先進制造技術半導體制造裝備先進制造技術半導體制造裝備1半導體制造裝備概述課件2半導體制造裝備概述課件3半導體制造裝備概述課件4微電子封裝一般可分為4級,如圖所示,即:0級封裝———芯片上器件本體的互連1級封裝———芯片(1個或多個)上的輸入/輸出與基板互連2級封裝———將封裝好的元器件或多芯片組件用多層互連布線板(ＰＷＢ)組裝成電子部件,插件或小整機3級封裝———用插件或小整機組裝成機柜整機系統微電子封裝一般可分為4級,如圖所示,即:5半導體制造裝備概述課件6半導體制造裝備概述芯片制造（前道）單晶硅拉制、切片、表面處理、光刻、減薄、劃片芯片封裝（后道）測試、滴膠、Diebonding、Wirebonding、壓模半導體制造裝備概述芯片制造（前道）7半導體封裝的基本形式按其外部封裝型式分：雙列直插式封裝(ＤＩＰ)表面安裝技術(ＳＭＴ)

無引線陶瓷片式載體(ＬＣＣＣ)塑料有引線片式載體(ＰＬＣＣ)四邊引線扁平封裝(ＱＦＰ)四邊引線塑料扁平封裝(ＰＱＦＰ)平面陣列型(ＰＧＡ）球柵陣列封裝(ＢＧＡ)半導體封裝的基本形式8半導體制造裝備概述課件9半導體制造裝備概述課件10Chiptosubstrateinterconnecttechnologies按芯片的內部連接方式來分Chiptosubstrateinterconnect11外引線鍵合外引線鍵合過程示意圖將帶引線的芯片從載帶上切下的示意圖外引線鍵合外引線鍵合過程示意圖將帶引線的芯片從載帶上切下的示12ＴＡＢ技術中的載帶ＴＡＢ技術中的載帶13概括而言,電子封裝技術已經歷了四代,現正在進入第五代。第一代：60年代前采用的是接線板焊接的方式,框架為電路板,主要插裝元件是電子管。第二代：60年代采用穿孔式印刷電路板(ＰＣＢ)封裝,主要元件是晶體管和柱型元件。第三代：70年代用自動插裝方式將ＤＩＰ為代表的集成電路封裝在ＰＣＢ板上,這是穿孔式封裝技術的全盛時期。第四代：從80年代開始,采用ＳＭＴ將表面安裝元件(ＳＭＣ)和表面安裝器件(ＳＭＤ)安裝在ＰＣＢ表面上。這一封裝技術的革命改變了元器件和電子產品的面貌。第五代：這是90年代顯露頭角的微封裝技術,是上一代封裝技術的發展和延伸,是將多層ＰＣＢ技術、高密度互連技術、ＳＭＴ、微型元器件封裝技術綜合并發展,其代表性技術就是金屬陶瓷封裝(ＭＣＰ),典型產品是ＭＣM。最近由于系統級芯片(ＳＯＣ)和全片規模集成(ＷＳＩ)技術的發展,微電子封裝技術正孕育著重大的突破概括而言,電子封裝技術已經歷了四代,現正在進入第五代。14半導體后封裝的發展趨勢向表面安裝技術(ＳＭＴ)發展1988年ＳＭＴ技術約占封裝市場份額的17.5%,1993年占44%,1998年占75%。傳統的雙列直插封裝所占份額越來越小,取而代之的是表面安裝類型的封裝,如有引線塑料片式載體,無引線陶瓷片式載體,四邊引線塑料扁平封裝,塑料球柵陣列封裝(ＰＢＧＡ)和陶瓷球柵陣列封裝(ＣＢＧＡ)等,尤其是ＰＱＦＰ和ＢＧＡ兩種類型最具典型.半導體后封裝的發展趨勢15向高密度發展目前,陶瓷外殼(ＣＣＧＡ)已達1089只管腳、ＣＢＧＡ達625只管腳、間距達0.5ｍｍ、ＰＱＦＰ達376只管腳、ＴＢＧＡ達1000只管腳。根據美國ＳＩＡ發展規劃,到2007年,最大芯片尺寸將增大到1000ｍｍ*2,同時每枚芯片上的輸入/輸出數最多將達到5000個,焊點尺寸將縮小到0.127ｍｍ以下向高密度發展16從單芯片封裝向多芯片封裝發展ＭＣＭ起步于90年代初,由于ＭＣＭ的高密度、高性能和高可靠性而倍受青睞。受到世界各國的極大關注,紛紛投入巨額資金,如美國政府3年投入5億美元,ＩＢＭ在10年投入10億美元來發展ＭＣＭ,據預測,1999年全球ＭＣＭ產品銷售額將達200億美元。目前最高水平的ＭＣＭ—Ｃ是ＩＢＭ的產品,200ｍｍ*2、78層、300多萬個通孔,1400ｍ互連線,1800只管腳,200Ｗ功耗從單芯片封裝向多芯片封裝發展17由陶瓷封裝向塑料封裝發展在陶瓷封裝向高密度,多引線和低功耗展的同時,越來越多的領域正在由塑料封裝所取代。而且,新的塑料封裝形式層出不窮,目前以ＰＱＦＰ和ＰＢＧＡ為主,全部用于表面安裝,這些塑料封裝占領著90%以上的市場由陶瓷封裝向塑料封裝發展18高密度封裝中的關鍵技術從技術發展觀點來看,作為高密度封裝的關鍵技術主要有:ＴＣＰ,ＢＧＡ,ＦＣＴ,ＣＳＰ,ＭＣＭ和三維封裝載帶封裝

它可以提供超窄的引線間距和很薄的封裝外形,且在ＰＣＢ板上占據很小的面積,可用于高Ｉ/Ｏ數的ＡＳＩＣ和微處理器,東芝公司1996年問世的筆記本電腦中就使用了ＴＣＰ承載ＣＰＵ,其引線間距0.25ｍｍ,焊接精度為±30μｍ,據報道,最小間距可達0.15ｍｍ高密度封裝中的關鍵技術載帶封裝19球柵陣列封裝(BGA)ＢＧＡ技術的最大特點是器件與ＰＣＢ板之間的互連由引線改為小球,制作小球的材料通常采用合金焊料或有機導電樹脂。采用ＢＧＡ技術容易獲得Ｉ/Ｏ數超過600個的封裝體。由于ＢＧＡ完全采用與ＱＦＰ相同的ＳＭＴ回流焊工藝,避免了ＱＦＰ中的超窄間距,可以提供較大的焊盤區,因此使焊接工藝更加簡單,強度大大提高,可靠性明顯改善球柵陣列封裝(BGA)20ＢＧＡ的尺寸通常大于ＣＳＰ(芯片規模封裝),在21～40ｍｍ之間。可分為塑料ＢＧＡ(ＰＢＧＡ)、陶瓷ＢＧＡ(ＣＢＧＡ)或載帶ＢＧＡ(ＴＢＧＡ)。在ＰＢＧＡ中,通常用引線鍵合采用焊球或引線鍵合將芯片貼在陶瓷基板上;在ＴＢＧＡ中,用標準ＴＡＢ內引線鍵合工藝或焊球將芯片貼在其帶狀框架上ＢＧＡ的尺寸通常大于ＣＳＰ(芯片規模封裝),在21～21半導體制造裝備概述課件22半導體制造裝備概述課件23芯片規模封裝與芯片尺寸封裝(ＣＳＰ)芯片規模封裝與芯片尺寸封裝統稱為ＣＳＰ,它被認為是本世紀先進封裝的主流技術。在芯片規模封裝中,封裝體的尺寸是芯片尺寸的1.2倍以下;芯片尺寸封裝中封裝體的尺寸與芯片尺寸基本相當。這是在電路板面積不變的前提下,希望更換大芯片的集成電路時提出的。在這種情況下,將框架引線伸展到芯片上方形成芯片引線(ＬＯＣ),封裝尺寸不變,芯片面積增大,封裝體面積與芯片面積的比值變小芯片規模封裝與芯片尺寸封裝(ＣＳＰ)24半導體制造裝備概述課件25多芯片組件(ＭＣＭ)將多只合格的裸芯片(ＫＧＤ)直接封裝在多層互連基板上,并與其它元器件一起構成具有部件或系統功能的多芯片組件(ＭＣＭ),已成為蜚聲全球的90年代代表性技術。多芯片組件(ＭＣＭ)26半導體制造裝備概述課件27MCM封裝MCM封裝28COB----ChipOnBoardCOB----ChipOnBoard29半導體制造裝備概述課件30ChiponBoard----COBChiponBoard----COB31DieBondingDieBonding32半導體制造裝備概述課件33半導體制造裝備概述課件34半導體制造裝備概述課件35HistoryandapplicationsofwirebondingWirebondingistheearliesttechniqueofdeviceassembly,whosefirstresultwaspublishedbyBellLaboratoriesin1957.Sinethen,thetechniquehasbeenextremelydevelopedHistoryandapplicationsofwi36AdvantageFullyautomaticmachineshavebeendevelopedforvolumeproduction.Bondingparameterscanbepreciselycontrolled;mechanicalpropertiesofwirescanbehighlyreproduced.Bondingspeedcanreach100-125mspereachwireinterconnection(twoweldsandawireloop).Mostreliabilityproblemscanbeeliminatedwithproperlycontrolledandmuchimprovedtools(capillariesandwedges)andprocesses.Specificbondingtoolsandwirescanbeselectedbypackagingengineerstomeettherequirements.Infrastructureofthetechniquehasbeencomprisedbylargewirebondingknowledge,manufacturingpeople,equipmentvendersandmaterials.AdvantageFullyautomaticmachi37Themostpopularapplicationsthatusewirebondingare:Singleandmultitieredcofiredceramicandplasticballgridarrays(BGAs),singlechipandmultichipCeramicandplasticquadflatpackages(CerQuadsandPQFPs)Chipscalepackages(CSPs)Chiponboard(COB)Themostpopularapplications38BallbondWedgebondWirebonding的基本形式BallbondWedgebondWirebonding39Firstandsecondbondcomparison.(A)Ballbondingfirstbond.(B)Ballbondingsecondbond:stitchbondandtailbond.(C)Wedgebondingfirstbond.(D)Wedgebondingsecondbond.Firstandsecondbondcomparis40半導體制造裝備概述課件41Wedgebondthebondingprocesscanbedefinedtothreemajorprocesses:

thermocompressionbonding(T/C)ultrasonicbonding(U/S)thermosonicbonding(T/S)asshowninTable1-1Wedgebond42半導體制造裝備概述課件43半導體制造裝備概述課件44BallBondingBallBonding45Thecapillariesaretypically1.585mmindiameterand11.1mmlong.Theyhavealargeentryholeatthetopandthentheholetapersdowntoasmallholediametertypicallybetween38-50mm,Thecapillariesaretypically4640-μmpadpitchballandwedgefirstbondcomparison.40-μmpadpitchballand47Schematicofdifferentlooping.(A)Ballbondinglooping.(B)Traditionalwedgeradialbondinglooping.(C)WedgebondingConstantGaplooping.Schematicofdifferentlooping4840mmpitchfirstbond.40mmpitchfirstbond.4940mmlooping.Shortwiresaretoground.Longwiresaretotheleads.40mmlooping.Shortwiresare50Wedgestitchbonding.Wedgestitchbonding.51半導體制造裝備概述課件52半導體制造裝備概述課件53半導體制造裝備概述課件54半導體制造裝備概述課件55LimitationofwirebondingFortheapplicationofwirebondingmethod,terminalsofchipshavetobearrangedattheperipheryofthechips,otherwiseshortcircuitiseasilycaused.Therefore,wirebondingtechniqueisdifficultforhighI/O(>500)interconnections.Limitationofwirebonding56BondingparametersBondingparametersareextremelyimportantbecausetheycontrolthebondingyieldandreliabilitydirectly.Thekeyvariablesforwirebondinginclude:·Bondingforceandpressureuniformity·Bondingtemperature·Bondingtime·UltrasonicfrequencyandpowerBondingparameters57BonddesignBallbonding·Ballsizeisapproximately2to3timesthewirediameter,1.5timesforsmallballapplicationswithfinepitches,and3to4timesforlargebondpadapplication.·Bondsizeshouldnotexceed3/4ofthepadsize,about2.5to5timesthewirediameter,dependingonthegeometryandmovingdirectionofcapillaryduringbonding.·Loopheightsof150umarenowcommon,butverydependingonthewirediameterandapplications.·Looplengthshouldbelessthan100timesthewirediameter.However,insomecases,highI/Osforinstance,wirelengthshavetoincreasetomorethan5mm.Thewirebondermustsuspendthelengthofwirebetweenthedieandleadframewithoutverticalsaggingorhorizontalswaying.Bonddesign58Wedgebonding·Ahigh-strengthwedgebondispossibleeventhebondisonly2-3mmwiderthanwirediameter.·Padlengthmustsupportthelongdimensionofthewedgebondaswellasthetail.·Thepad'slongaxisshouldbeorientedalongtheintendedwirepath.·Bondpitchmustbedesignedtomaintainconsistentdistancebetweenwires.Wedgebonding59CleaningToensurebondabilityandreliabilityofwirebond,oneofthecriticalconditionsisthatthebondingsurfacemustbefreeofanycontaminants.Thereforecleaningisanimportantworkbeforebonding.Themethodusuallyadaptedismolecularcleaningmethod,plasmaorUV-ozonecleaningmethod.Cleaning60BondevaluationDestructivebondpulltest(Method2011)Internalvisual(Method2010;TestconditionAandB)Delaymeasurements(Method3003)Nondestructivebondpulltest(Method2023)BallbondsheartestConstantacceleration(Method2001;TestconditionE)Randomvibration(Method2026)Mechanicalshock(Method2002)Stabilizationbake(Method1008)Moistureresistance(Method1004)Bondevaluation61Destructivebondpulltest(Method2011)Destructivebondpulltest(Me62Ifboththebondsareatthesamelevelandthehookisappliedatthecenter,theforcescanberepresentedWhenthebothanglesare30o,thepullforceisequaltothebreakload.Thefailureduringpulltestmayoccuratoneofthefivepositionsinthewirebondstructure:A.LiftofffirstbondB.WirebreakattransitionfirstbondC.WirebreakmidspanD.WirebreakattransitionsecondbondE.LiftoffsecondbondWhenproperlypulled,thebondshouldfailatBorD.IffailuresoccuratA,C,orE,thenthebondingparameters,metallization,bondingmachine,bondingtool,hook,hastobereviewed.Ifboththebondsareatthesa63Flip-ChipTechnologyFlip-ChipTechnology64Advantages:·Smallersize:SmallerICfootprint(onlyabout5%ofthatofpackagedICe.g.quadflatpack),reducedheightandweight.·Increasedfunctionality:TheuseofflipchipsallowanincreaseinthenumberofI/O.I/Oisnotlimitedtotheperimeterofthechipasinwirebonding.Anareaarraypadlayoutenablesmoresignal,powerandgroundconnectionsinlessspace.Aflipchipcaneasilyhandlemorethan400pads.·Improvedperformance:Shortinterconnectdeliverslowinductance,resistanceandcapacitance,smallelectricaldelays,goodhighfrequencycharacteristics,thermalpathfromthebacksideofthedie.·Improvedreliability:Epoxyunderfillinlargechipsensureshighreliability.Flip-chipscanreducethenumberconnectionsperpinfromthreetoone.·Improvedthermalcapabilities:Becauseflipchipsarenotencapsulated,thebacksideofthechipcanbeusedforefficientcooling.·Lowcost:Batchbumpingprocess,costofbumpingdecreases,costreductionsintheunderfill-processAdvantages:65Disadvantages:·Difficulttestingofbaredies.·Limitedavailabilityofbumpedchips.·ChallengeforPCBtechnologyaspitchesbecomeveryfineandbumpcountsarehigh.·ForinspectionofhiddenjointsanX-rayequipmentisneeded.·WeakprocesscompatibilitywithSMT.·Handlingofbarechipsisdifficult.·Highassemblyaccuracyneeded.·Withpresentdaymaterialsunderfillingprocesswithaconsiderablecuringtimeisneeded.·Lowreliabilityforsomesubstrates.·Repairingisdifficultorimpossible.Disadvantages:66底部填充工藝(UnderfillingProcess）溫度膨脹系數小于3ppm/℃的硅器件直接同有機物印制線路板(溫度膨脹系數在18～50ppm/℃)壓接在一起,會產生嚴重的熱機應力和疲勞,俗稱“熱機失配底部填充料鎖住倒裝片和印制板示意圖底部填充工藝(UnderfillingProcess）底67半導體制造裝備概述課件68Flipchipjoiningusingadhesives(isotropic,anisotropic,nonconductive)Flipchipjoiningusingadhesi69Flipchipjoiningbythermocompression.FlipchipthermosonicjoiningFlipchipjoiningbythermocom70FlipchipbondingusingthermocompressionFlipchipbondingusingthermo71Flipchipprocessbysolderjoining·diepreparing(testing,bumping,dicing)·substratepreparing(fluxapplicationorsolderpasteprinting)·pick,alignmentandplace·reflowsoldering·cleaningoffluxresidues(optional)·underfilldispensing·underfillcuring.Flipchipprocessbysolderjo72半導體制造裝備概述課件73半導體制造裝備概述課件74半導體制造裝備概述課件75半導體制造裝備概述課件76FlipchipjoiningusingadhesivesFlipchipjoiningusingadhesi77半導體制造裝備概述課件78IntroductiontoCSPTechnologyDescriptionofvarioustypesofCSPsIntroductiontoCSPTechnology79半導體制造裝備概述課件80BallGridArray(BGA)TechnologyBallGridArray(BGA)Technolo81ItisanICpackageforactivedevicesintendedforsurfacemountapplicationsItisanareaarraypackage,i.e.utilizingwholeorpartofthedevicefootprintforinterconnectionsTheinterconnectionsaremadeofballs(spheres)ofmostoftenasolderalloyorsometimesothermetalsMorespecifically,theBGApackageusuallyfulfilsthefollowingadditionalrequirements:Thelengthofthepackagebody(mostoftensquare)rangesfrom7to50mmLeadcountsover1000possible,but50to500rangemostcommontodayThepitch,i.ecenter-to-centerdistance,oftheballsisgenerallybetween1.0and1.5mmItisanICpackageforactive82Figure2.A160-lead0.3mm(11.8mil)pitchQFPplacedonagridof1.5mmpitchspheres(bottomsideofaPBGAS225).Figure2.A160-lead0.3mm(183半導體制造裝備概述課件84半導體制造裝備概述課件85Figure5.Across-sectionofaTape(orTAB)BGA-TBGA.Figure5.Across-sectionofa86Across-sectionofaSuperBGA-SBGA.Across-sectionofaSuperBGA87半導體制造裝備概述課件88半導體制造裝備概述課件89半導體制造裝備概述課件90半導體制造裝備概述課件91半導體制造裝備概述課件92先進制造技術半導體制造裝備先進制造技術半導體制造裝備93半導體制造裝備概述課件94半導體制造裝備概述課件95半導體制造裝備概述課件96微電子封裝一般可分為4級,如圖所示,即:0級封裝———芯片上器件本體的互連1級封裝———芯片(1個或多個)上的輸入/輸出與基板互連2級封裝———將封裝好的元器件或多芯片組件用多層互連布線板(ＰＷＢ)組裝成電子部件,插件或小整機3級封裝———用插件或小整機組裝成機柜整機系統微電子封裝一般可分為4級,如圖所示,即:97半導體制造裝備概述課件98半導體制造裝備概述芯片制造（前道）單晶硅拉制、切片、表面處理、光刻、減薄、劃片芯片封裝（后道）測試、滴膠、Diebonding、Wirebonding、壓模半導體制造裝備概述芯片制造（前道）99半導體封裝的基本形式按其外部封裝型式分：雙列直插式封裝(ＤＩＰ)表面安裝技術(ＳＭＴ)

無引線陶瓷片式載體(ＬＣＣＣ)塑料有引線片式載體(ＰＬＣＣ)四邊引線扁平封裝(ＱＦＰ)四邊引線塑料扁平封裝(ＰＱＦＰ)平面陣列型(ＰＧＡ）球柵陣列封裝(ＢＧＡ)半導體封裝的基本形式100半導體制造裝備概述課件101半導體制造裝備概述課件102Chiptosubstrateinterconnecttechnologies按芯片的內部連接方式來分Chiptosubstrateinterconnect103外引線鍵合外引線鍵合過程示意圖將帶引線的芯片從載帶上切下的示意圖外引線鍵合外引線鍵合過程示意圖將帶引線的芯片從載帶上切下的示104ＴＡＢ技術中的載帶ＴＡＢ技術中的載帶105概括而言,電子封裝技術已經歷了四代,現正在進入第五代。第一代：60年代前采用的是接線板焊接的方式,框架為電路板,主要插裝元件是電子管。第二代：60年代采用穿孔式印刷電路板(ＰＣＢ)封裝,主要元件是晶體管和柱型元件。第三代：70年代用自動插裝方式將ＤＩＰ為代表的集成電路封裝在ＰＣＢ板上,這是穿孔式封裝技術的全盛時期。第四代：從80年代開始,采用ＳＭＴ將表面安裝元件(ＳＭＣ)和表面安裝器件(ＳＭＤ)安裝在ＰＣＢ表面上。這一封裝技術的革命改變了元器件和電子產品的面貌。第五代：這是90年代顯露頭角的微封裝技術,是上一代封裝技術的發展和延伸,是將多層ＰＣＢ技術、高密度互連技術、ＳＭＴ、微型元器件封裝技術綜合并發展,其代表性技術就是金屬陶瓷封裝(ＭＣＰ),典型產品是ＭＣM。最近由于系統級芯片(ＳＯＣ)和全片規模集成(ＷＳＩ)技術的發展,微電子封裝技術正孕育著重大的突破概括而言,電子封裝技術已經歷了四代,現正在進入第五代。106半導體后封裝的發展趨勢向表面安裝技術(ＳＭＴ)發展1988年ＳＭＴ技術約占封裝市場份額的17.5%,1993年占44%,1998年占75%。傳統的雙列直插封裝所占份額越來越小,取而代之的是表面安裝類型的封裝,如有引線塑料片式載體,無引線陶瓷片式載體,四邊引線塑料扁平封裝,塑料球柵陣列封裝(ＰＢＧＡ)和陶瓷球柵陣列封裝(ＣＢＧＡ)等,尤其是ＰＱＦＰ和ＢＧＡ兩種類型最具典型.半導體后封裝的發展趨勢107向高密度發展目前,陶瓷外殼(ＣＣＧＡ)已達1089只管腳、ＣＢＧＡ達625只管腳、間距達0.5ｍｍ、ＰＱＦＰ達376只管腳、ＴＢＧＡ達1000只管腳。根據美國ＳＩＡ發展規劃,到2007年,最大芯片尺寸將增大到1000ｍｍ*2,同時每枚芯片上的輸入/輸出數最多將達到5000個,焊點尺寸將縮小到0.127ｍｍ以下向高密度發展108從單芯片封裝向多芯片封裝發展ＭＣＭ起步于90年代初,由于ＭＣＭ的高密度、高性能和高可靠性而倍受青睞。受到世界各國的極大關注,紛紛投入巨額資金,如美國政府3年投入5億美元,ＩＢＭ在10年投入10億美元來發展ＭＣＭ,據預測,1999年全球ＭＣＭ產品銷售額將達200億美元。目前最高水平的ＭＣＭ—Ｃ是ＩＢＭ的產品,200ｍｍ*2、78層、300多萬個通孔,1400ｍ互連線,1800只管腳,200Ｗ功耗從單芯片封裝向多芯片封裝發展109由陶瓷封裝向塑料封裝發展在陶瓷封裝向高密度,多引線和低功耗展的同時,越來越多的領域正在由塑料封裝所取代。而且,新的塑料封裝形式層出不窮,目前以ＰＱＦＰ和ＰＢＧＡ為主,全部用于表面安裝,這些塑料封裝占領著90%以上的市場由陶瓷封裝向塑料封裝發展110高密度封裝中的關鍵技術從技術發展觀點來看,作為高密度封裝的關鍵技術主要有:ＴＣＰ,ＢＧＡ,ＦＣＴ,ＣＳＰ,ＭＣＭ和三維封裝載帶封裝

它可以提供超窄的引線間距和很薄的封裝外形,且在ＰＣＢ板上占據很小的面積,可用于高Ｉ/Ｏ數的ＡＳＩＣ和微處理器,東芝公司1996年問世的筆記本電腦中就使用了ＴＣＰ承載ＣＰＵ,其引線間距0.25ｍｍ,焊接精度為±30μｍ,據報道,最小間距可達0.15ｍｍ高密度封裝中的關鍵技術載帶封裝111球柵陣列封裝(BGA)ＢＧＡ技術的最大特點是器件與ＰＣＢ板之間的互連由引線改為小球,制作小球的材料通常采用合金焊料或有機導電樹脂。采用ＢＧＡ技術容易獲得Ｉ/Ｏ數超過600個的封裝體。由于ＢＧＡ完全采用與ＱＦＰ相同的ＳＭＴ回流焊工藝,避免了ＱＦＰ中的超窄間距,可以提供較大的焊盤區,因此使焊接工藝更加簡單,強度大大提高,可靠性明顯改善球柵陣列封裝(BGA)112ＢＧＡ的尺寸通常大于ＣＳＰ(芯片規模封裝),在21～40ｍｍ之間。可分為塑料ＢＧＡ(ＰＢＧＡ)、陶瓷ＢＧＡ(ＣＢＧＡ)或載帶ＢＧＡ(ＴＢＧＡ)。在ＰＢＧＡ中,通常用引線鍵合采用焊球或引線鍵合將芯片貼在陶瓷基板上;在ＴＢＧＡ中,用標準ＴＡＢ內引線鍵合工藝或焊球將芯片貼在其帶狀框架上ＢＧＡ的尺寸通常大于ＣＳＰ(芯片規模封裝),在21～113半導體制造裝備概述課件114半導體制造裝備概述課件115芯片規模封裝與芯片尺寸封裝(ＣＳＰ)芯片規模封裝與芯片尺寸封裝統稱為ＣＳＰ,它被認為是本世紀先進封裝的主流技術。在芯片規模封裝中,封裝體的尺寸是芯片尺寸的1.2倍以下;芯片尺寸封裝中封裝體的尺寸與芯片尺寸基本相當。這是在電路板面積不變的前提下,希望更換大芯片的集成電路時提出的。在這種情況下,將框架引線伸展到芯片上方形成芯片引線(ＬＯＣ),封裝尺寸不變,芯片面積增大,封裝體面積與芯片面積的比值變小芯片規模封裝與芯片尺寸封裝(ＣＳＰ)116半導體制造裝備概述課件117多芯片組件(ＭＣＭ)將多只合格的裸芯片(ＫＧＤ)直接封裝在多層互連基板上,并與其它元器件一起構成具有部件或系統功能的多芯片組件(ＭＣＭ),已成為蜚聲全球的90年代代表性技術。多芯片組件(ＭＣＭ)118半導體制造裝備概述課件119MCM封裝MCM封裝120COB----ChipOnBoardCOB----ChipOnBoard121半導體制造裝備概述課件122ChiponBoard----COBChiponBoard----COB123DieBondingDieBonding124半導體制造裝備概述課件125半導體制造裝備概述課件126半導體制造裝備概述課件127HistoryandapplicationsofwirebondingWirebondingistheearliesttechniqueofdeviceassembly,whosefirstresultwaspublishedbyBellLaboratoriesin1957.Sinethen,thetechniquehasbeenextremelydevelopedHistoryandapplicationsofwi128AdvantageFullyautomaticmachineshavebeendevelopedforvolumeproduction.Bondingparameterscanbepreciselycontrolled;mechanicalpropertiesofwirescanbehighlyreproduced.Bondingspeedcanreach100-125mspereachwireinterconnection(twoweldsandawireloop).Mostreliabilityproblemscanbeeliminatedwithproperlycontrolledandmuchimprovedtools(capillariesandwedges)andprocesses.Specificbondingtoolsandwirescanbeselectedbypackagingengineerstomeettherequirements.Infrastructureofthetechniquehasbeencomprisedbylargewirebondingknowledge,manufacturingpeople,equipmentvendersandmaterials.AdvantageFullyautomaticmachi129Themostpopularapplicationsthatusewirebondingare:Singleandmultitieredcofiredceramicandplasticballgridarrays(BGAs),singlechipandmultichipCeramicandplasticquadflatpackages(CerQuadsandPQFPs)Chipscalepackages(CSPs)Chiponboard(COB)Themostpopularapplications130BallbondWedgebondWirebonding的基本形式BallbondWedgebondWirebonding131Firstandsecondbondcomparison.(A)Ballbondingfirstbond.(B)Ballbondingsecondbond:stitchbondandtailbond.(C)Wedgebondingfirstbond.(D)Wedgebondingsecondbond.Firstandsecondbondcomparis132半導體制造裝備概述課件133Wedgebondthebondingprocesscanbedefinedtothreemajorprocesses:

thermocompressionbonding(T/C)ultrasonicbonding(U/S)thermosonicbonding(T/S)asshowninTable1-1Wedgebond134半導體制造裝備概述課件135半導體制造裝備概述課件136BallBondingBallBonding137Thecapillariesaretypically1.585mmindiameterand11.1mmlong.Theyhavealargeentryholeatthetopandthentheholetapersdowntoasmallholediametertypicallybetween38-50mm,Thecapillariesaretypically13840-μmpadpitchballandwedgefirstbondcomparison.40-μmpadpitchballand139Schematicofdifferentlooping.(A)Ballbondinglooping.(B)Traditionalwedgeradialbondinglooping.(C)WedgebondingConstantGaplooping.Schematicofdifferentlooping14040mmpitchfirstbond.40mmpitchfirstbond.14140mmlooping.Shortwiresaretoground.Longwiresaretotheleads.40mmlooping.Shortwiresare142Wedgestitchbonding.Wedgestitchbonding.143半導體制造裝備概述課件144半導體制造裝備概述課件145半導體制造裝備概述課件146半導體制造裝備概述課件147LimitationofwirebondingFortheapplicationofwirebondingmethod,terminalsofchipshavetobearrangedattheperipheryofthechips,otherwiseshortcircuitiseasilycaused.Therefore,wirebondingtechniqueisdifficultforhighI/O(>500)interconnections.Limitationofwirebonding148BondingparametersBondingparametersareextremelyimportantbecausetheycontrolthebondingyieldandreliabilitydirectly.Thekeyvariablesforwirebondinginclude:·Bondingforceandpressureuniformity·Bondingtemperature·Bondingtime·UltrasonicfrequencyandpowerBondingparameters149BonddesignBallbonding·Ballsizeisapproximately2to3timesthewirediameter,1.5timesforsmallballapplicationswithfinepitches,and3to4timesforlargebondpadapplication.·Bondsizeshouldnotexceed3/4ofthepadsize,about2.5to5timesthewirediameter,dependingonthegeometryandmovingdirectionofcapillaryduringbonding.·Loopheightsof150umarenowcommon,butverydependingonthewirediameterandapplications.·Looplengthshouldbelessthan100timesthewirediameter.However,insomecases,highI/Osforinstance,wirelengthshavetoincreasetomorethan5mm.Thewirebondermustsuspendthelengthofwirebetweenthedieandleadframewithoutverticalsaggingorhorizontalswaying.Bonddesign150Wedgebonding·Ahigh-strengthwedgebondispossibleeventhebondisonly2-3mmwiderthanwirediameter.·Padlengthmustsupportthelongdimensionofthewedgebondaswellasthetail.·Thepad'slongaxisshouldbeorientedalongtheintendedwirepath.·Bondpitchmustbedesignedtomaintainconsistentdistancebetweenwires.Wedgebonding151CleaningToensurebondabilityandreliabilityofwirebond,oneofthecriticalconditionsisthatthebondingsurfacemustbefreeofanycontaminants.Thereforecleaningisanimportantworkbeforebonding.Themethodusuallyadaptedismolecularcleaningmethod,plasmaorUV-ozonecleaningmethod.Cleaning152BondevaluationDestructivebondpulltest(Method2011)Internalvisual(Method2010;TestconditionAandB)Delaymeasurements(Method3003)Nondestructivebondpulltest(Method2023)BallbondsheartestConstantacceleration(Method2001;TestconditionE)Randomvibration(Method2026)Mechanicalshock(Method2002)Stabilizationbake(Method1008)Moistureresistance(Method1004)Bondevaluation153Destructivebondpulltest(Method2011)Destructivebondpulltest(Me154Ifboththebondsareatthesamelevelandthehookisappliedatthecenter,theforcescanberepresentedWhenthebothanglesare30o,thepullforceisequaltothebreakload.Thefailureduringpulltestmayoccuratoneofthefivepositionsinthewirebondstructure:A.LiftofffirstbondB.WirebreakattransitionfirstbondC.WirebreakmidspanD.WirebreakattransitionsecondbondE.LiftoffsecondbondWhenproperlypulled,thebondshouldfailatBorD.IffailuresoccuratA,C,orE,thenthebondingparameters,metallization,bondingmachine,bondingtool,hook,hastobereviewed.Ifboththebondsareatthesa155Flip-ChipTechnologyFlip-ChipTechnology156Advantages:·Smallersize:SmallerICfootprint(onlyabout5%ofthatofpackagedICe.g.quadflatpack),reducedheightandweight.·Increasedfunctionality:TheuseofflipchipsallowanincreaseinthenumberofI/O.I/Oisnotlimitedtotheperimeterofthechipasinwirebonding.Anareaarraypadlayoutenablesmoresignal,powerandgroundconnectionsinlessspace.Aflipchipcaneasilyhandlemorethan400pads.·Improvedperformance:Shortinterconnectdeliverslowinductance,resistanceandcapacitance,smallelectricaldelays,goodhighfrequencycharacteristics,thermalpathfromthebacksideofthedie.·Improvedreliability:Epoxyunderfillinlargechipsensureshighreliability.Flip-chipscanreducethenumberconnectionsperpinfromthreetoone.·Improvedthermalcapabilities:Becauseflipchipsarenotencapsulated,thebacksideofthechipcanbeusedforefficientcooling.·Lowcost:Batchbumpingprocess,costofbumpingdecreases,costreductionsintheunderfill-processAdvantages:157Disadvantages:·Difficulttestingofbaredies.·Limitedavailabilityofbumpedchips.·ChallengeforPCBtechnologyaspitchesbecomeveryfineandbumpcountsarehigh.·Forins