【正文】 移成型工藝一般包括晶圓減薄 (wafer ground)、晶圓切割 (wafer d icing or wafer saw)、芯片貼裝 (die attach or chip bonding)、引線鍵合 (wire bon ding)、轉(zhuǎn)移成型 (transfer molding)、后固化 (post cure)、去飛邊毛刺 (deflash)、上焊錫 (solder plating)、切筋打彎(trim and form)、打碼 (marking)等多道工序。 晶圓減薄是在專門的設(shè)備上，從晶圓背面進(jìn)行研磨，將晶圓減薄到適合封裝的程度。但是，隨著系統(tǒng)朝輕薄短小的方向發(fā)展，芯片封裝后模塊的厚度變得越來越薄，因 此，在封裝之前，一定要將晶圓的厚度減薄到可以接受的程度，以滿足芯片裝配的要求 。在晶圓減薄的工序中，受 力的均勻性將是關(guān)鍵，否則，晶圓很容易變形、開裂。較老式的劃片機(jī)是手動操作的，現(xiàn)在，一般的劃片機(jī)都已實現(xiàn)全自動化。無論是部分劃線還是完全分割硅片，鋸刀都是最好的，因為它劃出的邊緣整齊，很少有碎屑和裂口 產(chǎn)生。已切割下來的芯片要貼裝到框架的中間焊盤 (diepaddle)上。貼裝的方式可以是用軟焊料（指 PbSn 合金，尤其是含 Sn 的合金）、 AuSi 低共熔合金等焊接到基板上，在塑料封裝中最常用的方法是使用聚合物粘結(jié)劑 (polymer die adhesive)粘貼到金屬框架上。用芯片粘結(jié)劑貼裝的工藝過程如下：用針筒或注射器將粘結(jié)劑涂布到芯片焊盤上（要有合適的厚度和輪廓，對較小芯片來講 ，內(nèi)圓角形可提供足夠的強度，但不能太靠近芯片表面，否則會引起銀遷移現(xiàn)象），然后用自動拾片機(jī)（機(jī)械手）將芯片精確地放置到芯片焊盤的粘結(jié)劑上面。對 15到 30微米厚的粘結(jié)劑，壓力在 5N/cm2。聚合物粘結(jié)劑通常需要進(jìn)行固化處理，環(huán)氧基質(zhì) 粘結(jié)劑的固化條件一般是 150176。C， ）。具體的工藝參數(shù)可通過差分量熱儀（ Differential Scanning Calorimetry, DSC）實驗來確定。在塑料封裝中使用的引線主要是金線，其直徑一般在 到 ( 到 mil)。鍵合技術(shù)有熱壓焊 (thermopression)，熱超聲焊 (thermosonic)等。為了降低成本，也在研究用其它金屬絲，如鋁、銅、銀、鈀等來替代金絲鍵合。表面粗糙（不平整）、有氧化層形成或是有化學(xué)沾污、吸潮等都會影響到鍵合效果，降低鍵合強度。C 到 400176。超聲焊的優(yōu)點是可避免高溫，因為它用 20到 60 KHz 的超聲振動提供焊接所需的能量，所以，焊接溫度可以降低一些。楔焊的 缺點是必須旋轉(zhuǎn)芯片和基座，以使它們始終處于楔焊方向上，所以，楔焊的速度就必須放慢。將熱和超聲能量同時用于鍵合，就是所謂的熱超聲焊。在引線鍵合方面的改進(jìn)主要是因為需要越來越薄的封裝，有些超薄封裝的厚度僅有 。楔焊的優(yōu)點是可以用于微細(xì)間距焊盤上，適合于高密度封裝，它甚至可用于焊盤間距小于 75微米的鍵合，而若采用球焊，則 1密爾（ 25微米）的金絲，其球焊的直徑在 4密爾（ 63至 102微米）之間，要比楔焊大得多。轉(zhuǎn)移成型使用的材料一般為熱固性聚合物(thermosetting polymer)。再將其加熱時，只能變軟而不可能熔化、流動。在轉(zhuǎn)移成型活塞的壓力之下，塑封料被擠壓到澆道中，并經(jīng)過澆口注入模腔（在整個過程中，模具溫度保持在 170℃ 到 175℃ 左右）。用轉(zhuǎn)移成型法密封微電子器件，有許多優(yōu)點。當(dāng)然，它也有一些明顯的缺點：塑封料的利用率不高（在轉(zhuǎn)移罐、壁和澆道中的材料均無法重復(fù)使用，約有 20％到 40％的塑封料被浪費）； 使用標(biāo)準(zhǔn)的框架材料，對于擴(kuò)展轉(zhuǎn)移成型技術(shù)至較先進(jìn)的封裝技術(shù)（如 TAB 等）不利；對于高密度封裝有限制。由于材料的聚合度（固化程度）強烈影響材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度及熱應(yīng)力，所以，促使材料全部固化以達(dá)到一個穩(wěn)定的狀態(tài)，對于提高器件可靠性是十分重要的，后固化就是為了提高塑封料的聚合度而必須的工藝步驟，一般后固化條件為 170℃ 到 175℃ ， 2至 4小時。 在封裝成型過程中，塑封料可能會從二塊模具的合縫處滲出來，流到模塊外的框架材料上。若滲出部分較多、較厚，則稱為毛刺（ flash）或是飛邊毛刺（ flash and strain）。毛刺的厚度一般要薄于 10微米，它對于后 續(xù)工序如切筋打彎等工藝帶來麻煩，甚至?xí)p壞機(jī)器。隨著模具設(shè)計的改進(jìn)，以及嚴(yán)格控制注模條件，毛刺問題越來越不嚴(yán)重了，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了。另外，當(dāng)溢料發(fā)生在框架堤壩 (dam bar)背后時，可用所謂的 dejunk 工藝。用介質(zhì)去飛邊毛刺時，是將研磨料，如粒狀的塑料球和高壓空氣一起沖洗模塊。在以前曾有用天然的介質(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。用溶劑來去飛邊毛刺通常只適用于很薄的毛刺。 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作保護(hù)性鍍層，以增加其抗蝕性，并增加其可焊性。浸錫也包括清洗工序，然后放到助焊劑（ flux）中進(jìn)行浸泡，再放入熔融的焊錫中浸泡，最后用熱水沖淋。這是一種低共融合金，其熔點在 183－ 184℃ 之間。減少鉛的用量，主要是出于環(huán)境的考慮，因為鉛對環(huán)境的影響正日益引起人們的高度重視。但是，由于通常鈀的粘結(jié)性并不太好，需要先鍍一層較厚的、致密的、富鎳的阻擋層。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。 集成電路封裝工藝介紹 (下 ) 切筋打彎其實是二道工序，但通常同時完成。對于打彎工藝，最主要的問題是引腳的變形。而對 SMT 裝配來講，尤其是高引腳數(shù)目框架和微細(xì)間距框架器件，一個突出的問題是引腳的非共面性（ lead non coplanarity）。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要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。 打碼就是在封裝模塊的頂表面印上去不掉的、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，主要是為了識別并可跟蹤。它又包括油墨印碼(ink marking)和激光印碼 (laser marking)二種。油墨通常是高分子化合物，常常是基于環(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。另外，油墨比較容易被擦去。此時，特別要注意在后續(xù)工序中不要接觸模塊表面，以免損壞模塊表面的印碼。激光印碼是利用激光技術(shù)在模塊表面刻寫標(biāo)識。與油墨印碼相比，激光印碼最大的優(yōu)點是不易被擦去，而且，它也不涉及油墨的質(zhì)量問題，對模塊表面的要求相對較低，不需要后固化工序。當(dāng)然，可以通過對塑封料著色劑的改進(jìn)來解決這個問題。 器件裝配的方式有二種，一種是所謂的波峰焊（ wave soldering），另一種是所謂的回流焊（ reflow soldering）。波峰焊是早期發(fā)展起來的一種 PCB 板上元器件裝配工藝，現(xiàn)在已經(jīng)較少使用。在波峰焊工藝中，熔融的焊料被一股股噴射出來，形成焊料峰，故有此名。由于現(xiàn)在的元器件裝配大部分是混合式裝配，所以，回流焊工藝的應(yīng)用更為廣泛?；亓鞴に囍校骷?PCB 板要經(jīng)受高達(dá) 210℃到 230℃ 的高溫，同時，助焊劑等化學(xué)物質(zhì)對器件都有腐蝕性，所以，裝配工藝條件處置不當(dāng)，也會造成一系列的可靠性問題。質(zhì)量低劣的封裝可危害集成電路器件性能的其它優(yōu)點，如速度、價格低廉、尺寸小等等。事實上，塑料封裝的質(zhì)量與器件的性能和可靠性有很大的關(guān)系，但封裝性能更多取決于封裝設(shè)計和材料選擇而不是封裝生產(chǎn)，可靠性問題卻與封裝生產(chǎn)密切相關(guān)。這些測試包括一般的目檢、老化試驗（ burnin）和最終的產(chǎn)品測試（ final testing）。在該時期失效的器件一般是在硅制造工藝中引起的缺陷（即，它屬于壞芯片，但在片上測試時并未發(fā)現(xiàn)）。老化試驗的溫度、電壓負(fù)載和時間都因器件的不同而不同，同一種器件，不同的供應(yīng)商也可能使用不同的條件。 為了了解集成電路器件的使用壽命和可靠性 ，除了上述的老化試驗外，常用加速試驗使器件在較短的時間里失效，并進(jìn)行失效機(jī)理分析，以便盡快找到失效原因，改進(jìn)設(shè)計或工藝條件，提高器件的壽命和可靠性。對絕大多數(shù)集成電路產(chǎn)品來講，最短的工作時間也有好幾年，但是，制造的時間卻很短，因此，在常規(guī)操作條件下做資質(zhì)試驗（ qualification test）是不太實際的，也是不經(jīng)濟(jì)的。由于失效是隨時間分布的，所以，在分析失效速度時要用到許多統(tǒng)計的方法， 包括根據(jù)輔助可靠性要求設(shè)計的置信度和樣本數(shù)。在選擇加速力時尤其要特別小心，因為加速試驗的目的是在于讓確實存在的缺陷提前暴露出來，而不是為了誘導(dǎo)產(chǎn)生新的缺陷或讓存在的缺陷逃脫。不同的器件，其使用條件和可靠性要求不同，需要設(shè)計不同的加速試驗，以便實驗數(shù)據(jù)能真正反映器件的正常壽命，為改進(jìn)設(shè)計或工藝提供可靠的實驗依據(jù)。器件電學(xué)性能測試異常，通常有三種情況：開路、短路、電參數(shù)漂移。前一種的失效是瞬時的、災(zāi)難性的，后一種是累積的，漫長的，首先表現(xiàn)在器件性能的衰退，然后才是器件失效。在機(jī)械方面，包括一般的沖擊、振動（如汽車發(fā)動機(jī)罩下面的電子裝置）、填充料顆粒在硅芯片上產(chǎn)生的應(yīng)力、慣性力（如加農(nóng)炮外殼在發(fā)射時引信受到的力）等，這些負(fù)荷對材料和結(jié)構(gòu)的響應(yīng)有彈性形變、塑性形變、彎曲（ buckle）、脆性或柔性斷裂（ fracture）、界面分層、疲勞裂縫產(chǎn)生及增殖、蠕變（ creep）及蠕變開裂等；在熱學(xué)方面，包括芯片粘結(jié)劑固化時的放熱、引線 鍵合前的預(yù)加熱、成型工藝、后固化、鄰近元器件的重新加工（ rework）、浸錫、波峰焊、回流焊等，熱負(fù)荷造成的影響在于材料的熱膨脹，由于材料之間的 CTE 失配，引起局部應(yīng)力，導(dǎo)致失效；在電學(xué)方面，突然的電沖擊（如汽車發(fā)動時的點火）、由于電壓不穩(wěn)和電傳輸過程中突然的振蕩（如接地不良）而引起的電流波動、靜電電荷、電過載或輸入電壓過高、電流過大，電負(fù)荷造成介電擊穿、電壓表面擊穿、電能的熱損耗、電遷移，還會引起電銹蝕、由于枝蔓晶生長而引起的漏電流、電熱降解等；在輻射方面，封裝材料中微量的放射性元素（如鈾、釷等放射性元素 ）引起的 a 粒子輻射，尤其對存儲器有影響，會引起器件性能下降及包封料的降聚作用，在器件表面覆蓋聚酰亞胺涂層或用人工合成的填充料都是解決的途徑；在化學(xué)方面，環(huán)境造成的銹蝕、氧化、離子表面枝蔓生長等都會引起失效，而潮濕環(huán)境下的潮氣進(jìn)入則是最主要的問題，進(jìn)入塑封料中的潮氣，會將材料中的催化劑等其它添加劑中的離子萃取出來，生成副產(chǎn)品，進(jìn)入芯片上的金屬焊盤、半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)、材料的界面等，激活失效機(jī)理。減小應(yīng)力誘 導(dǎo)參數(shù)變化和失效的方法之一是積極從封裝設(shè)計、材料選擇和工藝參數(shù)中來分配熱收縮應(yīng)力。同時，為了保證器件的電學(xué)和力學(xué)方面的可靠性，在封裝設(shè)計中失效分析也是關(guān)鍵的因素，而為了使失效分析達(dá)到最佳效果，一定要按部就班地進(jìn)行分析，以保證不遺漏相關(guān)的信息。除了封裝模塊的開裂之外，其它失效都 發(fā)生在模塊之內(nèi)。失效分析方法一般可分為無損檢測和開封檢測二種。開封檢測則是首先打開器件的封裝部分，再借助儀器設(shè)備對失效原因進(jìn)行檢測。但是，當(dāng)封裝 內(nèi)部缺陷尺度小于 1微米時，就達(dá)到了這些技術(shù)的分辨率極限。開封方法包括化學(xué)、機(jī)械和等離子體刻蝕等。 X 射線成象術(shù)： X 射線可以穿過塑封料并對包封內(nèi)部的金屬部件成像，因此，它特別適用 于評價由流動誘導(dǎo)應(yīng)力引起的引線變形和 /或芯片焊盤的位移。 X 射線分析還可用于 評估氣泡的產(chǎn)生和位置，塑封料中那些直徑大于 1毫米的大空洞，很容易探測到，而微束（ fine focus） X 射線分析儀可探測到尺寸更小的氣泡。在 Z 軸方向上，要有足夠的位移，以方便在不同位置上聚焦。用 X 射線檢測芯片焊盤的位移較為困難，因為焊盤位移相對于原來的位置來說更多的是傾斜而不是平移，所以，在用 X 射線分析時必須從側(cè)面穿過較厚的塑封料來檢測。 C－ SAM： C 模式掃描超聲顯微鏡的工作原理與普通醫(yī)學(xué)上所用的 B 超很相似，只是它使用的是 C 模式。用于檢測集成電路封裝的聲波成像技術(shù)有好 幾種，但最廣泛應(yīng)用的模式是反射式。因為聲波是物質(zhì)波（ matter wave）， C－ SAM 技術(shù)能夠反映 X 射線成像術(shù)無法探測到的封裝裂痕。 C－ SAM 的空間分辨率在 50到 400微米之間，取決于許多因素，包括聲波顯微鏡的頻率、封裝模塊的厚度及塑封料對聲波的吸收等。顯微鏡包括一般的光學(xué)顯微鏡和電子顯微鏡。光學(xué)顯微鏡最好可以同時從目鏡和顯示屏中觀察，若帶有成像技術(shù)（拍照、錄象）就更加理想。大部分 SEM 都附帶 EDX（ energy dispersion Xray），可用于探測所選區(qū)域的材料成分（元素），對于表面沾污、界面分層等的分析很有幫助。 其它分析方法：由于封裝工藝中大量使用高分子材料，所以，一些高分子表征手段使用也十分廣泛，如 DSC（ differential scanning calorimetry，差分掃描量熱儀）、 TMA（ thermomechanical analysis，熱機(jī)械分析）、 TGA（ thermogravimetric analysis，熱重分析）、 DMA（ dynamic mechanical analysis，動態(tài)機(jī)械分析）及流變分析等，這些設(shè)備可以幫助了解和掌握高分子材料的熱性能、機(jī)械（力學(xué)）性能和流變性能，對于工藝條件的改進(jìn)是很有幫助的。 在器件失效分析中，另一種十分有 用的分析方法是剖面分析（ crosssection）方法，