工藝試驗(yàn)報告

2024年2月6日發(fā)(作者：拒絕抱怨)

湘潭大學(xué)

材料與光電物理學(xué)院

IC 工 藝 實(shí) 驗(yàn) 報 告

學(xué)生姓名：

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實(shí)習(xí)單位：

實(shí)習(xí)時間：

輔導(dǎo)老師：

2014年8月28日

本次實(shí)習(xí)在長沙韶光半導(dǎo)體公司開展，長沙韶光半導(dǎo)體有限公司（4435 廠）是國家生產(chǎn)軍用集成電路的定點(diǎn)企業(yè)，集產(chǎn)品設(shè)計、芯片制造和封裝三部分為一體。公司進(jìn)行集成電路后工序的生產(chǎn)，經(jīng)由工作人員的指導(dǎo)，我們參觀并參與了后工序的制作，讓我們對芯片制作有了一個更加直觀的認(rèn)識。接下來將詳細(xì)介紹長沙韶光半導(dǎo)體公司陶瓷封裝工藝流程及測試規(guī)范。

? 封裝測試工藝流程

一．封裝

1.封裝基本概念

封裝，就是指把硅片上的電路管腳，用導(dǎo)線接引到外部接頭處，以便與其它器件連接。它不僅起著安裝、固定、密封、保護(hù)芯片及增強(qiáng)電熱性能等方面的作用，而且還通過芯片上的接點(diǎn)用導(dǎo)線連接到封裝外殼的引腳上，這些引腳又

通過印刷電路板上的導(dǎo)線與其他器件相連接，從而實(shí)現(xiàn)內(nèi)部芯片與外部電路的連接。因?yàn)樾酒仨毰c外界隔離，以防止空氣中的雜質(zhì)對芯片電路的腐蝕而造成電氣性能下降。另一方面，封裝后的芯片也更便于安裝和運(yùn)輸。由于封裝技術(shù)的好壞還直接影響到芯片自身性能的發(fā)揮和與之連接的PCB(印制電路板)的設(shè)計和制造，因此它是至關(guān)重要的。

2 封裝的工藝流程

流程一般可以分為兩個部分：在用陶瓷封裝之前的工序成為前段工序，在成型之后的操作成為后段工序。

前段工序包括：粘片鍵合封冒，是在超凈間進(jìn)行的

后端工序包括：電鍍剪邊蘸錫

2.1 粘片

粘片，即芯片粘貼，是將芯片固定于封裝基板或引腳架芯片的承載座上的工藝過程。粘片主要有四種方式：共晶粘片法，焊接粘片法，導(dǎo)電膠粘片法，玻璃膠粘片法

2.1.1粘片原理

玻璃膠粘片法的材料是玻璃膠，是一種厚膜導(dǎo)體材料，由起粘接作用的低溫玻璃粉和起導(dǎo)電作用的金屬粉（主要是銀粉）以及有機(jī)溶劑混合而成。用針筒或注射器將粘接劑（玻璃膠）涂布到芯片焊盤上，然后用自動拾片機(jī)（機(jī)械手）將芯片放置到焊盤的粘接劑上，在一定溫度下固化處理

2.1.2 操作規(guī)程

1.準(zhǔn)備外殼:按照產(chǎn)品的級別、封裝形式、數(shù)量要求將外殼按一定的方向整齊地排列在金屬傳遞盒內(nèi)。

2.配置粘結(jié)劑:取玻璃粉少許，滴入適量松油醇，用玻璃棒攪勻，攪動時要按一個方向。

3.點(diǎn)粘結(jié)劑:用牙簽將適量的粘結(jié)劑點(diǎn)入外殼底座中心，粘結(jié)劑量需根據(jù)芯片大小進(jìn)行調(diào)整，必須將芯片四周完好的包住，但又不能溢到芯片表面。

4.裝配芯片:用真空粘片筆將待裝芯片按其對應(yīng)的芯座圖規(guī)定的方位放置,在外殼底座上，確認(rèn)正確無誤后，稍加力使之平整。

5.將裝配好的第一只芯片交檢驗(yàn)員進(jìn)行首件檢驗(yàn)，檢驗(yàn)合格后，將做有標(biāo)識

“Z”的首件隔開放置在傳遞盒內(nèi)，易于識別。

6.重復(fù)1-5 操作

7.整批芯片裝配完畢，送檢驗(yàn)人員進(jìn)行100%專檢，修正與剔除不合格品。

8. 排氣:將裝配經(jīng)檢驗(yàn)合格的半制品放入潔凈烘箱內(nèi)排氣：工藝條件：T = 210℃

± 10℃ t = 30min~40min

9.固化:待排氣時間結(jié)束后，從烘箱內(nèi)取出半制品電路，放入鏈?zhǔn)綗Y(jié)爐內(nèi)固化。工藝條件：T = 420℃~450℃ t = 1h~1.5h

10.當(dāng)電路隨鏈?zhǔn)綗Y(jié)爐鏈條傳動到出口時，取出電路，檢查符合質(zhì)量要求后送下道工序。

2.1.3質(zhì)量要求

1.粘結(jié)牢固，滿足芯片剪切強(qiáng)度要求，玻璃粉充分融化，表面光亮，不殘缺。

2.芯片表面干凈，無有機(jī)溶劑殘夜，無微粒塵埃，無粘結(jié)劑等附著在芯片上。

3.粘片合格率要求控制在99%以上，低于此合格率應(yīng)按《不合格品控制程序》

4.標(biāo)識：對不合格品進(jìn)行標(biāo)識和隔離。

2.1.3 注意事項(xiàng)

1.從烘箱內(nèi)取出電路進(jìn)入鏈?zhǔn)綗Y(jié)爐時，要輕取輕放，以免芯片彈起或移動

2.常打掃烘箱內(nèi)，鏈?zhǔn)綗Y(jié)爐內(nèi)衛(wèi)生。

3.粘片用的金屬傳遞盒要經(jīng)常清洗，存放于玻璃柜內(nèi)，使用前需用酒精棉

擦洗干凈保證金屬傳遞盒不帶塵埃。

4.經(jīng)常檢查烘箱溫控系統(tǒng)，保證安全生產(chǎn)。

5.玻璃粉要存放在干燥處，以免受潮。若發(fā)現(xiàn)玻璃粉受潮起坨現(xiàn)象，要立

即停用。

2.2 鍵合

鍵合的目的是實(shí)現(xiàn)芯片互連，也就是將芯片焊區(qū)與電子封裝外殼的I/O引線或基板上的金屬焊區(qū)相連接。

芯片互連有三種常見的技術(shù)：引線鍵合，倒裝芯片鍵合，載帶自動鍵合。

2.2.1 超聲波鍵合的原理

超聲波鍵合采用超聲波的能量，使金屬絲與鋁電極在常溫下直接鍵合。其原理是：利用超聲波發(fā)生器產(chǎn)生的能量，通過換能器在超高頻的磁場感應(yīng)下，迅速伸縮而產(chǎn)生彈性振動，使劈刀相應(yīng)振動，同時在劈刀上施加一定的壓力于是劈刀在這兩種力的共同作用下，帶動Al絲在被焊區(qū)的金屬化層如（Al膜）表面迅速摩擦，使Al絲和Al膜表面產(chǎn)生塑性變形，這種形變也破壞了Al層界面的氧化層，使兩個純凈的金屬表面緊密接觸達(dá)到原子間的結(jié)合從而形成焊接。主要焊接材料為鋁（Al），線焊頭一般為楔形。超聲鍵合適應(yīng)性較好，外界環(huán)境要求不高，應(yīng)用范圍廣泛。

2.2.2 超聲波鍵合的過程

2.2.3 超聲波鍵合的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：鍵合點(diǎn)尺寸小，回繞高度低，適合鍵合點(diǎn)間距小，密度高的芯片連接

缺點(diǎn)：所有的連線必須沿回繞方向排列，因此在連線過程中要不斷改變芯片

與封裝基板的位置再進(jìn)行第二根引線的鍵合，從而限制了打線速度。

2.2.4 超聲波鍵合機(jī)的操作要求

1.操作時要求戴好口罩、手套（或指套），不準(zhǔn)直接用手觸摸電路。

2.電路應(yīng)整齊擺放在潔凈的金屬傳遞盒中，并使用潔凈的傳遞盒蓋好。在整個加工、傳遞過程中應(yīng)特別注意避免外來物對電路造成玷污。

3.為避免在操作中對靜電敏感器件造成損傷。試驗(yàn)和操作儀器設(shè)備必須良好接地。工作臺面要有靜電釋放裝置，操作者必須佩帶防靜電手腕套。操作過程、電路的傳遞、包裝和存放做到對電路的防靜電損傷保護(hù)。

下圖是芯片互連完成后顯微鏡下的芯片圖

2.3 封帽

2.3.1 除濕

將鍵合檢驗(yàn)合格的電路整齊地擺放在金屬傳遞盒內(nèi)，置入烘箱進(jìn)行除濕。條件：T = 140℃ ± 10℃ t = 2h~4h。待除濕設(shè)定的時間到達(dá)后，從烘箱內(nèi)取出電路（每次只能取一合），迅速進(jìn)行裝架

2.3.2 裝架

1.取出與待封電路相對應(yīng)的封蓋舟及蓋板，將蓋板按一致方向平方在舟上，正

面朝下，封口朝上。

2.取出待封電路，將其反扣在舟上的蓋板上，注意與蓋板方向一致。底座與蓋板接觸良好，放置平整、四周整齊。

3.B 級、S 級電路裝架后與封裝舟一起放入烘箱內(nèi)待封。

2.3.3 開爐

1.打開鏈?zhǔn)綗Y(jié)爐電源開關(guān)。

2.開啟傳動機(jī)構(gòu)使鏈帶運(yùn)轉(zhuǎn)，并根據(jù)工藝調(diào)整好鏈帶速度。傳動速度設(shè)置為每小時280cm—300cm。

3.爐設(shè)置：F9.00 2#爐設(shè)置：55.61

4.打開加熱開關(guān)加熱升溫，使?fàn)t溫升至420℃— 450℃

5.打開燒結(jié)爐供氣閥，調(diào)整2、3 號流量計，驅(qū)趕爐腔內(nèi)空氣十分鐘，再打開1、3 號流量計。

2.3.4 燒結(jié)

1.將裝好電路的封裝舟輕放在燒結(jié)爐入口鏈帶上，使之隨鏈帶傳動進(jìn)入爐膛，如此連續(xù)進(jìn)行。

2.當(dāng)電路隨鏈帶傳動到燒結(jié)爐出口時，取出電路，裝入塑料傳遞盒，送下道工序。

3.B 級、S 級電路大舟每次進(jìn)爐一舟，小舟每次進(jìn)爐三舟。并關(guān)閉好燒結(jié)爐出入口，使外部空氣盡量不進(jìn)入爐膛內(nèi)，待電路傳動到爐口時，取出電路，再進(jìn)行其余電路的燒結(jié)。

2.4 電鍍

電鍍，是指利用金屬和化學(xué)的方法，在引線框架的表面鍍上一層鍍層，以防止外界的影響。可以提高導(dǎo)電性并使元器件在PCB板上容易焊接。

電鍍的工序：去油去氧化物沖洗吹干電鍍槽中電鍍沖洗吹干烘干。具體描述如下

1.將電路均勻裝入塑料籃后，先放在金屬去油劑中去油污，然后從金屬去油劑

中取出電路放入水槽用流動水沖洗干凈，再放在3%硝酸溶液中約5s，待玻璃腐蝕平整后，取出電路放入清洗槽中用冷熱水反復(fù)沖洗干凈

2.將清洗干凈的電路放入70℃~80℃20%硫酸溶液中將氧化層去干凈，注意不要過腐蝕，否則電鍍電路表面會很差

3.取出電路放入清洗槽中用水反復(fù)沖洗干凈后，裝掛具放入5%的稀硫酸溶液中待電鍍

4.沖洗吹干烘干

2.5 剪邊成型

剪邊是指切除框架外引腳之間的堤壩以及在框架帶上連接一起的地方剪邊的主要操作步驟。

1.檢查氣體管道系統(tǒng)，合上壓縮機(jī)電源，將壓縮空氣流量調(diào)至0.5±0.1MPa

2.將電路塊插入刀口之間

3.用手指按平蓋板，用腳踩下踏腳板

4.剪邊機(jī)刀具將電路邊框剪下

5.將電路取出，裝入傳遞盒內(nèi)

重復(fù)2-5操作，直至將全部電路的邊框剪完

6.關(guān)機(jī)：電路剪完后，拉下電源開關(guān)，關(guān)緊氣體閥門

2.6 蘸錫

將剪邊后的電路，檢查隨工單和隨件電路無誤后，準(zhǔn)備蘸錫。

1.將錫爐的溫度升至250℃ + 10℃

2.用鑷子夾住電路，浸入焊錫爐中5s±0.5s

3.將蘸錫后的電路放入不銹鋼盤中，用冷熱自來水反復(fù)沖洗后，放入70℃ + 5℃的烘箱烘干

二篩選和測試

封裝后的芯片并不能馬上作為產(chǎn)品銷售出去，在此之前要進(jìn)行一系列的篩選測試實(shí)驗(yàn)，確保出廠產(chǎn)品為合格產(chǎn)品。。

篩選測試是利用測試技術(shù)對生產(chǎn)線上的半成品、成品進(jìn)行確定產(chǎn)品等級(電性能參數(shù)分檔和質(zhì)量等級分類)，剔除不合格品的測試，測試程度是逐批100%測試，往往在篩選試驗(yàn)項(xiàng)目之后進(jìn)行，并根據(jù)測試數(shù)據(jù)確定PDA，計算結(jié)果判定批次合格。

鑒定檢驗(yàn)測試是鑒定機(jī)構(gòu)利用測試技術(shù)和法規(guī)，對生產(chǎn)廠家需要產(chǎn)品定型、質(zhì)量認(rèn)證或用戶進(jìn)行所購IC產(chǎn)品質(zhì)量情況做合格批次判定的測試。鑒定檢驗(yàn)測試一般較嚴(yán)格和具有第三方權(quán)威性。

常見的測試項(xiàng)目有：三溫測試，恒定加速度，細(xì)檢漏，粗檢漏。

3.1 三溫測試

三溫測試時，應(yīng)采用低溫（-55±3℃）→ 高溫（125±3℃）→ 常溫（25±3℃）環(huán)境工作溫度下進(jìn)行

1.恒定加速度

恒定加速度試驗(yàn)可以了解產(chǎn)品在實(shí)際的恒定加速度環(huán)境下的性能和結(jié)構(gòu)的完整性,使半導(dǎo)體器件和集成電路試驗(yàn)樣品的封裝、內(nèi)部金屬化和引線系統(tǒng)、芯片或襯底附著缺陷以及其它結(jié)構(gòu)弱點(diǎn)暴露出來。本次實(shí)習(xí)采用離心機(jī)進(jìn)行測試實(shí)驗(yàn)。

2.細(xì)檢漏

主要設(shè)備：氦質(zhì)樸檢漏儀 ZQJ-230 型 1000w

沖壓罐 （自制）

滲氦校準(zhǔn)漏孔 LK-8 型

3.2 粗檢漏

1.將電路置于充壓罐中，加入氟油F-113，使所有待檢電路完全浸沒在低溫氟油中，按充壓罐操作往充壓罐中充入氮?dú)猓箟毫椋?17 ± 15）kP（5.0Kgf/cm