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1、微电子制造概论,元器件互连技术,IC封装的4种重要功能,1.保护使其免于外界环境与人工操作的破坏。2.信号进入芯片、从芯片输出的之内连线。3.对芯片实质上之固持。4.散热。,传统装配与封装,图 20.1,典型的IC封装体,图 20.2,IC封装有关之设计限制,表 20.1,IC封装之层级,图 20.3,传统式装配,背面研磨分片装架引线键合,背面研磨制程之示意图,图 20.4,晶圆锯与已切割之晶圆,图 20.5,典型用于装架之导线架,图 20.6,环氧基树脂之芯片粘帖,图 20.7,连接带从导线架中的移除,图 20.15,金-硅低共熔性接着,图 20.8,从芯片接合垫到导线架之引线键合WireB
2、ounding,图 20.9,引线键合芯片至导线架,照片 20.1,热压接合之示意图,图 20.10,超声波焊线接合之顺序,图 20.11,热声波球接合,图 20.12,焊线拉伸测试,图 20.13,传统封装,塑胶封装陶瓷封装,TO款式之金属封装,图 20.14,DIP封装（Dual In-line Package），也叫双列直插式封装技术，双入线封装，DRAM的一种元件封装形式。,图 20.16A,单列直插封装SIP,图 20.16B,TSOP是“Thin Small Outline Package”的缩写，意思是薄型小尺寸封装。,图 20.16C,双排引脚封装存储器模块DIMM（Dual-
3、Inline-Memory-Modules）,图 20.16D,QFP（Quad Flat Pockage）为四侧引脚扁平封装是表面贴装型封装之一，引脚从四个侧面引出呈海鸥翼(L)型。,图 20.16E,PLCC(Plastic Leaded Chip Carrier),带引线的塑料芯片载体,图 20.16F,无引脚芯片载器LCC,图 20.16G,多层板耐高温陶瓷制程之顺序,图 20.17,陶瓷针脚格状阵列,(Photo courtesy of Advanced Micro Devices),照片 20.2,CERDIP封装陶瓷双列直插,图 20.18,用于IC封装之测试插座,图 20.19
4、,先进装配与封装,倒装芯片FlipChip球栅阵列(BGA)板上芯片(COB)卷带式自动接合(TAB)多芯片模块(MCM)芯片尺寸级封装(CSP)晶圆级封装,FlipChip封装,图 20.20,在晶圆接合垫上之C4焊接凸块,图 20.21,用于覆晶之环氧基树脂底部填胶,图 20.22,覆晶面积阵列之焊接凸块与焊线接合之比较,图 20.23,球栅阵列之芯片BGA Ball grid array,照片 20.3,球栅阵列,图 20.24,板上芯片(COB，chip on board),图 20.25,卷带式自动接合TAB,图 20.26,多芯片模块,图 20.27,先前封装之趋势,Redrawn
5、 from S.Winkler,“Advanced IC Packaging Markets and Trends,”Solid State Technology(June 1998):p.63.,图 20.28,单位(百万),芯片尺寸级封装之变化,表 20.2,晶圆后封装,具C4凸块之单晶片,图 20.29,C4凸块晶圆,(Photo courtesy of Advanced Micro Devices),照片 20.4,晶圆级封装之设计概念,Redrawn from V.DiCaprio,M.Liebhard,and L.Smith,“The Evolution of a New Wafe
6、r-Level Chip-Size Package,”Chip Scale Review(May/June 1999).,图 20.30,标准测试流程与晶圆级封装测试流程间的比较,图 20.31,晶圆级封装之特征与优点,表 20.3,芯片互连和封装小测试,什么是引线键合？引线键合有哪两种类型，分别适合什么线？什么是TAB？TAB相对引线键合的优缺点是什么？什么是FlipChip？FC相对引线键合的优缺点是什么？,指出下列封装的类型,LED生产和制造,LED结构LED芯片生产LED封装LED应用,LED结构-插装式,LED（Light Emitting Diode，发光二极）芯片是一种固态的半导
7、体器件，它可以直接把电转化为光。LED的心脏是一个半导体的芯片，芯片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个芯片被环氧树脂封装起来。,贴片式LED：3528,5050,LED芯片,LED芯片：是led灯的核心组件，也就是指的P-N结。其主要功能是：把电能转化为光能。半导体芯片由两部分组成，一部分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个P-N结。当电流通过导线作用于这个芯片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED发光的原理。而光的波长也就
8、是光的颜色，是由形成P-N结的材料决定的。,LED芯片的分类,用途：根据用途分为大功率led芯片、小功率led芯片两种；颜色：主要分为三种：红色、绿色、蓝色（制作白光的原料）；形状：一般分为方片、圆片两种；大小：小功率的芯片一般分为8mil、9mil、12mil、14mil等,LED芯片结构,传统正装的LED蓝宝石衬底的蓝光芯片电极在芯片出光面上的位置如图1所示。由于p型GaN掺杂困难，当前普遍采用p型GaN上制备金属透明电极的方法，从而使电流扩散，以达到均匀发光的目的。,LED芯片生产工艺,首先在衬底上制作氮化镓（GaN）基的外延片(外延片)，外延片所需的材料源(碳化硅SiC)和各种高纯的气
9、体如氢气H2或氩气Ar等惰性气体作为载体之后，按照工艺的要求就可以逐步把外延片做好。接下来是对LED-PN结的两个电极进行加工，并对LED毛片进行减薄，划片。然后对毛片进行测试和分选，就可以得到所需的LED芯片,MOCVD是利用气相反应物（前驱物）及族的有机金属和族的NH3在衬底表面进行反应，将所需的产物沉积在衬底表面。通过控制温度、压力、反应物浓度和种类比例，从而控制镀膜成分、晶相等品质。MOCVD外延炉是制作LED外延片最常用的设备。,然后是对LED PN结的两个电极进行加工，电极加工也是制作LED芯片的关键工序，包括清洗、蒸镀、黄光、化学蚀刻、熔合、研磨；然后对LED毛片进行划片、测试和
10、分选，就可以得到所需的LED芯片。如果芯片清洗不够干净，蒸镀系统不正常，会导致蒸镀出来的金属层（指蚀刻后的电极）会有脱落，金属层外观变色，金泡等异常。,包装好的LED芯片,LED封装,1.LED的封装的任务 是将外引线连接到LED芯片的电极上，同时保护好LED芯片，并且起到提高光取出效率的作用。关键工序有装架、压焊、封装。2.LED封装形式 LED封装形式可以说是五花八门，主要根据不同的应用场合采用相应的外形尺寸，散热对策和出光效果。LED按封装形式分类有Lamp-LED、TOP-LED、Side-LED、SMD-LED、High-Power-LED等。,LED封装工艺,1.芯片检验 镜检：材
11、料表面是否有机械损伤及麻点麻坑（lockhill）芯片尺寸及电极大小是否符合工艺要求 电极图案是否完整 2扩片 由于LED芯片在划片后依然排列紧密间距很小（约0.1mm），不利于后工序的操作。我们采用扩片机对黏结芯片的膜进行扩张，是LED芯片的间距拉伸到约0.6mm。也可以采用手工扩张，但很容易造成芯片掉落浪费等不良问题。,3.点胶 在LED支架的相应位置点上银胶或绝缘胶。（对于GaAs、SiC导电衬底，具有背面电极的红光、黄光、黄绿芯片，采用银胶。对于蓝宝石绝缘衬底的蓝光、绿光LED芯片，采用绝缘胶来固定芯片。）工艺难点在于点胶量的控制，在胶体高度、点胶位置均有详细的工艺要求。由于银胶和绝缘
12、胶在贮存和使用均有严格的要求，银胶的醒料、搅拌、使用时间都是工艺上必须注意的事项。,4.备胶 和点胶相反，备胶是用备胶机先把银胶涂在LED背面电极上，然后把背部带银胶的LED安装在LED支架上。备胶的效率远高于点胶，但不是所有产品均适用备胶工艺。5.手工刺片 将扩张后LED芯片（备胶或未备胶）安置在刺片台的夹具上，LED支架放在夹具底下，在显微镜下用针将LED芯片一个一个刺到相应的位置上。手工刺片和自动装架相比有一个好处，便于随时更换不同的芯片，适用于需要安装多种芯片的产品.,6.自动装架 自动装架其实是结合了沾胶（点胶）和安装芯片两大步骤，先在LED支架上点上银胶（绝缘胶），然后用真空吸嘴将
13、LED芯片吸起移动位置，再安置在相应的支架位置上。自动装架在工艺上主要要熟悉设备操作编程，同时对设备的沾胶及安装精度进行调整。在吸嘴的选用上尽量选用胶木吸嘴，防止对LED芯片表面的损伤，特别是兰、绿色芯片必须用胶木的。因为钢嘴会划伤芯片表面的电流扩散层。7.烧结 烧结的目的是使银胶固化，烧结要求对温度进行监控，防止批次性不良。银胶烧结的温度一般控制在150，烧结时间2小时。根据实际情况可以调整到170，1小时。绝缘胶一般150，1小时。银胶烧结烘箱的必须按工艺要求隔2小时（或1小时）打开更换烧结的产品，中间不得随意打开。烧结烘箱不得再其他用途，防止污染。,8.压焊 压焊的目的将电极引到LED芯
14、片上，完成产品内外引线的连接工作。LED的压焊工艺有金丝球焊和铝丝压焊两种。右图是铝丝压焊的过程，先在LED芯片电极上压上第一点，再将铝丝拉到相应的支架上方，压上第二点后扯断铝丝。金丝球焊过程则在压第一点前先烧个球，其余过程类似。9.点胶封装 LED的封装主要有点胶、灌封、模压三种。基本上工艺控制的难点是气泡、多缺料、黑点。设计上主要是对材料的选型，选用结合良好的环氧和支架。（一般的LED无法通过气密性试验）如右图所示的TOP-LED和Side-LED适用点胶封装。手动点胶封装对操作水平要求很高（特别是白光LED），主要难点是对点胶量的控制，因为环氧在使用过程中会变稠。白光LED的点胶还存在荧
15、光粉沉淀导致出光色差的问题。,10.灌胶封装 Lamp-LED的封装采用灌封的形式。灌封的过程是先在LED成型模腔内注入液态环氧，然后插入压焊好的LED支架，放入烘箱让环氧固化后，将LED从模腔中脱出即成型。11.模压封装 将压焊好的LED支架放入模具中，将上下两副模具用液压机合模并抽真空，将固态环氧放入注胶道的入口加热用液压顶杆压入模具胶道中，环氧顺着胶道进入各个LED成型槽中并固化。,12.固化与后固化 固化是指封装环氧的固化，一般环氧固化条件在135，1小时。模压封装一般在150，4分钟。13.后固化 后固化是为了让环氧充分固化，同时对LED进行热老化。后固化对于提高环氧与支架（PCB）的粘接强度非常重要。一般条件为120，4小时。14.切筋和划片 由于LED在生产中是连在一起的（不是单个），Lamp封装LED采用切筋切断LED支架的连筋。SMD-LED则是在一片PCB板上，需要划片机来完成分离工作。,15.测试 测试LED的光电参数、检验外形尺寸，同时根据客户要求对LED产品进行分选。16.包装 将成品进行计数包装。超高亮LED需要防静电包装。,LED应用,
