微电子电子封装技术.ppt

微电子材料与制程

第十章

电子封装技术10-1引言在制造工艺完成时，通过电测试的硅片准备进行单个芯片的装配和封装。这些在最终装配和封装中进行，被称为集成电路制造过程的后道工序。最终装配和封装在集成电路后道工序是两个截然不同过程，每个都有它特殊的工艺和工具。在传统工艺中，集成电路最终装配从硅片上分离出每个好的芯片并将芯片粘贴在金属引线框架或管壳上，用细线将芯片表面的金属压点和提供芯片电通路的引线框架内端互连起来，最终装配后，集成电路是将芯片封装在一个保护管壳内。现在最常用的封装是塑料包封芯片，这种塑料包封提供环境保护并形成更高级装配连接的管脚。另外还有陶瓷封装等传统装配与封装 10-1-1集成电路封装的目的1. 保护芯片以免由环境和传递引起损坏；2. 为芯片的信号输入和输出提供互连；3. 芯片的物理支撑；4. 散热10-1-2集成电路封装层次10-1-3封装的分类单芯片封装多芯片封装(多芯片模块封装)塑料封装陶瓷封装以引脚分布形态区分:典型IC封装形式关于集成电路封装形式10-1-4封装技术简介最终装配由要求粘贴芯片到集成电路底座上的操作构成。由于制造的大部分成本已经花在芯片上。因此在最终装配过程中成品率是至关重要的。在20世纪90年代后期，所有集成电路装配中估计有95％采用了传统的最终装配，并由下面4步构成：背面减薄分片装架引线键合背面减薄最终装配的第一步操作是背面减薄。在前端制造过程中，为了使破损降到最小，大直径硅片相应厚些（300mm的硅片是775μm厚）。然而硅片在装配开始前必须减薄。通常被减薄到200～500μm的厚度。较薄的硅片更容易划成小芯片并改善散热，也有益于在装配中减少热应力。使用全自动化机械进行背面减薄（见下图）。背面减薄被精细的控制，使引入到硅片的应力降到最低。在某些情况下，背面减薄后，在背面在淀积金属，用于改善到底座的导电率以及芯片共晶焊。背面减薄示意图硅片锯和被划硅片装片用的典型的引线框架传统装配与封装 10-2芯片粘结10-2-1共晶焊粘贴10-2-2玻璃焊料粘贴10-2-3高分子胶粘结法(环氧树脂粘贴)10-2-1共晶焊粘贴共晶定义使它的熔点降至最低的熔态混合。然后用合金方法将金粘接到基座上，基座通常是引线框架或是陶瓷基座（90％以上的Al2O3）。典型地，基座有一个金或银的金属化表面。当加热到420℃约6秒钟时芯片和框架之间形成共晶合金互连。共晶贴片提供了良好的热通路和机械强渡。对于双极集成电路共晶焊粘贴技术更普遍。Au-Si共晶贴片10-2-2玻璃焊料粘贴玻璃胶粘法是仅适用于陶瓷封装的低成本芯片粘结技术,是以盖印﹑网印﹑或点胶的方法将填有银的玻璃胶涂于基板的芯片座上,放置妥当IC芯片后再加热除去胶中的有机成分,并使玻璃熔融接合.玻璃胶粘结法可以得到无孔洞﹑热稳定性优良,低残余应力与低湿气含量的接合,但在粘结热处理过程中,冷却温度需谨慎控制以防接合破裂;胶中的有机成分也需完全除去,否则将有害封装的结构稳定与可靠度10-2-3环氧树脂粘贴10-2-4焊接粘结法传统装配与封装 10-3互连技术引线键合是将芯片表面的铝压点和引线框架上的电极内端（有时称为柱）进行电连接最常用的方法（见下图）。引线键合放置精度通常是＋5μm。键合线或是金或是铝，因为它在芯片压点和引线框架内端压点都形成良好键合，通常引线直径是25～75μm之间。三种基本引线键合的叫法各取自在引线端点工艺中使用的能量类型。三种引线键合方法是：热压键合超声键合热超声球键合从芯片压点到引线框架的引线键合芯片到引线框架的引线键合热压键合超声线键合顺序热超声球键合引线键合拉力试验卷带式自动键合TAB技术卷带式自动键合(TAB)10-3-3倒装芯片倒装芯片是将芯片的有源面（具有表面键合压点）面向基座的粘贴封装技术。这是目前从芯片器件到基座之间最短路径的一种封装设计，为高速信号提供了良好的电连接。由于它不使用引线框架或塑料管壳，所以重量和外形尺寸也有所减小。倒装芯片技术使用的凸点－－通常有5％Sn和95％pb组成的锡/铅焊料，以互连基座和芯片键合压点（见下图）。通常用的焊料凸点工艺被称为C4（可调整芯片支撑的工艺）。倒装芯片封装硅片压点上的C4焊料凸点倒装芯片的环氧树脂填充术关于倒装芯片可靠性的一个重要问题是硅片和基座之间热膨胀系数（CTE）失配。严重的CTE失配将应力引入C4焊接点并由于焊接裂缝引起早期失效。通过在芯片和基座之间用流动环氧树脂填充术使问题得以解决（见下图）。倒装芯片