【導(dǎo)讀】摘要:從80年代中后期開始電子產(chǎn)品正朝著、便攜式，小型化、網(wǎng)絡(luò)化和多媒體化方向發(fā)展，處理速度的提高(高速化)。為了滿足這些要求，勢(shì)必要提高電路組裝的功能密度，這就成為了。促進(jìn)集成電路封裝技術(shù)發(fā)展的最重要的因素。本文主要描述了集成電路封裝工藝的發(fā)展歷程；基本原理與優(yōu)化；基本設(shè)備及結(jié)構(gòu)以及其未來發(fā)展方向等有關(guān)內(nèi)容。

　　

【正文】 PCB 板上，引腳焊在銅箔上并用黑塑膠包封，形成 “ 幫定 ” 板 。該封裝成本最低，主要用于民品。 CLCC(Ceramic leaded Chip Carrier)陶瓷有 引線芯片載體 陶瓷封裝 。 其它同 PLCC。 FP(flat package)扁平封裝 封裝本體厚度為。 LQFP(low profile quad flat package)薄型 QFP HSOP 帶散熱器的 SOP CSP (Chip Scale Package)芯片縮放式封裝 芯片面積與封裝面積之比 超過 1：。 51 所示 圖 51 幾種集成電路引腳識(shí)別方法 6 封裝操作工藝的概述 潔凈度和靜電控制 芯片在其整個(gè)使用壽命的期限內(nèi)對(duì)污染物攻擊的易損性將長(zhǎng)期存在。雖然 封裝區(qū)域?qū)崈舳人降囊筮h(yuǎn)不如晶片生產(chǎn)區(qū)域來得高 ，保持一定的潔凈度仍是非常重要的 。高可靠性芯片的生產(chǎn)區(qū)域通常來講需要 更高的潔凈度。實(shí)際上，許多公司都意識(shí)到了如果污染物控制的方案不得要領(lǐng)，其產(chǎn)品注定要失敗的。因此，更多的封裝區(qū)域?qū)嵭衅鹆朔浅?yán)格的控制，尤其是對(duì)化學(xué)品和人體產(chǎn)生的顆粒物的控制。 在封裝區(qū)域內(nèi)來自于外界環(huán)境的最致命的危害是靜電。在晶片生產(chǎn)的潔凈室內(nèi)，對(duì)靜電的控制主要是防止顆粒物吸附到晶片的表面。這同時(shí)也是封裝區(qū)域所關(guān)心的一個(gè)話題。但最關(guān)注的是靜電放電問題，稱為 ESD。靜電累積可以積累起高達(dá)數(shù)萬(wàn)伏的電壓。如果如此高的電壓突然在芯片表面放電，將很輕易地?fù)p壞電路的部分。金屬氧化物型半導(dǎo)體（ MOS）柵電路結(jié)構(gòu)尤其易受靜 電放電的損害。 每個(gè)生產(chǎn)高集成度芯片的封裝區(qū)域應(yīng)有一套切實(shí)有效的防靜電方案 。對(duì)生產(chǎn)軍用件的封裝廠來說，所提供的防靜電方案將是能否得到定單的必要條件之一。防靜電方案的實(shí)行是靠生產(chǎn)操作員配帶靜電腕帶和無(wú)靜電工作服；使用防靜電材料的搬運(yùn)載體；搬運(yùn)產(chǎn)品時(shí)用升降式而不用推拉式；生產(chǎn)設(shè)備，工作平臺(tái)及地板墊均接地。減少靜電的其它方法還有在氮?dú)夂涂諝饣旌蠚獾臍鈽屔弦约皬?HEPA 濾芯中流出的空氣的通道上安裝電離器。 基本工藝流程 在晶片的生產(chǎn)工序中，晶片要多次重復(fù)地進(jìn)行四個(gè)基本的操作（沉積 層，成像，摻雜，和熱處理）。在 封裝工序中也有一些基本的操作 。然而，封裝是一條龍生產(chǎn)線，沒有反復(fù)的工序。每一道主要的工序僅需要通過一次。在生產(chǎn)的過程中，每個(gè)具體工序的流程順序由封裝的類型及其它的因素決定。在具體的工藝流程中，某道工序不一定被執(zhí)行，取決于特定的芯片及封裝的要求。 基本的操作工序有：底部準(zhǔn)備，劃片，取片，檢查，粘片，打線，封裝前檢查，封裝，電鍍，切筋成型， 印字和最終測(cè)試。各種不同工序的具體描述及其所適用于的工藝將在本節(jié) 的余下部分闡述。 1． 底部準(zhǔn)備 在晶片生產(chǎn)工藝的結(jié)尾，有些晶片需要被打磨薄才能裝進(jìn)特定的封裝體中，磨薄的其它目 的還有去除底部的受損部分及污物。對(duì)于要求在最低溫度下可熔化的金 硅共體封裝中的芯片其底部要求鍍一層金。 2． 劃片 利用劃片鋸或劃線 剝離技術(shù)將晶片分離成單個(gè)的芯片。 3． 取片和承載 良品芯片在揀選機(jī)上被認(rèn)出后，就從劃碎的晶片中被挑出來放于承載托盤中。 4． 檢查 托盤中的芯片都要經(jīng)過光學(xué)儀器的目檢來確定邊緣是否完整，有無(wú)污染物及表面缺陷。 5． 粘片 各個(gè)芯片用銀漿粘貼材料或金 硅低熔點(diǎn)鍍金層形式粘貼在封裝體的芯片安裝區(qū)域。 6． 打線 芯片上的打線點(diǎn)與封裝體引腳的內(nèi)部端點(diǎn)之間用很細(xì)的金線連接起來。其它的打線方式還有在芯片的打線點(diǎn)上安裝半球型的金屬突起物或者用 TAB 封裝技術(shù)。 7． 封裝前檢查 打好線的芯片會(huì)以目檢的形式通過驗(yàn)收。驗(yàn)收的內(nèi)容有芯片在封裝引腳架上的位置擺放是否準(zhǔn)確，金線連接點(diǎn)的位置是否準(zhǔn)確，有無(wú)污染物，芯片粘貼的質(zhì)量好壞以及金線連接點(diǎn)的質(zhì)量好壞。 8． 電鍍，切筋成型和印字 為增強(qiáng)封裝體的外部引腳在電路板上的可焊性，還需要在這些外部引腳的表面鍍一層額外的導(dǎo)電性金屬層。在接近封裝工序的結(jié)尾，這些帶有外部引腳的封裝體還要通過一道切筋 成型工序?qū)⒁_與引腳之間的連筋切除。印字工序會(huì)將重要的信息印在封裝體的外殼上。 9． 最終測(cè)試 為確保質(zhì)量，會(huì)對(duì)每一個(gè)芯片封裝體進(jìn)行一系列的最終測(cè)試，包括電性測(cè)試及環(huán)境適應(yīng)的可靠性測(cè)試。有些芯片會(huì)通過一種叫 “ burnin （高溫可靠性） ” 的高度來發(fā)現(xiàn)早期的失效。 常 用的封裝件 封裝體的四種功能通過使用一系列的封裝設(shè)計(jì)得以實(shí)現(xiàn)。然而，大多數(shù)的封裝有五大常見件，它們是： 1． 芯片的粘貼區(qū)域 :在每個(gè)封裝體的中心區(qū)域就是芯片被牢固地粘貼在引腳框架上的地方。這個(gè)粘片區(qū)域可 以實(shí)現(xiàn)芯片的底部與余下的引腳系統(tǒng)之間的電性連接。對(duì)這個(gè)區(qū)域的一個(gè)最主要的要求是它必須是絕對(duì)平整的，這樣才能保證引腳框架很好地支撐緊密粘貼在其上的芯片。 2． 內(nèi)部和外部的引腳 :金屬引腳系統(tǒng)的芯片從內(nèi)部的粘片區(qū)凹腔至外部的印制電路板或電子產(chǎn)品的是連續(xù)的。系統(tǒng)的內(nèi)部連接稱為內(nèi)部引腳，壓焊接頭或壓焊指尖。內(nèi)部引腳通常是引腳系統(tǒng)中最窄的部分。引腳從內(nèi)至外逐漸變寬，在 封裝體外部終止。這部分引腳系統(tǒng)稱為外部引腳 。大多數(shù)引腳系統(tǒng)由一整片連續(xù)的金屬組成。側(cè)銅焊封裝形式例外。這種封裝的構(gòu)造方法是將外部引腳用銅焊至內(nèi)部的引腳上。 外部引腳系統(tǒng)使用兩種不同的合金，鐵 鎳合金和銅合金。鐵 鎳合金用于高強(qiáng)度及高穩(wěn)定性的場(chǎng)合，而銅合金的優(yōu)點(diǎn)是導(dǎo)電性和熱傳導(dǎo)性較好。 3． 芯片╱封裝體的連接 :芯片與封裝體的電性連接是由壓焊線、壓焊球或其它芯片上的連接體完成 4． 封裝 ::粘片區(qū)、壓焊線、內(nèi)部及外部引腳組成了封裝體的電子部分。其它部分稱為封裝外殼或封裝體。這部分提供保護(hù)及散熱的功能。封裝章節(jié)中所提及的幾種不同的技術(shù)和設(shè)計(jì)方案使得 這些功能得以實(shí)現(xiàn)。封裝的完整性分為兩大類：密封型與非密封型 。 （ 1） 密封型的封裝體不受外界濕氣和其它氣體的影響。密封型封裝 體芯片用于非常嚴(yán)酷的外界環(huán)境中，例如火箭和太空衛(wèi)星中。金屬和陶瓷是制造密封型封裝體的首選材料。 （ 2） 非密封型封裝體足以滿足大多數(shù)消費(fèi)型電子產(chǎn)品如計(jì)算機(jī)和娛樂系統(tǒng)的要求。除了某些極端的場(chǎng)合外，這種封裝系統(tǒng)為芯片提供了良好和足夠的環(huán)境保護(hù)。稱此封裝方式的一個(gè)更好的術(shù)語(yǔ)是 “ 弱密封性 ” 。非密封性封裝體由樹脂或聚酰亞胺材料組成，通常稱為 “ 塑料封裝體 ” 。 封裝工藝 封裝前晶片的準(zhǔn)備 當(dāng)晶片廠最后一道鈍化膜及合金工序完成后，電路部分就算完成了。然而，晶片在轉(zhuǎn)到封裝廠之前還需對(duì)其進(jìn)行一到兩步處理。即晶片打 磨和背部鍍金，這兩步不是必須的，視晶片的厚度和特殊的電路設(shè)計(jì)而定。 （ 1） 晶片打磨 晶片逐漸增厚的趨勢(shì)給封裝工藝帶來一系列問題。增厚的晶片在劃片工序需要更昂貴的完全劃開的方法。盡管劃片刀可以劃出更高質(zhì)量的芯片邊緣，但費(fèi)時(shí)和消耗頂端鑲有鉆石的劃片刀使得此工藝極其昂貴。增厚的芯片同時(shí)需要更深一些的粘片凹腔，使得封裝更為昂貴。劃片前如將晶片磨薄，就可以解決上述兩個(gè)不期望出現(xiàn)的結(jié)果。另一個(gè)需要晶片磨薄的場(chǎng)合是電特性的要求。如果當(dāng)晶片通過晶片廠摻雜的工序時(shí)晶片的背部沒有被保護(hù)起來，摻雜體會(huì)在晶片的背部形成電子接合點(diǎn)， 這樣就會(huì)影響一些要求背部傳導(dǎo)性好的電路的正常運(yùn)行。這些電子 接合點(diǎn)可以通過晶片打磨來去除。 打磨的工序通常介于晶片分離和劃片工序之間。晶片被打磨到 到 微米厚。 185。 此處仍使用在晶片廠打磨晶片時(shí) 用的打磨工藝（機(jī)械打磨和化學(xué)機(jī)械拋光）。另一種方法是保護(hù) 好晶片的正面然后用化學(xué)刻蝕劑刻蝕晶片的背部。 晶片打磨是個(gè)令人頭疼的工序。在打磨背部時(shí)，可能會(huì)劃傷晶片的正面和導(dǎo)致晶片破碎。由于晶片要被壓緊到打磨機(jī)表面或是拋光平面上，晶片的正面一定要被保護(hù)起來，然后晶片一旦被打磨薄就會(huì)易碎。在背部刻蝕中，同樣要求將晶 片正面保護(hù)起來防止刻蝕劑的侵蝕。這種保護(hù)可以通過在晶片正面涂一層較厚的光刻膠來實(shí)現(xiàn)。其它方法包括在晶片正面粘一層與晶片大小尺寸相同的背側(cè)有膠的聚合膜。必須控制在打磨╱拋光工藝中產(chǎn)生的應(yīng)力以防止晶片或芯片在應(yīng)力下的彎曲變形。晶片的彎曲變形會(huì)影響劃片工序（芯片破碎和裂痕）。芯片的變形會(huì)在粘片工序時(shí)產(chǎn)生問題。 （ 2） 背部鍍金 晶片制造中的另一個(gè)可選 的工序是在晶片背部鍍金。對(duì)應(yīng)用于低熔點(diǎn)封裝技術(shù) 的晶片在封裝時(shí)，其背部需要這層鍍金層。此鍍金層通常在晶片制造廠以蒸發(fā)或噴濺的工藝完成（背部打磨后）。 1. 劃片 芯片的封 裝工藝始于將晶片分離成單個(gè)的芯片。劃片有兩種方法：劃片分離或鋸片分離。 (1)劃片法。 劃片法或鉆石劃法是工業(yè)界開發(fā)的第一代劃片技術(shù)。此方法要求晶片在精密工作臺(tái)上精確地定位，然后用尖端鑲有鉆石的劃片器從劃線的中心劃過。劃片器在晶片表面劃出了一條淺痕。晶片通過加壓的圓柱滾軸后芯片得以分離。當(dāng)滾軸滾過晶片表面時(shí)，晶片沿著劃痕線分離開。此處的分裂是沿著晶片的晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行的，所以會(huì)在芯片上產(chǎn)生一個(gè)直角的邊緣。當(dāng)晶片厚度超過 10 mils 時(shí)，劃片法的可靠性就會(huì)降低。 (2)鋸片法 。厚晶片的出現(xiàn)使得鋸片法的發(fā)展成為劃片 工藝的首選方法。鋸片機(jī)由下列部分組成：可旋轉(zhuǎn)的晶片載臺(tái)，自動(dòng)或手動(dòng)的劃痕定位影像系統(tǒng)和一個(gè)鑲?cè)脬@石的圓形鋸片。此工藝使用了兩種技術(shù)，并且每種技術(shù)開始都用鉆石鋸片從芯片劃線上經(jīng)過一。對(duì)于薄的晶片，鋸片降低到晶片的表面劃出一條深入三分之一晶片厚度的淺槽。芯片分離的方法仍沿用劃片法中所述的圓柱滾軸加壓法。第二種劃片的方法是用鋸片將晶片完全鋸開成單個(gè)的芯片。 對(duì)要被完全鋸開的晶片，首先將其貼在一張彈性較好的塑料膜上。在芯片被分離后，還會(huì)繼續(xù)貼在塑料膜上，這樣會(huì)對(duì)下一步提取芯片的工藝有所幫助。由于鋸片法劃出的芯片邊緣 效果較好，同時(shí)芯片的側(cè)面也較少產(chǎn)生裂紋和崩角，所以鋸片法一直是劃片工藝的首選方法。 2． 取放芯片 劃片后，分離的芯片被傳送到一個(gè)工作臺(tái)來挑選出好品（非墨點(diǎn)芯片）。在手動(dòng)模式下， 由操作工手持真空吸筆將一個(gè)個(gè)的非墨點(diǎn)芯片取出放入到一個(gè)分區(qū)的托盤中。對(duì)于貼在塑料膜上進(jìn)入工作臺(tái)的晶片，首先將其放在一個(gè)框架上，此框架將塑料膜伸展開。塑料膜的伸展就將芯片分離開，這樣就輔助了下一道取片的工藝。 在自動(dòng)模式中，存有好品芯片（從晶圓電測(cè)來）位置數(shù)據(jù)的磁盤或磁帶被上載到機(jī)器后，真空吸筆會(huì)自動(dòng)地揀出好品芯片并將其置入用在下一工序 中分區(qū)的托盤里。 3． 芯片檢查 在繼續(xù)余下的操作前，芯片會(huì)經(jīng)過一道光學(xué)檢查儀。我們最關(guān)心的是芯片棱角的質(zhì)量，不應(yīng)有任何崩角和裂紋。此工藝還可以分揀出表面的不規(guī)則性，例如表面劃痕和污染物。這項(xiàng)檢查可以用顯微鏡人工檢查或用光學(xué)成像系統(tǒng)來自動(dòng)檢查。在這一步，芯片已經(jīng)準(zhǔn)備好進(jìn)入封裝體中了。 4． 粘片 粘片有幾個(gè)目的：在芯片與封裝體之間產(chǎn)生很牢固的物理性連接，在芯片與封裝體之間產(chǎn)生傳導(dǎo)性或絕緣性的連接，作為一個(gè)介質(zhì)把芯片上產(chǎn)生的熱傳導(dǎo)到封裝體上。 對(duì)粘片的要求是其永久的結(jié)合性。此結(jié)合不應(yīng)松動(dòng)或在余下的流水作業(yè)中變壞或 在最終的電子產(chǎn)品使用中失效。尤其是對(duì)應(yīng)用于很強(qiáng)的物理作用力下例如火箭中的器件，此要求顯得格外重要。此外，粘片劑的選用標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)為不含污染物和在余下的流水作業(yè)的加熱環(huán)節(jié)中不會(huì)釋放氣體。最后，此工藝本身還應(yīng)該有高產(chǎn)能且經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。 （ 1） 低熔點(diǎn)粘片技術(shù) 粘片技術(shù)有兩種最主要的：低熔點(diǎn)融合法和銀漿粘貼法。低熔點(diǎn)融合法的得名是基于如下物理現(xiàn)象：當(dāng)兩種材料融合（合金）在一起時(shí)它的熔點(diǎn)會(huì)低于原先每個(gè) 單獨(dú)的材料各自的熔點(diǎn)。對(duì)于粘片工藝，這兩種材料分別是金和硅 。金的熔點(diǎn)是 1063186。C，而硅是 1415186。C 下熔化。當(dāng)兩種材料混在一起 時(shí)，它們會(huì)在 380186。C 的溫度下開始形成合金。金會(huì)被鍍到粘片區(qū)，然后在加熱的條件下與芯片底部的硅形成合金。 金對(duì)粘片工藝來說很象三明治的夾心層。芯片底部的粘片區(qū)域被沉積上或被鍍上一層金。有些時(shí)候會(huì)在粘片區(qū)沉積上或鍍上一層金與硅組成的合金膜。當(dāng)加熱時(shí)，這兩層膜連同芯片底部的一層硅膜形成了一層薄的合金膜。這層膜才是真正意義上的芯片封裝接合物。 低熔點(diǎn)粘片法需要四步。第一步是對(duì)封裝體加熱，直至金 硅合金融化成液體。第二步把芯片安放在粘片區(qū)。第三步研磨，稱為 “ 擦磨法 ” ，將芯片與封裝體的表面擠壓在一起。正是在這一步當(dāng)在加熱的條件下形成了金 硅合金膜。第四步即最后一步是冷卻整個(gè)系統(tǒng)，這樣就完成了芯片與封裝體的物理性與電性的連接。 低熔點(diǎn)粘片法可以人工來完成或使用能完成這四步操作的自動(dòng)化設(shè)備。金 硅低熔點(diǎn)粘片法以其強(qiáng)的粘合性，良好的散熱性，熱穩(wěn)定性和含較少的雜質(zhì)等