引言
随着半导体器件封装的小型化、片状化、薄型化和焊球阵列化,对半导体封装技术要求越来越高。由于封装材料复杂性的不断增加,半导体封装技术也越来越复杂,封装和工艺流程也越来越复杂。
1.(半导体大规模集成电路封装工艺简介
所谓封装就是指安装半导体集成电路芯片用的外壳,通过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其他器件连接,它起着安装、固定、密封,保护芯片及增强电热性能等方面的作用。
1.1 以焊接技术为基础的互连工艺以焊接技术为基础的互连工艺普遍采用叠层型三维封装结构,即把多个裸芯片
(半导体大规模集成电路工艺流程
张琦1 韩团军2
1.陕西理工学院机械工程学院;
2.陕西理工学院电信系
或多芯片模块(MCM沿Z 轴层层叠装、互连,组成三维封装结构。叠层型三维封装的优点是工艺相对简单,成本相对较低,关键是解决各层间的垂直互连问题。根
据集成功率模块的特殊性,主要利用焊接工艺将焊料凸点、金属柱等焊接在芯片的电极引出端,并与任一基板或芯片互连。目前的技术方案包括焊料凸点互连(Solder Ball Interconnect和金属柱互连平行板结构(Metal Posts Interconnected Parallel Plate Structures--MPIPPS等。
1.2以沉积金属膜为基础的互连工艺多采用埋置型三维封装结构,即在各类基板或介质中埋置裸芯片,顶层再贴装表贴元件及芯片来实现三维封装结构。其特点是蒸镀或溅射的金属膜不仅与芯片的电极相连,而且可以构成电路图形,并连至其他电路。其最大优点是能大大减少焊点,缩短引线间距,进而减小寄生参数。另外,这种互连工艺采用的埋置型三维封装结构能够增大芯片的有效散热面积,热量耗散可以沿模块的各个方向流动,有利于进一步提高集成模块的功率密度,以沉积金属膜为基础的互连工艺有薄膜覆盖技术和嵌入式封装等。
2.(半导体大规模集成电路封装工艺流程
2.1 (半导体大规模集成电路封装前道工程
TAPE MOUNT →SAWING →DIE ATTACH →WIRE BOND
T A P E M O U N T 工程是半导体ASSEMBLY 工程中的第一道工序,其目的在于将要加工的WAFER 固定,便于自动化加工。过程实质是用T AP E 从背面将WAFER 固定在RING 上。
现在所用的TAPE 成卷筒状,一面有黏性,通常使用的TAPE 为蓝色,具有弹性,呈半透明状。通常使用的TAPE 缺点
是随时间的增加黏性逐渐增大,一般在2~3天内加工完毕对产品没有影响。TAPE MOUNT 完成后要求在TAPE 与WAFER 间粘贴平整,如果背面存在气泡,在SAWING 时切割好的DIE 会脱离TAPE 翘起,将切割好的BLADE 损坏,同时也损坏了DIE 。因此T/M 后应检查背面的粘合情况,如有少数气泡,可用指甲背面轻轻将气泡压平,若压不平,可用刀片将TAPE 划破一点,放出气泡中的空气,然后压平。气泡面积不能大于DIE 面积的1/4。
S A W I N G 工程是将W A F E R 上的CHIP 分离的过程,T/M 完毕的WAFER 送至SAWING 工程,按照FAB 时形成的SCRIBE LINE 进行切割,将连在一起的CHIP 分开,形成每片IC 的核心。
现在最常用的是Blade Sawing ,将金刚石Blade 装在高速旋转的SPINDLE 上,
靠机械力量将Wafer 划开。由于通过高速旋转的Blade 对Wafer 进行切割,会产生
大量的热,因而再加工时需进行冷却。为防止污染Wafer ,采用DI WATER 进行冷却,但DI WATER 电阻率高达17-18M Ω,无法消除加工时产生的静电,增加D I WATER 的导电性,消除静电,在其中充入CO 2,降低电阻率。根据Blade 在Wafer 上的切割深度,通常分为Half Cutting 和Full Cutting ,Half Cutting 指切削深度占Wafer 厚度70%~80%的加工,而Full Cutting 的切削深度为Wafer 厚度的95%~105%,如图1所示。过100%的原因是将Wafer 完全切开,另外5%是切在Tape 上的,但不可将Tape 切破。现在通常采用Full Cutting 方式进行加工。
根据切削时Blade 的运动轨迹,可分为R O U N D P A T T E R N 和S Q U A R E PATTERN 两种,如图2所示。
显然,Round Pattern 方式更节约时间,通常我们采用这种方式进行加工。新Blade 在使用前,由于表面有毛刺,为
保证被加工的Wafer 质量,预先要用一片没有用的Wafer 进行试切削,将表面的毛刺磨光,这个过程称为Dressing ,考虑到加工中不断磨损,Dressing 用的Wafer 应比正常的Wafer 厚一点。
Die Attach 是将Die (也叫Chip 黏合到LEAD FRAME 的PAD 上的过程,目的是固定Die ,以便于以后的加工,同时将Chip 工作时发出的热量散发出去,保护其不会
损坏。 Lead Frame 是一种固定Chip ,为Chip 提供引脚,并提供Chip 与外界进行信息交换的材料,Lead Frame 一般由铜和不锈钢制成。
通常用来将C h i p 、P a d 粘合起来。AG-EPOXY 是一种糨糊状的胶体,具有一定的黏性,主要成分是银,它的导电导热性较好,用它将Chip 粘在Lead Frame 上,有助于将Chip 工作时产生的热量散发出去。
图3 芯片接合方式
粘贴时,AG-EPOXY 是糊状,但为了固定Chip ,必须使其固化,才能将Chip 彻底固定。AG-EPOXY 的固化不能像胶水一样自然固化。根据试验,如果A G -E P O X
