的芯片。 封裝流程一般可以分成兩個部分：用塑料封裝（固封）之前的工藝步驟稱為前段操作（ Front End Operation），在成型之后的工藝步驟稱為后段操作（ Back End Operation）。在前段工序中，凈化級別控制在 1 000 級。在有些生產(chǎn)企業(yè)中，成型工序也在凈化的環(huán)境下進行。但是，由于轉(zhuǎn)移成型操作中機械水壓機和預(yù)成型品中的粉塵，使得很難使凈化環(huán)境達到 1 000 級以上的水平。一般來說，隨著硅芯片越來越復(fù)雜和日益趨向微型化，將使得更多的裝配和成型工 藝在粉塵得到控制的環(huán)境下進行。 現(xiàn)在大部分使用的封裝材料都是高分子聚合物，即所謂的塑料封裝。塑料封裝的成型技術(shù)也有許多種，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），其中轉(zhuǎn)移成型技術(shù)使用最為普遍。本章將重點介紹塑料封裝的轉(zhuǎn)移成型工藝。 轉(zhuǎn)移成型技術(shù)的典型工藝過程如下：將已貼裝好芯片并完成芯片互連的框架帶置于模具中，將塑料材料預(yù)加熱（ 90～ 95℃ ），然后放進轉(zhuǎn)移成型機的轉(zhuǎn)移罐中。在轉(zhuǎn)移成型活塞壓力之下，塑封料被擠壓到 澆道中，并經(jīng)過澆口注入模腔（ 170～ 175℃ ）。塑封料在模具快速固化，經(jīng)過一段時間的保壓，使得模塊達到一定的硬度，然后用頂桿頂出模塊并放入固化爐進一步固化。 芯片生產(chǎn)工藝流程 歸納起來芯片封裝技術(shù)的基本工藝流程為：硅片減薄、硅片切割、芯片貼裝、芯片互連、成型技術(shù)、去飛邊毛刺、切筋成形、上焊錫、打碼等工序，如圖 所示。 圖 芯片封裝技術(shù)工藝流程 芯片的制造過程可概分為晶圓處理工序（ Wafer Fabrication）、晶圓針測工序（ Wafer Probe）、構(gòu)裝工序（ Packaging）、測試工序（ Initial Test and Final Test）等幾個步驟。其中晶圓處理工序和晶圓針測工序為前段（ Front End）工序，而構(gòu)裝工序、測試工序為后成都信息工程學院 光電學院畢業(yè)論文設(shè)計設(shè)計 13 段（ Back End）工序。 晶圓處理工序：本工序的主要工作是在晶圓上制作電路及電子元件（如晶體管、電容、邏輯開關(guān)等），其處理程序通常與產(chǎn)品種類和所使用的技術(shù)有關(guān)，但一般基本步驟是先將晶圓適當清洗，再在其表面進行氧化及化學氣相沉積，然后進行涂膜、曝光、顯影、蝕刻、離子植入、金屬濺鍍等反復(fù)步驟，最終在晶圓上完成數(shù)層電路及元件加工與制作 。 晶圓針測工序：經(jīng)過上道工序后，晶圓上就形成了一個個的小格，即晶粒，一般情況下，為便于測試，提高效率，同一片晶圓上制作同一品種、規(guī)格的產(chǎn)品；但也可根據(jù)需要制作幾種不同品種、規(guī)格的產(chǎn)品。在用針測（ Probe）儀對每個晶粒檢測其電氣特性，并將不合格的晶粒標上記號后，將晶圓切開，分割成一顆顆單獨的晶粒，再按其電氣特性分類，裝入不同的托盤中，不合格的晶粒則舍棄。 構(gòu)裝工序：就是將單個的晶粒固定在塑膠或陶瓷制的芯片基座上，并把晶粒上蝕刻出的一些引接線端與基座底部伸出的插腳連接，以作為與外界電路板連接 之用，最后蓋上塑膠蓋板，用膠水封死。其目的是用以保護晶粒避免受到機械刮傷或高溫破壞。到此才算制成了一塊集成電路芯片（即我們在電腦里可以看到的那些黑色或褐色，兩邊或四邊帶有許多插腳或引線的矩形小塊）。 測試工序：芯片制造的最后一道工序為測試，其又可分為一般測試和特殊測試，前者是將封裝后的芯片置于各種環(huán)境下測試其電氣特性，如消耗功率、運行速度、耐壓度等。經(jīng)測試后的芯片，依其電氣特性劃分為不同等級。而特殊測試則是根據(jù)客戶特殊需求的技術(shù)參數(shù)，從相近參數(shù)規(guī)格、品種中拿出部分芯片，做有針對性的專門測試，看是否能 滿足客戶的特殊需求，以決定是否須為客戶設(shè)計專用芯片。經(jīng)一般測試合格的產(chǎn)品貼上規(guī)格、型號及出廠日期等標識的標簽并加以包裝后即可出廠。而未通過測試的芯片則視其達到的參數(shù)情況定作降級品或廢品。 封裝的可靠性： 在芯片完成整個封裝流程之后，封裝廠會對其產(chǎn)品進行質(zhì)量和可靠性兩方面的檢測。 質(zhì)量檢測主要檢測封裝后芯片的可用性，封裝后的質(zhì)量和性能情況，而可靠性則是對封裝的可靠性相關(guān)參數(shù)的測試。 首先，必須理解什么叫做 “可靠性 ”，產(chǎn)品的可靠性即產(chǎn)品可靠度的性能，具體表現(xiàn)在產(chǎn)品使用時是否容易出故障，產(chǎn)品使用壽命是否 合理等。如果說 “品質(zhì) ”是檢測產(chǎn)品 “現(xiàn)在 ”的質(zhì)量的話，那么 “可靠性 ”就是檢測產(chǎn)品 “未來 ”的質(zhì)量。 成都信息工程學院 光電學院