新型微电子封装威廉希尔官方网站 问题及改进方案标准化研究

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李彦林丑晨甘雨田

（甘肃林业职业威廉希尔官方网站 学院）

摘要：

电子封装是将裸IC硅片用塑料包起来保护好并制作好外部引脚。外引线越来越多是微电子封装的一大特点，当然也是难点，引脚间距越小，再流焊时焊料难以稳定供给，故障率很高。多引脚封装是今后的主流，所以在微电子封装的威廉希尔官方网站 要求上应尽量适应多引脚。但芯片的封装都是有一定规范的，假如每家封装厂都执行各自的标准显然芯片的通用性会大打折扣，也不可能造就半导体产业的繁荣。鉴于此，本文对不同电子封装威廉希尔官方网站 问题展开讨论，分析电子封装威廉希尔官方网站 存在的问题，设计具体改进方案，提高产品的可靠性，降低制造成本和安全风险。以期为微电子封装威廉希尔官方网站 标准化生产提供借鉴和指导。

引 言

微电子封装是将一个或多个集成电路和倒装芯片键合连接，使之成为有实用功能的电子元器件或组件。本文探究对微电子封装威廉希尔官方网站 的安全可靠性，通过威廉希尔官方网站 攻关，攻克高密度窄间距小焊盘铜线键合工艺关键威廉希尔官方网站 难题，提升铜线替代金线在小焊盘、窄间距 IC 芯片封装领域的工艺水平，促进企业威廉希尔官方网站 创新和产品的自主开发能力，缩小与国外封装威廉希尔官方网站 的差距，提升产品质量和标准化水平。

1微电子封装威廉希尔官方网站 和现状

电子封装威廉希尔官方网站 涉及众多学科，涉及材料学、电磁学、热管理、微纳制造、电子器件等专业。随着微电子封装科学工作者对三维集成电路的研发逐步深入，电子封装正在从传统制造模式，向系统封装 (SOP - System On Package /SiP - System in Package)、三维封装 (3D Packaging) 模式转变，系统封装先进封装威廉希尔官方网站 已经开始走向市场。而电子威廉希尔官方网站 发展迅速，更新换代极快，三维封装 (3D Packaging) 目前尚无具体的国家威廉希尔官方网站 标准，电子封装威廉希尔官方网站 多采用国外研究的机构威廉希尔官方网站 标准。封装的形式多种多样，以最普通的双列直插（DIP，dual in-line package）举例，DIP8 表示有8 个引脚，引脚的长度、间距、宽度等等都有严格的标准去执行，封装厂只会按照这个标准来执行，假如现在裸片只有 7 个 PAD 怎么办？当然还是要用 DIP8，只是一个引脚悬空，当然不可能随意的设计引脚个数，半导体产业各个方面都有标准，“无规矩不成方圆”，微电子封装威廉希尔官方网站 从“原始生长”到“成熟发展”需要进行有机的规范。通过完善微电子封装威廉希尔官方网站 相关标准，消除不同品牌的微电子封装威廉希尔官方网站 硬件设备所采集的数据格式和数据质量存在差异，推动信息的流动和共享，消除数据孤岛成为新型微电子封装威廉希尔官方网站 发展创新的迫切需求。

1.1 新型微电子封装威廉希尔官方网站

根据中华人民共和国国家质量监督检验检疫标准的要求 , 《微电子威廉希尔官方网站 用贵金属浆料规范 (GB/T 17472-2008)》原标准适用范围，由厚膜微电子威廉希尔官方网站 用贵金属浆料扩大至烧结型及固化型微电子威廉希尔官方网站 用贵金属浆料；更注重浆料可焊性、耐焊性。 一般说来，微电子封装分为三级，包含组装和封装的多项内容。微电子封装所包含的范围应包括单芯片封装 (SCP) 设计和制造、多芯片封装 (MCM) 设计和制造、芯片后封装工艺、各种封装基板设计和制造、芯片互连与组装、封装总体电性能、机械性能、热性能和可靠性设计、封装材料、封装工模夹具以及绿色封装等多项内容。

1.2 新型微电子封装威廉希尔官方网站 主要包括以下几种

发展微电子封装威廉希尔官方网站 ，旨在使系统向小型化、高性能、高可靠性和低成本目标努力，从威廉希尔官方网站 发展观点来看，作为微电子封装的关键威廉希尔官方网站 主要有：（1）3D 封装，在 2D封装的基础上，把多个裸芯片、封装芯片、多芯片组件甚至圆片进行叠层互连，构成立体封装，这种结构称作叠层型 3D 封装（2） 焊球阵列封装（BGA）：阵列封装（BGA）以圆形或柱状焊点按阵列形式分布在封装下面，从而提高了组装成品率。组装可用共面焊接，可靠性高；（3） 芯片尺寸封装（CSP）是芯片级封装的意思。CSP 封装可以让芯片面积与封装面积之比超过 1:1.14，已经相当接近 1:1的理想情况。与 BGA 封装相比，同等空间下 CSP 封装可以将存储容量提高三倍；（4） 系统封装（SIP）即通过封装来实现整机系统的功能。

2微电子三维 (3D) 封装威廉希尔官方网站 问题分析

2.1 应用范围不够广泛

从微电子封装威廉希尔官方网站 的材料可以看出，IC 芯片将向小型化、高性能并满足环保要求的方向发展。微电子封装威廉希尔官方网站 应用范围不够广泛 , 在过去几年中已通用的高于 208 个管脚、256 个管脚、304 个管脚，间距 0.5mm 款式、包括间距 0.4mm 款式 QFPs，其 QFPs 材料多为塑料和陶瓷壳体，通常各类塑料型器件适合于较高的引线数。

2.2 传统铜线键合工艺问题

由于传统铜线键合工艺的极限能力为芯片焊盘尺寸≥ 50μm×50μm、焊盘间距≥ 60μm，对此尺寸以下的芯片只能采用金线工艺，而在研究过程中，要实现此金线工艺被合理替代，必须解决小焊点、窄间距铜线键合所面临的以下问题：

第一：铜线键合空气球防氧化威廉希尔官方网站 ；

第二：防止铜线键合焊盘损伤和对“铝飞溅”控制键合威廉希尔官方网站 ；

第三：第二焊点键合强度的研究；

第四：铜线键合防裂纹和弹坑威廉希尔官方网站 。

随着 QFP 封装引线数的增加，其壳体尺寸急剧地增加，可以替代封装尺寸增加的是更进一步缩减引线间距。因此，要对高密度窄间距封装威廉希尔官方网站 进行研发与威廉希尔官方网站 改进。

3具体改进方案

为了解决微电子三维 (3D) 封装威廉希尔官方网站 方面的问题，我们制定了以下方案：芯片焊盘尺寸为 38μm×38μm，焊点间距为 43μm 的芯片；焊线材料：普通铜线，直径为0.7mil。开展不同保护气体中空气球尺寸的稳定性研究。

3.1 威廉希尔官方网站 路线方案论证

3.1.1 威廉希尔官方网站 路线

前期调研、规划→确定工艺流程→关键威廉希尔官方网站 攻关→工程批试验→可靠性考核→风险批试生产→小批量生产→转入量产。

3.1.2 威廉希尔官方网站 方案

为了解决以上问题，我们制定了以下二种方案：

A. 方案一

（1）铜线键合空气球防氧化研究

在氢氮混合保护气体（流量：0.4 ～0.7L/min）下，随机抽取 1000 个空气球对比结果如下：在 N2+H2 保护气体条件下，0.7mil 普通铜线烧球有 20.03% 的空气球表面有氧化和桃形球，非对称球、凹凸球、孔洞球等球形不良比例达到 40% 左右。

（2）第一焊点研究实验

第 一 焊 点 研 究 实 验 结 果 为 ： 在 焊 盘 尺 寸 为38μm×38μm、焊点间距为 43μm 的芯片上进行铜线键合试验，球形不良（高尔夫球）占 57%，键合强度（不粘和失铝）不满足质量要求占 6.77%；图 1 随机抽取 1000个空气球质量分析 . 球形不良（0.1%）合格（99.9%）。

B. 方案二

芯片焊盘尺寸为 38μm×38μm，焊点间距为 43μm的芯片；

焊线材料：镀钯铜线（Pd coat Cu Wire），线径为0.7mil

（1）铜线键合空气球防氧化研究

通过对不同保护气体中空气球尺寸的稳定性、不同保护装置（Kit）中空气球形状的稳定性、保护气体流量（Froming Gas）对空气球影响的研究，达到了铜线键合工艺标准。

（2）第一焊点研究实验

选择配套设备和匹配的劈刀型号，对键合工艺参数进行研究，通过对功率、冲击力、X/Y 方向摩擦力、旋转摩擦力等参数进行优化试验，最终确定了一组较为理想的工艺参数。另外，联合芯片商对芯片铝垫进行了改善，并建立了铜线制程能力评估规范，使焊盘“铝飞溅”、失铝（Peeling）得到有效的控制，最终符合铜线键合工艺标准，第一焊点研究实验数据合格（100%）图 2 所示。

（3）第二焊点研究实验

通过优化劈刀的设计，选择合适的劈刀型号，增大了第二点接触的面积和鱼尾厚度；通过优化线弧参数，使鱼尾和 Lead 更贴合； [2] 通过优化焊接参数，增大了第二焊点功率、压力，必要时使用研磨参数，可增强第二焊点拉力并稳定线尾（Wire Tail Length）；通过以上第二焊点键合质量的深入研究，达到了铜线键合质量标准。

（4）铜线键合防裂纹和弹坑研究

通过铜线材防氧化措施，焊盘铝层厚度、成分的控制，铜线键合快速确认焊盘铝残留厚度的研究，最终使铜线键合裂纹和弹坑得到了有效控制。

结论通过以上研究，使镀钯铜线键合能力满足工艺要求，达到了高密度窄节距（43μm）小焊盘（38μm×38μm）IC 芯片的封装要求。实现了 SEMI( 国际半导体设备与材料协会 ) 等国际标准化组织在电子封装领域内电镀威廉希尔官方网站 的标准化要求。

4 结论

该方案采用焊盘尺寸为 38μm×38μm、焊盘间距为43μm、铝垫厚度为 0.9μm、介质结构为 FSG（氟硅酸盐玻璃）的芯片研究了铜线键合威廉希尔官方网站 ，建立了线径为 0.7mil高可靠性镀钯铜线键合工艺的制程能力，有效保障了小焊盘（38μm×38μm）窄间距（43μm）的铜线键合封装威廉希尔官方网站 在 LQFP、TQFP 、eLQFP、多圈 QFN 系列产品中的推广应用。因此，本设计方案能实现该项目的威廉希尔官方网站 指标，达到研究的目的和意义，为标准化生产提供了威廉希尔官方网站 保障。

审核编辑 黄宇