第三章集成电路制造过程2

1、1集成电路的制造过程集成电路的制造过程2v一、封装基础知识一、封装基础知识 定义、作用、分类、命名、发展趋势定义、作用、分类、命名、发展趋势v二、封装形式的发展二、封装形式的发展v三、封装工艺和控制三、封装工艺和控制 流程、工艺、材料、优化和控制工具流程、工艺、材料、优化和控制工具v四、封装失效和可靠性四、封装失效和可靠性 失效模式、原因、防静电、可靠性评价失效模式、原因、防静电、可靠性评价v五、封装设计和开发五、封装设计和开发 设计考虑因素、开发封装形式案例设计考虑因素、开发封装形式案例v六、封装标准和客诉分析六、封装标准和客诉分析 外观标准、投诉分析方法和案例外观标准、投诉分析方法和案例v

2、七、环保和无铅工艺七、环保和无铅工艺 法规法规、绿色环保、无铅和测试、环保带绿色环保、无铅和测试、环保带 来的可靠性问题来的可靠性问题v八、八、Flip ChipFlip Chip封装介绍封装介绍 工艺和特点工艺和特点 3封装基础知识封装基础知识1 1、定义、定义: : 封装指把硅片上的电路管脚封装指把硅片上的电路管脚, ,用导线接引到用导线接引到外部接头处外部接头处, ,以便与其它器件连接。以便与其它器件连接。 封装也叫组装，可以用封装的加工过程来封装也叫组装，可以用封装的加工过程来定义封装。封装包括芯片的安装和器件的包定义封装。封装包括芯片的安装和器件的包封两个部分。封两个部分。42 2、

3、封装的主要作用、封装的主要作用v信号分配，包括布图和电磁性能考虑。信号分配，包括布图和电磁性能考虑。v电源分配，包括电磁、结构和材料方面的电源分配，包括电磁、结构和材料方面的考虑，为器件提供合适的外引线。考虑，为器件提供合适的外引线。v热耗散，包括结构和材料方面的考虑。热耗散，包括结构和材料方面的考虑。v元器件和互联的保护，包括机械、化学、元器件和互联的保护，包括机械、化学、电磁方面。电磁方面。封装基础知识5封装基础知识封装基础知识3 3、封装的分类、封装的分类v按结构材料来分，可分为三大类：金属封装、按结构材料来分，可分为三大类：金属封装、陶瓷封装、塑料封装。陶瓷封装、塑料封装。v特点：特点

4、： 金属、陶瓷封装属于气密性封装，可靠性高、金属、陶瓷封装属于气密性封装，可靠性高、成本高，通用性低。成本高，通用性低。 塑料封装属于非气密性封装，防潮性能较差，塑料封装属于非气密性封装，防潮性能较差，成本低，通用性高。成本低，通用性高。6封装基础知识封装基础知识 按电路安装方式分类，可分为两大类：通按电路安装方式分类，可分为两大类：通孔插装式安装器件孔插装式安装器件PTHPTH（PIN-THROUGH-HOLEPIN-THROUGH-HOLE）和表面安装器件（和表面安装器件（SURFACE-MOUNT-SURFACE-MOUNT-TECHNOLOGYTECHNOLOGY）。）。 特点：特点：

5、 插装式的结构便于自动化安装和高的可靠性焊插装式的结构便于自动化安装和高的可靠性焊接，体积大。表面安装式结构引线密度高，体积小，接，体积大。表面安装式结构引线密度高，体积小，焊接要求高。焊接要求高。 7封装基础知识封装基础知识5 5、各种、各种ICIC封装形式封装形式vSIPSIP、FSIPFSIP、DIPDIP、SDIPSDIP、SKDIPSKDIP、FZIPFZIP、HDIPHDIP、PGAPGA vSOPSOP、HSOPHSOP、SSOPSSOP、TSOPTSOP、QFPQFP、LQFPLQFP、TQFPTQFP、PLCCPLCCvBGABGA、CBGACBGA、CSPCSP、FLIPF

6、LIP、CHIPCHIP8封装基础知识封装基础知识DIP Dual In-line Package 双列直插封装 QFP Quad Flat Package 四边引出扁平封装 PQFP Plastic Quad Flat Package 塑料四边引出扁平封装SQFP Shorten Quad Flat Package 缩小型细引脚间距QFPBGA Ball Grid Array Package 球栅阵列封装 PGA Pin Grid Array Package 针栅阵列封装 CPGA Ceramic Pin Grid Array 陶瓷针栅阵列矩阵PLCC Plastic Leaded Chip

7、 Carrier 塑料有引线芯片载体9封装基础知识封装基础知识CLCC Ceramic Leaded Chip Carrier 塑料无引线芯片载体SOP Small Outline Package 小尺寸封装 TSOP Thin Small Outline Package 薄小外形封装 SOT Small Outline Transistor 小外形晶体管 SOJ Small Outline J-lead Package J形引线小外形封装SOIC Small Outline Integrated Circuit Package 小外形集成电路封装10封装基础知识封装基础知识DIPSOPFSI

8、PQFP11封装基础知识封装基础知识v 封装对于芯片来说是必须的，也是至关封装对于芯片来说是必须的，也是至关重要的。因为芯片必须与外界隔离，以防止重要的。因为芯片必须与外界隔离，以防止空气中的杂质对芯片电路的腐蚀而造成电气空气中的杂质对芯片电路的腐蚀而造成电气性能下降。另一方面，封装后的芯片也更便性能下降。另一方面，封装后的芯片也更便于安装和运输。由于封装技术的好坏还直接于安装和运输。由于封装技术的好坏还直接影响到芯片自身性能的发挥和与之连接的影响到芯片自身性能的发挥和与之连接的PCB（印制电路板）的设计和制造，因此它（印制电路板）的设计和制造，因此它是至关重要的。是至关重要的。12封装基础知

9、识封装基础知识v 封装也可以说是指安装半导体集成电路封装也可以说是指安装半导体集成电路芯片用的外壳，它不仅起着安放、固定、密芯片用的外壳，它不仅起着安放、固定、密封、保护芯片和增强导热性能的作用，而且封、保护芯片和增强导热性能的作用，而且还是沟通芯片内部世界与外部电路的桥梁还是沟通芯片内部世界与外部电路的桥梁芯片上的接点用导线连接到封装外壳的引脚芯片上的接点用导线连接到封装外壳的引脚上，这些引脚又通过印刷电路板上的导线与上，这些引脚又通过印刷电路板上的导线与其他器件建立连接。因此，对于很多集成电其他器件建立连接。因此，对于很多集成电路产品而言，封装技术都是非常关键的一环。路产品而言，封装技术都

10、是非常关键的一环。13封装基础知识封装基础知识v 在微电子器件的总体成本中，设计占了三在微电子器件的总体成本中，设计占了三分之一，芯片生产占了三分之一，而封装和分之一，芯片生产占了三分之一，而封装和测试也占了三分之一，真可谓三分天下有其测试也占了三分之一，真可谓三分天下有其一一 。 芯片的封装技术已经历了好几代的变迁，芯片的封装技术已经历了好几代的变迁，从从DIPDIP、QFPQFP、PGAPGA、BGABGA到到CSPCSP再到再到MCMMCM，技术，技术指标一代比一代先进，包括芯片面积与封装指标一代比一代先进，包括芯片面积与封装面积之比越来越接近于面积之比越来越接近于1 1，适用频率越来越

11、高，适用频率越来越高，耐温性能越来越好，引脚数增多，引脚间距耐温性能越来越好，引脚数增多，引脚间距减小，重量减小，可靠性提高，使用更加方减小，重量减小，可靠性提高，使用更加方便等等。便等等。14封装基础知识封装基础知识15封装基础知识封装基础知识16封装基础知识封装基础知识v一、一、DIP封装封装 70年代流行的是双列直插封装，简称年代流行的是双列直插封装，简称DIP。DIP封装结构具有以下特点封装结构具有以下特点: 1.适合适合PCB的穿孔安装的穿孔安装; 2. 易于对易于对PCB布线布线; 3.操作方便。操作方便。 DIP封装结构形式有封装结构形式有:多层陶瓷双列直插式多层陶瓷双列直插式D

12、IP，单层陶瓷双列直插式单层陶瓷双列直插式DIP，引线框架式，引线框架式DIP(含玻璃含玻璃陶瓷封接式，塑料包封结构式，陶瓷低熔玻璃封装陶瓷封接式，塑料包封结构式，陶瓷低熔玻璃封装式式)。17封装基础知识封装基础知识v 衡量一个芯片封装技术先进与否的重要指标是衡量一个芯片封装技术先进与否的重要指标是芯片面积与封装面积之比，这个比值越接近芯片面积与封装面积之比，这个比值越接近1越好。越好。以采用以采用40根根I/O引脚塑料包封双列直插式封装引脚塑料包封双列直插式封装 (PDIP)的的CPU为例，其芯片面积为例，其芯片面积/封装面积封装面积 =33/15.2450=1：86,离离1相差很远。不难看

13、出，相差很远。不难看出，这种封装尺寸远比芯片大，说明封装效率很低，占这种封装尺寸远比芯片大，说明封装效率很低，占去了很多有效安装面积。去了很多有效安装面积。Intel公司这期间的公司这期间的CPU如如8086、80286都采用都采用PDIP封装。封装。18封装形式的发展60年代DIP70年代LCC80年代QFP、 -SMT90年代BGP、 CSP、MCM19封装形式的发展v芯片载体封装芯片载体封装 80年代出现了芯片载体封装，其中有陶瓷无引年代出现了芯片载体封装，其中有陶瓷无引线芯片载体线芯片载体LCCC、塑料有引线芯片载体、塑料有引线芯片载体PLCC、小尺寸封装小尺寸封装SOP、塑料四边引出

14、扁平封装、塑料四边引出扁平封装PQFP。 以以0.5mm焊区中心距，焊区中心距，208根根I/O引脚的引脚的QFP封封装的装的CPU为例，外形尺寸为例，外形尺寸2828mm，芯片尺寸，芯片尺寸1010mm，则芯片面积，则芯片面积/封装面积封装面积=1010/2828=1：7.8，由此可见，由此可见QFP比比DIP的的封装尺寸大大减小。封装尺寸大大减小。20封装形式的发展21封装形式的发展vQFP的特点是的特点是:1.适合用适合用SMT表面安装技术在表面安装技术在PCB上安装布上安装布线线;2.封装外形尺寸小，寄生参数减小，适合高封装外形尺寸小，寄生参数减小，适合高频应用频应用;3.操作方便操作

15、方便;4.可靠性高。可靠性高。 在这期间，在这期间，Intel公司的公司的CPU，如，如Intel 80386就采用塑料四边引出扁平封装就采用塑料四边引出扁平封装PQFP。22封装形式的发展v 90年代随着集成技术的进步、设备的改年代随着集成技术的进步、设备的改进和深亚微米技术的使用，硅单芯片集成度进和深亚微米技术的使用，硅单芯片集成度不断提高，对集成电路封装要求更加严格，不断提高，对集成电路封装要求更加严格，I/O引脚数急剧增加，功耗也随之增大。为满引脚数急剧增加，功耗也随之增大。为满足发展的需要，在原有封装品种基础上，又足发展的需要，在原有封装品种基础上，又增添了新的品种增添了新的品种球栅

16、阵列封装，简称球栅阵列封装，简称BGA(Ball Grid Array Package)。23封装形式的发展24封装形式的发展v BGA一出现便成为一出现便成为CPU、南北桥等、南北桥等VLSI芯片的高密度、高性能、多功能及高芯片的高密度、高性能、多功能及高I/O引脚引脚封装的最佳选择。其特点有封装的最佳选择。其特点有: 1.I/O引脚数虽然增多，但引脚间距远大于引脚数虽然增多，但引脚间距远大于QFP，从而提高了组装成品率，从而提高了组装成品率; 2.虽然它的功耗增加，但虽然它的功耗增加，但BGA能用可控塌能用可控塌陷芯片法焊接，简称陷芯片法焊接，简称C4焊接，从而可以改善焊接，从而可以改善它

17、的电热性能它的电热性能: 3.厚度比厚度比QFP减少减少1/2以上，重量减轻以上，重量减轻3/4以上以上; 4.寄生参数减小，信号传输延迟小，使用寄生参数减小，信号传输延迟小，使用频率大大提高频率大大提高;25封装形式的发展v5.组装可用共面焊接，可靠性高组装可用共面焊接，可靠性高;6.BGA封装仍与封装仍与QFP、PGA一样，占用基板一样，占用基板面积过大面积过大;Intel公司对这种集成度很高公司对这种集成度很高(单芯单芯片里达片里达300万只以上晶体管万只以上晶体管)，功耗很大的，功耗很大的CPU芯片，如芯片，如Pentium、Pentium Pro、Pentium 采用陶瓷针栅阵列封装

18、采用陶瓷针栅阵列封装CPGA和和陶瓷球栅阵列封装陶瓷球栅阵列封装CBGA，并在外壳上安装，并在外壳上安装微型排风扇散热，从而达到电路的稳定可靠微型排风扇散热，从而达到电路的稳定可靠工作。工作。26封装形式的发展v 曾有人想，当单芯片一时还达不到多种曾有人想，当单芯片一时还达不到多种芯片的集成度时，能否将高集成度、高性能、芯片的集成度时，能否将高集成度、高性能、高可靠的高可靠的CSP芯片芯片(用用LSI或或IC)和专用集成电和专用集成电路芯片路芯片 (ASIC)在高密度多层互联基板上用表在高密度多层互联基板上用表面安装技术面安装技术(SMT)组装成为多种多样电子组组装成为多种多样电子组件、子系统

19、或系统。由这种想法产生出多芯件、子系统或系统。由这种想法产生出多芯片组件片组件MCM。MCM的特点有的特点有: 1.封装延迟时间缩小，易于实现组件高速封装延迟时间缩小，易于实现组件高速化化; 2.缩小整机缩小整机/组件封装尺寸和重量，一般体组件封装尺寸和重量，一般体积减小积减小1/4，重量减轻，重量减轻1/3; 3.可靠性大大提高。可靠性大大提高。27封装形式的发展28封装形式的发展v 随着随着LSI设计技术和工艺的进步及深亚微设计技术和工艺的进步及深亚微米技术和微细化缩小芯片尺寸等技术的使用，米技术和微细化缩小芯片尺寸等技术的使用，人们产生了将多个人们产生了将多个LSI芯片组装在一个精密多芯

20、片组装在一个精密多层布线的外壳内形成层布线的外壳内形成MCM产品的想法。进一产品的想法。进一步又产生另一种想法步又产生另一种想法:把多种芯片的电路集成把多种芯片的电路集成在一个大圆片上，从而又导致了封装由单个在一个大圆片上，从而又导致了封装由单个小芯片级转向硅圆片级小芯片级转向硅圆片级(wafer level)封装的封装的变革，由此引出系统级芯片变革，由此引出系统级芯片SOC和电脑级芯和电脑级芯片片PCOC。29封装形式的发展v 封装大致经过了如下发展进程：封装大致经过了如下发展进程： 结构方面：结构方面：TODIPLCCQFPBGA CSP； 材料方面：金属、陶瓷材料方面：金属、陶瓷陶瓷、塑

21、料陶瓷、塑料塑料；塑料； 引脚形状：长引线直插引脚形状：长引线直插短引线或无引短引线或无引线贴装线贴装球状凸点；球状凸点； 装配方式：通孔插装装配方式：通孔插装表面组装表面组装直接直接安装。安装。30封装形式的发展vDIP-双列直插式封装。插装型封装之一，引双列直插式封装。插装型封装之一，引脚从封装两侧引出，封装材料有塑料和陶瓷脚从封装两侧引出，封装材料有塑料和陶瓷两种。两种。DIP是最普及的插装型封装，应用范是最普及的插装型封装，应用范围包括标准逻辑围包括标准逻辑IC，存贮器，存贮器LSI，微机电路等。，微机电路等。vPLCC-封装方式，外形呈正方形，封装方式，外形呈正方形，32脚封装，脚封

22、装，四周都有管脚，外形尺寸比四周都有管脚，外形尺寸比DIP封装小得多。封装小得多。PLCC封装适合用封装适合用SMT表面安装技术在表面安装技术在PCB上安装布线，具有外形尺寸小、可靠性高的上安装布线，具有外形尺寸小、可靠性高的优点。优点。31封装形式的发展vPQFP-封装的芯片引脚之间距离很小，管脚很细，封装的芯片引脚之间距离很小，管脚很细，一般大规模或超大规模集成电路采用这种封装形式，一般大规模或超大规模集成电路采用这种封装形式，其引脚数一般都在其引脚数一般都在100以上。以上。vSOP-19681969年菲为浦公司就开发出小外形封年菲为浦公司就开发出小外形封装（装（SOP）。以后逐渐派生出

23、）。以后逐渐派生出SOJ（J型引脚小外型引脚小外形封装）、形封装）、TSOP（薄小外形封装）、（薄小外形封装）、VSOP（甚（甚小外形封装）、小外形封装）、SSOP（缩小型（缩小型SOP）、）、TSSOP（薄的缩小型（薄的缩小型SOP）及）及SOT（小外形晶体管）、（小外形晶体管）、SOIC（小外形集成电路）等（小外形集成电路）等。32封装形式的发展v 近年来，国内外集成电路近年来，国内外集成电路(IC)市场的需求不断市场的需求不断上升，产业规模发展迅速，上升，产业规模发展迅速，IC产业已成为国民经济产业已成为国民经济发展的关键。旺盛的封测市场需求给国内的封测企发展的关键。旺盛的封测市场需求给

24、国内的封测企业带来了良好的发展机遇，中国封装测试产业目前业带来了良好的发展机遇，中国封装测试产业目前正在逐步走向良性循环。但是，国内封测企业尤其正在逐步走向良性循环。但是，国内封测企业尤其是本土企业在技术水平和生产规模上与国际一流企是本土企业在技术水平和生产规模上与国际一流企业相比仍有很大差距，多数项目属于劳动密集型的业相比仍有很大差距，多数项目属于劳动密集型的中等适用封装技术，还处于以市场换技术的中等适用封装技术，还处于以市场换技术的“初级初级阶段阶段”。33封装形式的发展v 面对强劲的市场和面对强劲的市场和IC封装产业的发展需封装产业的发展需求，开发具有自主知识产权的先进封装技术，求，开发

25、具有自主知识产权的先进封装技术，形成具有自主创新能力和核心竞争力的产业形成具有自主创新能力和核心竞争力的产业链，实现本土企业的可持续发展，已成为中链，实现本土企业的可持续发展，已成为中国国IC封装业亟待解决的一项具有全局性和战封装业亟待解决的一项具有全局性和战略性意义的问题。国家重点扶持的高密度集略性意义的问题。国家重点扶持的高密度集成电路封装技术国家工程实验室正是顺应了成电路封装技术国家工程实验室正是顺应了这一需求。这一需求。34二、封装工艺和控制二、封装工艺和控制1 1、工艺流程、工艺流程（传统封装）传统封装）电镀35二、封装工艺和控制二、封装工艺和控制2 2、工艺过程和作用、工艺过程和作

26、用A A、磨片磨片( (背面减薄背面减薄) ) 圆片的厚度与尺寸有关圆片的厚度与尺寸有关。原因：提高圆片的机械强度，减少翘曲和防止原因：提高圆片的机械强度，减少翘曲和防止碎片。为便于划片和减少体硅电阻，并有利于碎片。为便于划片和减少体硅电阻，并有利于散热和适合封装外形的需要，必须将圆片减薄散热和适合封装外形的需要，必须将圆片减薄到相应厚度。厚度一般为到相应厚度。厚度一般为200200um-350um,um-350um,特殊封特殊封装在装在150150umum-180-180umum。v磨片方式有两种磨片方式有两种: : 一种是正面用白蜡粘在贴片一种是正面用白蜡粘在贴片盘上盘上, ,另一种正面贴

27、保护膜另一种正面贴保护膜, ,用抽真空吸附在贴用抽真空吸附在贴片盘上，现在采用后一种方式。片盘上，现在采用后一种方式。36园片正面贴片后37园片背面磨片后38二、封装工艺和控制二、封装工艺和控制2 2、工艺过程和作用、工艺过程和作用B B、划片（分片）划片（分片）: :划片将圆片分割才成许划片将圆片分割才成许多单独的管芯多单独的管芯, ,便于装片。便于装片。v划片有机械切割和激光分割两种，划片划片有机械切割和激光分割两种，划片有两种形式有两种形式, ,一种局部划片一种局部划片, ,圆片不划穿圆片不划穿. .另一种圆片划穿。另一种圆片划穿。39贴片膜园片环片盒贴片后40划片后41二、封装工艺和控

28、制二、封装工艺和控制2 2、工艺过程和作用、工艺过程和作用C C、装片将芯片装到引线框的指定位置上。装片将芯片装到引线框的指定位置上。v基本要求：达到一定的机械强度基本要求：达到一定的机械强度, ,具有良好的具有良好的欧姆接触，散热性好，化学稳定性好。欧姆接触，散热性好，化学稳定性好。v通常有共晶焊和聚合物沾接两种方式。通常有共晶焊和聚合物沾接两种方式。v材料有锡铅合金焊料和导电银胶。材料有锡铅合金焊料和导电银胶。v装片应注意表面擦伤装片应注意表面擦伤, ,沾接材料的背面溢出情沾接材料的背面溢出情况等。况等。42导电胶管滴胶头银浆引线框装片点胶和传送43装片机装片机取芯片44二、封装工艺和控制

29、二、封装工艺和控制2 2、工艺过程和作用、工艺过程和作用D D、键合键合用细金属丝将芯片上的电极引线和引线用细金属丝将芯片上的电极引线和引线框内引线连接的过程称为键合。框内引线连接的过程称为键合。v键合方法：目前主要有热压焊和热超声键合方法：目前主要有热压焊和热超声焊焊。v键合引线材料主要有金、铝、铜键合引线材料主要有金、铝、铜。45键合机键合机劈刀键合打线46键合键合金线金线键合后47二、封装工艺和控制二、封装工艺和控制2 2、工艺过程和作用、工艺过程和作用E E、塑封塑封利用专用模具，在一定的压力和温度条件下，利用专用模具，在一定的压力和温度条件下，用塑封树脂把键合后半成品封装保护起来的过

30、用塑封树脂把键合后半成品封装保护起来的过程。程。v塑封技术有转移成型技术和预成型塑封技术有转移成型技术和预成型。v塑封三种塑封模式，分别使用单注塑杆模、塑封三种塑封模式，分别使用单注塑杆模、MGPMGP模，自动模具。模，自动模具。 v塑封材料：塑封树脂、清模试纸、脱摸剂。塑封材料：塑封树脂、清模试纸、脱摸剂。48塑封手动压机49塑封后的产品50二、封装工艺和控制二、封装工艺和控制2 2、工艺过程和作用、工艺过程和作用F F、去飞边去飞边去飞边的作用是除去引线框上的塑封飞边，便去飞边的作用是除去引线框上的塑封飞边，便于电镀。于电镀。v去飞边主要有喷砂、高压水、电解去飞边三种去飞边主要有喷砂、高压

31、水、电解去飞边三种方法，去飞边前还有软化辅助工艺。方法，去飞边前还有软化辅助工艺。v喷砂去飞边对引线脚损伤小，但表面容易氧化，喷砂去飞边对引线脚损伤小，但表面容易氧化，高压水容易引起引线脚变形和弯曲。高压水容易引起引线脚变形和弯曲。51去飞边进料部分52去飞边出料部分53二、封装工艺和控制二、封装工艺和控制2 2、工艺过程和作用、工艺过程和作用G G、电镀电镀电镀是为了便于焊接和防止管脚生锈。电镀是为了便于焊接和防止管脚生锈。v引线脚的后处理工艺有：电镀和浸锡两引线脚的后处理工艺有：电镀和浸锡两种。种。v电镀成分，通常有纯锡和锡铅电镀两种。电镀成分，通常有纯锡和锡铅电镀两种。v电镀方式：挂镀和

32、高速镀。电镀方式：挂镀和高速镀。54电镀机电镀机电镀上料55电镀下料56二、封装工艺和控制二、封装工艺和控制2 2、工艺过程和作用、工艺过程和作用H H、打印打印按客户要求在成品电路上打上标记。按客户要求在成品电路上打上标记。v打印分油墨和激光两种。打印分油墨和激光两种。v油墨分红外油墨和紫外油墨，油墨的选油墨分红外油墨和紫外油墨，油墨的选择与设备有关。择与设备有关。v油墨打印分条带打印和单个打印。油墨打印分条带打印和单个打印。v激光打印为条带打印。激光打印为条带打印。57手动激光打印机手动激光打印机手动激光打印58二、封装工艺和控制二、封装工艺和控制2 2、工艺过程和作用、工艺过程和作用I

33、I、切筋打弯切筋打弯切筋是切除引线脚之间的连筋切筋是切除引线脚之间的连筋、边框和边框和除去废胶。打弯是将引线脚弯成一定的除去废胶。打弯是将引线脚弯成一定的形状。形状。v根据不同封装形式，分切筋，切筋根据不同封装形式，分切筋，切筋- -打弯，打弯，切筋切筋- -电镀电镀- -打弯等工艺流程。打弯等工艺流程。59切筋打弯机切筋打弯机自动切筋打弯机60二、封装工艺和控制二、封装工艺和控制2 2、工艺过程和作用、工艺过程和作用J J、包装包装检查成品电路的外观，并将合格产品按检查成品电路的外观，并将合格产品按包装规范进行包装。包装规范进行包装。v包装的主要工作就是检查和包装。包装的主要工作就是检查和包

34、装。61包装检验包装检验62二、封装工艺和控制二、封装工艺和控制2 2、工艺过程和作用、工艺过程和作用K K、QAQA（QUALITY ASSURANCEQUALITY ASSURANCE） QAQA代表客户对出厂产品按一定规范进行抽样检代表客户对出厂产品按一定规范进行抽样检查。查。v检查内容与包装基本相同。根据客户要求可增检查内容与包装基本相同。根据客户要求可增加产品的考核。加产品的考核。L L、出货（出货（SHIPPINGSHIPPING） 按客户要求进行外包装后发往客户指定地点。按客户要求进行外包装后发往客户指定地点。 63二、封装工艺和控制二、封装工艺和控制3 3、工艺优化方法、工艺优

35、化方法A A、对分法对分法B B、0.6180.618法：适用于单因素。法：适用于单因素。C C、DOEDOE正交试验法：适用于多因素多条件。正交试验法：适用于多因素多条件。4 4、积极控制计划和质量控制计划、积极控制计划和质量控制计划 POSITROLPOSITROL：工艺控制方法。工艺控制方法。 CONTROL PLANCONTROL PLAN：产品质量检查的频次、抽产品质量检查的频次、抽样数量、判定标准、器具等。样数量、判定标准、器具等。64三、封装失效和可靠性三、封装失效和可靠性1 1、塑封生产线常见不良、塑封生产线常见不良 序号工序124磨片碎裂缺角擦伤厚度划片划偏缺角擦伤沾污装片擦

36、伤沾污掉片倾斜键合断丝塌丝内外/脱强度塑封未充填麻点/气孔偏心溢料去飞边引线框变形飞边残留塑封体打毛电镀未镀上污染变色镀层不足打印白板沾污倾斜印记错误切筋断筋弯脚偏心缺角65三、封装失效和可靠性三、封装失效和可靠性2 2、封装失效及比例、封装失效及比例a注：与封装或组装有关的失效 66三、封装失效和可靠性三、封装失效和可靠性3 3、封装失效及主要原因、封装失效及主要原因序号失效模式主要原因1芯片开裂装片顶针、材料应力、切筋机械损伤2芯片钝化层损伤键合参数、水分、圆片制造工艺3金丝弯曲、冲丝键合参数、框架结构、模具、塑封工艺4金丝断裂和脱落键合参数、引线框镀层、运输碰伤和震动5键合焊盘腐蚀水分、

37、塑封料、包装和保存6分层导电胶、塑封料、引线框、封装工艺7塑封体开裂材料应力、塑封料应力、粘模、切筋机械损伤8封装体爆裂塑封材料、塑封工艺、水分、不合适的封装形式9金丝焊点疲劳金丝材料、键合工艺67三、封装失效和可靠性三、封装失效和可靠性4 4、封装环境和防静电、封装环境和防静电A A、 环境要求环境要求v净化级别：每立方英尺气体内固体颗粒的数量。净化级别：每立方英尺气体内固体颗粒的数量。 封装前工序（磨片封装前工序（磨片键合）：键合）：1000010000级级 封装后工序（塑封封装后工序（塑封包装）：包装）：100000100000级级 室外通常在室外通常在100100万级以上万级以上温湿度

38、：温湿度：v封装前工序及材料室：封装前工序及材料室：232344、40%60%40%60% 封装后工序：封装后工序：252533、40%70%40%70%68三、封装失效和可靠性三、封装失效和可靠性4 4、封装环境和防静电、封装环境和防静电B B、 防静电防静电v为什么要防静电：为什么要防静电： 在集成电路封装过程中极易产品静电，静电的在集成电路封装过程中极易产品静电，静电的产生会造成产生会造成MOSMOS电路的芯片受损，造成电路开电路的芯片受损，造成电路开短路等危害，直接影响产品质量和可靠性。短路等危害，直接影响产品质量和可靠性。v如何防静电：如何防静电： 穿戴防静电工作服、鞋；防静电腕带；

39、防静电穿戴防静电工作服、鞋；防静电腕带；防静电地板；工作台接地；设备接地；部分设备有除地板；工作台接地；设备接地；部分设备有除静棒、静棒、CO2CO2发处理器等离子风机。发处理器等离子风机。69三、封装失效和可靠性三、封装失效和可靠性v防静电的防静电的3 3种方法：种方法： 防止静电产生防止静电产生 静电泄露静电泄露 静电中和静电中和v防静电日常检查：防静电日常检查： 部分工段中有静电测试仪，每天工作前必须检部分工段中有静电测试仪，每天工作前必须检查，合格后才能上岗。查，合格后才能上岗。70防静电腕带的测试：防静电腕带的测试：1。佩戴防静电腕带2。将鳄鱼钳夹在测试棒上4。将手掌按在测试板上绿灯

40、亮（绿灯亮（GUT)为测试合格绿灯亮绿灯亮(BEANSTANDET)为测试不合格，需更换腕带3。测试开关置于ARMBAND档71防静电鞋的测试：防静电鞋的测试：绿灯亮绿灯亮(BEANSTANDET)为测试不合格，需更换防静电鞋1。穿上防静电鞋站在测试板上2。将测试开关置于SCHUHWERK档4。将手掌按在测试板上绿灯亮（绿灯亮（GUT)为测试合格72三、封装失效和可靠性三、封装失效和可靠性5 5、封装可靠性评价项目、封装可靠性评价项目预处理 PRECONDITION回流焊试验 REFLOW潮湿试验 HUMIDITY高压蒸煮 高温存储 HIGH TEMPERATURE STORAGE温度循环 T

41、EMPERATURE CYCLING可焊性试验 SOLDERABILITY引线疲劳 LEAD FATIGUE印记强度 INK PERMANENCE73四、封装设计和开发四、封装设计和开发1 1、封装设计的考虑因素、封装设计的考虑因素 v封装（包括电路安装和测试）封装（包括电路安装和测试） 封装工艺实现和品质保证，设备选择和模封装工艺实现和品质保证，设备选择和模具结构。具结构。 封装后电路的安装特性和便于检测和返工。封装后电路的安装特性和便于检测和返工。 可测试性。可测试性。 电设计。电设计。热设计。热设计。热阻测量。热阻测量。74五、封装外观标准和客诉分析五、封装外观标准和客诉分析1 1、封装

42、外观标准：可参照封装外观标准：可参照JEDECJEDEC标准，各封标准，各封装厂有自己的规范和标准装厂有自己的规范和标准75五、封装外观标准和客诉分析五、封装外观标准和客诉分析2 2、客户投诉的过程客户投诉的过程1)了解咨询了解咨询: :品种、封装形式、扩散批号、组装批号、品种、封装形式、扩散批号、组装批号、数量、不良项目及数量、相关产品情况数量、不良项目及数量、相关产品情况2 2) )初步判断。初步判断。3 3) )外观检查、记录顶杆位置、外观检查、记录顶杆位置、X X射线检查、射线检查、C-SAMC-SAM检检查、解剖查、解剖4 4) )解剖结果反馈。解剖结果反馈。5 5) )检查记录：加

43、工日期、设备号、维修记录返工记检查记录：加工日期、设备号、维修记录返工记录、作业员、材料记录录、作业员、材料记录6 6) )分析判断。分析判断。7 7) )试验方案：查原因和验证。试验方案：查原因和验证。 8 8)8D)8D报告。报告。76五、封装外观标准和客诉分析五、封装外观标准和客诉分析3 3、产品测试发现的问题：产品测试发现的问题：1)开短路，通常是封装原因，有断丝、塌丝和短开短路，通常是封装原因，有断丝、塌丝和短路等。路等。2 2) )功能失效中与封装可能有关的因素功能失效中与封装可能有关的因素 A A 漏电流偏大。电路吸湿、小岛抬升、冲丝等。漏电流偏大。电路吸湿、小岛抬升、冲丝等。

44、B B 测不尽。芯片开裂、塑封材料等。测不尽。芯片开裂、塑封材料等。 C C上机失效。电路分层、芯片开裂等。上机失效。电路分层、芯片开裂等。77五、封装外观标准和客诉分析五、封装外观标准和客诉分析4 4、封装重大客诉案例、封装重大客诉案例 ：客户反馈：多个品种测试反馈测不净，每次良品复客户反馈：多个品种测试反馈测不净，每次良品复 测都有不良品产生。测都有不良品产生。解剖结果：解剖结果：BALL SHEERBALL SHEER强度低，部分为强度低，部分为0 0，或，或1-21-2g g。问题锁定：键合、塑封问题锁定：键合、塑封预防措施：停用部分材料、键合、塑封工艺检查和预防措施：停用部分材料、键

45、合、塑封工艺检查和 多个品种解剖。多个品种解剖。实验方案：从键合至电镀每个工艺过程做解剖，选实验方案：从键合至电镀每个工艺过程做解剖，选 用不同客户、不同工艺的产品做试验。用不同客户、不同工艺的产品做试验。试验结果：产品塑封前强度正常，塑封后解剖发现试验结果：产品塑封前强度正常，塑封后解剖发现 有强度为有强度为0 0，放置一段时间，数量增加，放置一段时间，数量增加， 后固化后有更多的电路强度为后固化后有更多的电路强度为0 0。 78六、环保和无铅六、环保和无铅电子防污染法规的介绍电子防污染法规的介绍封装的绿色环保封装的绿色环保无铅和测试无铅和测试环保带来的可靠性问题环保带来的可靠性问题79电子

46、防污染法规的介绍电子防污染法规的介绍 日本电子工业协会于日本电子工业协会于19981998年决定，主动在电子组年决定，主动在电子组装中去除铅。目标是装中去除铅。目标是20022002年年50%50%电子产品无铅，电子产品无铅，20042004年完全无铅。年完全无铅。 欧洲议会于欧洲议会于20022002年年1212月通过决议草案，在月通过决议草案，在20062006年年7 7月月1 1日起开始全面禁止使用含铅电子材料。日起开始全面禁止使用含铅电子材料。 无铅电子的原始推动力来自于美国。无铅电子的原始推动力来自于美国。8080年代初，年代初，美国立法禁止在汽油与管道焊接中使用铅。美国立法禁止在汽

47、油与管道焊接中使用铅。19921992年的年的RaidRaid法案法案( (S729,S729,一个多方面的环境保护法案一个多方面的环境保护法案) )中即包含中即包含了电子组装中禁用铅了电子组装中禁用铅。80电子防污染法规的介绍电子防污染法规的介绍 美国于1999年成立专门工作组，目标是帮助北美公司在2001年启动无铅电子组装，到2004年全面实现电子产品无铅。 目前中国每年面向欧洲电子产品市场的出口额高达500亿美元。如果中国电子产品商无法达到欧盟环保指令要求，将导致自己产品无法销往欧洲的局面，所以中国面临对电子产品无污染的挑战。 为了遵守欧盟两个指令，必须对IC封装过程及封装材料加以改变或

48、改进。 81电子防污染法规的介绍电子防污染法规的介绍中国法规的制定情况中国法规的制定情况l 电子信息产品污染防治管理办法：由信息产电子信息产品污染防治管理办法：由信息产业部拟定，与业部拟定，与RoHSRoHS指令对应，从源头提升污染防指令对应，从源头提升污染防治管理水平。治管理水平。l 废旧家电及电子产品回收处理管理条例：由废旧家电及电子产品回收处理管理条例：由发展改革委员会拟定，与发展改革委员会拟定，与WEEEWEEE指令对应，从整体指令对应，从整体建立、规范电子垃圾回收、处理体系建立、规范电子垃圾回收、处理体系 l 废弃家用电器与电子产品污染防治技术政策废弃家用电器与电子产品污染防治技术政

49、策由国家环保总局制定，从终端提升资源利用率、由国家环保总局制定，从终端提升资源利用率、控制污染范围控制污染范围82RoHS RoHS 违禁物质的应用与豁免违禁物质的应用与豁免铅铅- -电子电器实际使用电子电器实际使用nSolder Solder 焊锡（焊锡（Sn-PbSn-Pb）nGlassGlass玻璃玻璃n某些气体放电灯中：铅的卤化物和铅的磷酸盐某些气体放电灯中：铅的卤化物和铅的磷酸盐n电子陶瓷元件电子陶瓷元件n金属覆盖物金属覆盖物- -光亮剂和稳定剂光亮剂和稳定剂n塑胶的热稳定剂塑胶的热稳定剂铅铅- -允许应用（豁免）：灯管、合金、焊锡、陶瓷允许应用（豁免）：灯管、合金、焊锡、陶瓷元器件

50、元器件83封装中的绿色环保封装中的绿色环保vICIC封装材料中含有的封装材料中含有的ROHSROHS禁用物质：铅和卤禁用物质：铅和卤化阻燃剂。化阻燃剂。 铅：电镀、导电胶铅：电镀、导电胶 卤化物：塑封树脂卤化物：塑封树脂 豁免：导电胶中的铅允许使用（豁免：导电胶中的铅允许使用（AMDAMD公司提公司提出申请，并已通过）出申请，并已通过）84v卤化物：效果最好，对树脂性能影响小。卤化物：效果最好，对树脂性能影响小。v含磷类：含磷类：降低塑料的可靠性、固化性及防潮性降低塑料的可靠性、固化性及防潮性能能 v金属氢氧化物：塑封料流动性变差、降低金属氢氧化物：塑封料流动性变差、降低固化能力。同时，当温度

51、大约在固化能力。同时，当温度大约在230230时出时出现的脱水可能会对耐湿性能产生影响。现的脱水可能会对耐湿性能产生影响。 v多芳烃环氧多芳烃环氧/ /固化体系阻燃剂：较为成功的固化体系阻燃剂：较为成功的阻燃剂阻燃剂 ，有好的耐焊性、热稳定性，但环，有好的耐焊性、热稳定性，但环氧含量多，粘接性高，容易粘模，且成本氧含量多，粘接性高，容易粘模，且成本较高。较高。 85无铅电镀：各种无铅电镀：各种SnSn系无铅镀层的性能比较系无铅镀层的性能比较合金镀层 Sn-PbSn-CuSn-BiSn-Ag纯SnWT%10-400.5-22-52-4外观良好良好一般一般良好耐晶须性 良好一般一般良好差可焊性良好

52、一般一般一般一般延展性良好良好一般良好良好镀液性能 良好一般良好不稳定良好成本低低低高低与SnAgCu的匹配性差良好差良好良好86纯锡电镀的优势纯锡电镀的优势v纯锡是除纯锡是除SnPbSnPb外最理想的可焊性镀层。外最理想的可焊性镀层。v成本低、镀层性能与锡铅镀层接近，相容性好，成本低、镀层性能与锡铅镀层接近，相容性好，无须更改后续的工艺和设备。无须更改后续的工艺和设备。v纯锡与合金电镀对比纯锡与合金电镀对比纯锡SnCuSnAgSnBiSnZn工艺简单复杂复杂复杂复杂组成控制无难很难难难熔点232227221138199成本低较低较高中等中等87电镀可焊性的测试条件电镀可焊性的测试条件焊锡过程

53、Wave solderingReflow solderingAll processes助焊剂ROL1ROL1ROL1浸助焊剂时间510s510s510s焊锡SnPbSnPb无铅焊料温度2455 2455 2455 浸锡时间50.5s50.5s50.5s浸锡速度25.4 6.4mm/s25.4 6.4mm/s25.4 6.4mm/s润湿面积95%以上95%以上95%以上88环保带来的可靠性问题环保带来的可靠性问题v1 1、使用纯锡后的锡须生长问题。、使用纯锡后的锡须生长问题。v2 2、由于纯锡熔点高，回流焊的温度必须由、由于纯锡熔点高，回流焊的温度必须由240240升升高到高到260260甚至更

54、高（取决于所使用的焊接材料）甚至更高（取决于所使用的焊接材料）回流焊温度的升高将导致一系列有关可靠性的问题回流焊温度的升高将导致一系列有关可靠性的问题的产生的产生 ，其中包括环氧塑封料与硅片，其中包括环氧塑封料与硅片/ /框架框架/ /基底基底之间的爆米花现象（在之间的爆米花现象（在260260回流焊温度下产生的回流焊温度下产生的气压比在气压比在240240条件下所产生的要高出条件下所产生的要高出1.41.4倍），由倍），由于应力过大而引起的塑封料或硅片的裂缝等问题于应力过大而引起的塑封料或硅片的裂缝等问题 。89产品的可靠性等级产品的可靠性等级vMSL MSL 塑封器件的潮湿回流敏感度塑封器

55、件的潮湿回流敏感度90MSL后造成的分层后造成的分层91塑封体开裂塑封体开裂92七、倒装芯片工艺简介七、倒装芯片工艺简介倒装芯片示意图如上图，在典型的倒装芯片倒装芯片示意图如上图，在典型的倒装芯片封装中封装中, , 芯片通过芯片通过3 3到到5 5个密耳厚的焊料凸点个密耳厚的焊料凸点连接到芯片载体上，底部填充材料用来保护连接到芯片载体上，底部填充材料用来保护焊料凸点。焊料凸点。93什么是倒装芯片什么是倒装芯片 倒装芯片组装就是通过芯片上的凸点直接倒装芯片组装就是通过芯片上的凸点直接将元将元 器件朝下互连到基板、载体或者电路板器件朝下互连到基板、载体或者电路板上。而导线键合是将芯片的面朝上。上。

56、而导线键合是将芯片的面朝上。 倒装芯片元件是主要用于半导体设备；而倒装芯片元件是主要用于半导体设备；而有些元件，如无源滤波器，探测天线，存储器有些元件，如无源滤波器，探测天线，存储器装备也开始使用倒装芯片技术，由于芯片直接装备也开始使用倒装芯片技术，由于芯片直接通过凸点直接连接基板和载体上，因此，更确通过凸点直接连接基板和载体上，因此，更确切的说，倒装芯片也叫切的说，倒装芯片也叫DCADCA。 倒装芯片技术的兴起是由于与其他的技术倒装芯片技术的兴起是由于与其他的技术相比，在尺寸、外观、柔性、可靠性、以及成相比，在尺寸、外观、柔性、可靠性、以及成本等方面有很大的优势。今天倒装芯片广泛用本等方面有

57、很大的优势。今天倒装芯片广泛用于电子表，手机，便携机，磁盘、耳机，于电子表，手机，便携机，磁盘、耳机，LCDLCD以及大型机等各种电子产品上。以及大型机等各种电子产品上。 94倒装芯片工艺概述倒装芯片工艺概述主要工艺步骤：主要工艺步骤：第一步第一步: : 凸点底部金属化凸点底部金属化第二步：芯片凸点第二步：芯片凸点第三步：将已经凸点的晶片组装到板卡上第三步：将已经凸点的晶片组装到板卡上第四步：使用非导电材料填充芯片底部隙第四步：使用非导电材料填充芯片底部隙95第一步：凸点底部金属化（第一步：凸点底部金属化（UBMUBM）96第二步第二步: : 回流形成凸点回流形成凸点97第三步：倒装芯片组装第

58、三步：倒装芯片组装 98第四步：底部填充与固化第四步：底部填充与固化 99不同的倒装芯片焊点不同的倒装芯片焊点 100底部填充与否底部填充与否 有各种不同的倒装芯片互连工艺，但是有各种不同的倒装芯片互连工艺，但是其结构基本特点都是芯片面朝下，而连接则其结构基本特点都是芯片面朝下，而连接则使用金属凸点。而最终差别就是使用底部填使用金属凸点。而最终差别就是使用底部填充与否。充与否。101不同的倒装芯片连接方法不同的倒装芯片连接方法 v1. 1. 焊料焊接焊料焊接v2. 2. 热压焊接热压焊接v3. 3. 热声焊接热声焊接v4. 4. 粘胶连接粘胶连接 102倒装芯片工艺：通过焊料焊接倒装芯片工艺：

59、通过焊料焊接0101v对于细间距连接，焊料科通过电镀、焊料溅对于细间距连接，焊料科通过电镀、焊料溅射或者固体焊料等沉积方法。射或者固体焊料等沉积方法。v很粘的焊剂可通过直接涂覆到基板上或者用很粘的焊剂可通过直接涂覆到基板上或者用芯片凸点浸入的方法来保证粘附。芯片凸点浸入的方法来保证粘附。v对于加大的间距（对于加大的间距（0.4 0.4 mm mm ），），可用模板印可用模板印刷焊膏。刷焊膏。 103倒装芯片工艺：通过焊料焊接倒装芯片工艺：通过焊料焊接0202芯片凸点放置于沉积了焊膏或者焊剂的焊盘芯片凸点放置于沉积了焊膏或者焊剂的焊盘上，整个基板浸入再流焊炉。上，整个基板浸入再流焊炉。v清洗：焊

60、剂残留。清洗：焊剂残留。v测试：由于固化后不能维修，所以在填充前测试：由于固化后不能维修，所以在填充前要进行测试。要进行测试。v底部填充：底部填充：通过挤压将低粘度的环氧类物质填充到芯片通过挤压将低粘度的环氧类物质填充到芯片底部，然后加热固化。底部，然后加热固化。104倒装芯片工艺倒装芯片工艺通过热压焊接通过热压焊接 在热压连接工艺中，芯片的凸点是通过加在热压连接工艺中，芯片的凸点是通过加热、加压的方法连接到基板的焊盘上。该工热、加压的方法连接到基板的焊盘上。该工艺要求芯片或者基板上的凸点为金凸点，同艺要求芯片或者基板上的凸点为金凸点，同时还要有一个可与凸点连接的表面，如金或时还要有一个可与凸