英特尔CPU封装及点胶

英特尔CPU封装及点胶 摘要:英特尔成都工厂是一家主要从事于CPU的封装和测试的公司，生产员工则主要 是从事于CPU生产和机器的维护与维修。CPU 是非常精密的器件,它的制造和其 它的有很大的不同,需要更先进的工艺和设备.这里主要介绍的是 CPU 芯片的 填充工艺,及设备的故障处理情况。 【关键词】封装 测试 维护 维修 环氧树脂 Abstract: Intel company of Chengdu is done CPU’s package andtesting,asemployeer of Intel is made of CPU by machine and keep the machine in the good environment.CPU is very accurate devices, Its The need for more manufacture and other has the very big difference , advanced technology and equipment. Here mainly introduces is the CPU chip packing craftHere mainly introduces is the CPU chip packing craft, and equipment breakdown processing situation 【Key Words】:package testing maintenance repair epoxy 目 录 第1章 集成电路的发展情况„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1 1.1世界集成电路的发展历史„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1 1.2我国集成电路的发展历史„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2 1.2未来中国集成电路发展方向„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2 第2章 集成电路芯片制作基本工艺流程简介„„„„„„„„„„„„„„5 2.1封装的概念„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5 2.2芯片封装的目的„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6 2.3芯片封装的分类„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 6 2.4封装的形式及特点„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„8 2.5芯片的封装流程„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 12 2.6英特尔CPU封装工厂各站点的作用„„„„„„„„„„„„„„ 18 第3章 EPOXY 填充工艺„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 22 3. 1填充环氧树脂的目的及其要求的性能„„„„„„„„„„„„„ 22 3. 2填充工艺需要用到的设备及„„„„„„„„„„„„„ 22 3. 3安全用品„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 23 3. 4危险化学品„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 23 3.5流程的控制„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 24 第4章 设备的介绍及故障处理„„„„„„„„„„„„„„„„ 31 „„ 31 4.1 烘箱的介绍„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 4.2 点胶机的介绍„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„. 31 4.3 故障的处理„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 32 总结„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 33 参考文献„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„34. 谢辞„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 35 附录„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 36 第一章 集成电路的发展情况 1.1世界集成电路的发展历史 1947年:贝尔实验室肖克莱等人发明了晶体管，这是微电子技术发展中第一个里程碑; 1950年:结型晶体管诞生; 1950年: R Ohl和肖特莱发明了离子注入工艺; 1951年:场效应晶体管发明; 1956年:C S Fuller发明了扩散工艺; 1958年:仙童公司Robert Noyce与德仪公司基尔比间隔数月分别发明了集成电路，开创了世界微电子学的历史; 1960年:H H Loor和E Castellani发明了光刻工艺; 1962年:美国RCA公司研制出MOS场效应晶体管; 1963年:F.M.Wanlass和C.T.Sah首次提出CMOS技术，今天，95%以上的集成电路芯片都是基于CMOS工艺; 1964年:Intel摩尔提出摩尔定律，预测晶体管集成度将会每18个月增加1倍; 1966年:美国RCA公司研制出CMOS集成电路，并研制出第一块门阵列(50门); 1967年:应用材料公司(Applied Materials)成立，现已成为全球最大的半导体设备制造公司; 1971年:Intel推出1kb动态随机存储器(DRAM)，标志着大规模集成电路出现; 1971年:全球第一个微处理器4004由Intel公司推出，采用的是MOS工艺，这是一个里程碑式的发明; 1974年:RCA公司推出第一个CMOS微处理器1802; 1976年:16kb DRAM和4kb SRAM问世; 1978年:64kb动态随机存储器诞生，不足0.5平方厘米的硅片上集成了14万个晶体管，标志着超大规模集成电路(VLSI)时代的来临; 1979年:Intel推出5MHz 8088微处理器，之后，IBM基于8088推出全球第一台 1 PC; 1981年:256kb DRAM和64kb CMOS SRAM问世; 1984年:日本宣布推出1Mb DRAM和256kb SRAM; 1985年:80386微处理器问世，20MHz; 1988年:16M DRAM问世，1平方厘米大小的硅片上集成有3500万个晶体管，标志着进入超大规模集成电路(ULSI)阶段; 1989年:1Mb DRAM进入市场; 1989年:486微处理器推出，25MHz，1μm工艺，后来50MHz芯片采用 0.8μm工艺; 1992年:64M位随机存储器问世; 1993年:66MHz奔腾处理器推出,采用0.6μ,工艺; 1995年:Pentium Pro, 133MHz，采用0.6-0.35μ,工艺; 1997年:300MHz奔腾?问世,采用0.25μ,工艺; 1999年:奔腾?问世，450MHz，采用0.25μ,工艺，后采用0.18μm工艺; 2000年: 1Gb RAM投放市场; 2000年:奔腾4问世，1.5GHz，采用0.18μ,工艺; 2001年:Intel宣布2001年下半年采用0.13μ,工艺。 1.2.我国集成电路的发展历史 我国集成电路产业诞生于六十年代，共经历了三个发展阶段: 1965年-1978年:以计算机和军工配套为目标，以开发逻辑电路为主要产 品，初步建立集成电路工业基础及相关设备、仪器、材料的配套条件; 1978年-1990年:主要引进美国二手设备，改善集成电路装备水平，在“治散治乱”的同时，以消费类整机作为配套重点，较好地解决了彩电集成电路的国产化; 1990年-2000年:以908工程、909工程为重点，以CAD为突破口，抓好科技攻关和北方科研开发基地的建设，为信息产业服务，集成电路行业取得了新的发展。 1.3 未来中国集成电路产业发展方向 2 中国拥有巨大的电子产品消费能力，并且是世界最大的电子制造基地 ，毫无疑问，集成电路设计业在中国有良好的前景。适时调整思路，是中国集成电路设计业崛起的关键: 1)建立多方业务，实现业务多元化 任何产品都有生命周期，要长久发展，多元化是必然之路。只有紧扣市场需求，不断丰富产品线，才能在业绩上不断提升。 中国IC设计企业应立足本土优势领域，如政府采购、IC卡、多媒体、动漫文化、新型能源等，加强创新能力，实现业务多元化。树立本土技术 、产品和应用标准，抢占市场先机。培育集成电路设计企业与电子整机生产企业经常性沟通联系和产品技术供需交流的渠道，通过电子整机生产企业的发展需求带动集成电路设计业的发展，努力实现电子整机产品集成电路设计本地化，提升产品竞争力。 2)立足自身状况，进行技术创新 如今，IC(集成电路)制造技术进步的代价越来越大，产业 链各方必须通力协作以降低技术创新的成本。本土企业在技术创新的道路上，必须针对自身的实际情况，选择适合自己的发展策略。 一方面，目前，半导体工艺技术已接近极限，国际上采用90纳米技术已是主流，65纳米的项目 也有100多个，少数公司已切入45纳米技术，而中国本土公司目前90纳米和65纳米的项目还非常少见。中国设计公司应与全球领先公司合作，大幅度提升自己的技术能力。积极参与国际化竞争，通过开拓国际市场把规模做大。 另一方面，近年来，全球0.16微米以下工艺产能迅速增长 。中国半导体行业协会的统计数字显示，从2003年第一季度到2007年第三季度，0.16微米以下工艺产能由24.8万片/周增至123.7万片/周。为缩短与国际先进企业在技术上的差距，持续投资以增强创新能力是本土集成电路设计企业的必然选择。 如今，半导体产业垂直分工日益细化，晶圆代工厂与IC设计公司彼此间的领域划分也相当分明。工艺制程技术的档次越高，集成电路产品设计与制造、封测各环节之间的关联性、协同性要求也就越高。先进工艺需要设计公司、晶圆厂共同定义工艺要求，并将产品参数优化放到首位。IC设计公司应与各环节企业有效沟通，提高技术进步。 3)整合全球资源，做大做强 整合全球资源不只是请几个有硅谷工作 经验的技术人员或引进硅谷成熟的技 3 术，它还包括引入风险投资、海外资本运作、企业管理运作模式等一系列硅谷。目前在NASDAQ上市的三家公司中，展讯的启动资金 即是来自海外的风险投资，公司的现代化企业管理运作模式也是取自硅谷。此外，展讯在硅谷设立的分支机构既能获取最新的科技进步信息，同时也成为展讯向全球展示和销售产品的窗口。中星微电子成功的另一要素也是引入硅谷机制。2005年11月15日，中星微电子正式在美国纳斯达克挂牌交易，成为第一家在纳斯达克上市的中国芯片设计公司，为加快全球布局，中星微电子在硅谷、韩国和台湾加大市场推广的投入，使企业更趋国际化。有效地整合全球资源，是这些企业做大做强的捷径。 4 第二章 集成电路芯片制作基本工艺流程简介 2.1 芯片的封装概述. 电子产品是由半导体器件(集成电路和分立器件)、印刷线路板、导线、整机框架、外壳及显示等部分组成，其中集成电路是用来处理和控制信号，分立器件通常是信号放大，印刷线路板和导线是用来连接信号，整机框架外壳是起支撑和保护作用，显示部分是作为与人沟通的接口。所以说半导体器件是电子产品的主要和重要组成部分，在电子工业有“工业之米"的美称 我国在上世纪60年代自行研制和生产了第一台计算机，其占用面积大约为100 m2以上，现在的便携式计算机只有书包大小，而将来的计算机可能只与钢笔一样大小或更小。计算机体积的这种迅速缩小而其功能越来越强大就是半导体科技发展的一个很好的佐证，其功劳主要归结于:(1)半导体芯片集成度的大幅度提高和晶圆制造(Wafer fabrication)中光刻精度的提高，使得芯片的功能日益强大而尺寸反而更小;(2)半导体封装技术的提高从而大大地提高了印刷线路板上集成电路的密集度，使得电子产品的体积大幅度地降低。 2.2芯片的封装目的 封装(Package)对于芯片来说是必须的，也是至关重要的。封装也可以说是指安装半导体集成电路芯片用的外壳，它不仅起着保护芯片和增强导热性能的作用，而且还是沟通芯片内部世界与外部电路的桥梁和规格通用功能的作用。封装的主要作用有: 1)物理保护。因为芯片必须与外界隔离，以防止空气中的杂质对芯片电路的腐蚀而造成电气性能下降，保护芯片表面以及连接引线等，使相当柔嫩的芯片在电气或热物理等方面免受外力损害及外部环境的影响;同时通过封装使芯片的热膨胀系数与框架或基板的热膨胀系数相匹配，这样就能缓解由于热等外部环境的变化而产生的应力以及由于芯片发热而产生的应力，从而可防止芯片损坏失效。基于散热的要求，封装越薄越好，当芯片功耗大于2W时，在封装上需要增加散热片或热沉片，以增强其散热冷却功能;5,1OW时必须采取强制冷却手段。另一方面，封装后的芯片也更便于安装和运输。 2)电气连接。封装的尺寸调整(间距变换)功能可由芯片的极细引线间距，调整到实装基 5 板的尺寸间距，从而便于实装操作。例如从以亚微米(目前已达到0(1 3μm以下)为特征尺寸的芯片，到以10μm为单位的芯片焊点，再到以100μm为单位的外部引脚，最后剑以毫米为单位的印刷电路板，都是通过封装米实现的。封装在这里起着由小到大、由难到易、由复杂到简单的变换作用，从而可使操作费用及材料费用降低，而且能提高工作效率和可靠性，特别是通过实现布线长度和阻抗配比尽可能地降低连接电阻，寄生电容和电感来保证正确的信号波形和传输速度。 3)标准规格化。规格通用功能是指封装的尺寸、形状、引脚数量、间距、长度等有标准规格，既便于加工，又便于与印刷电路板相配合，相关的生产线及生产设备都具有通用性。这对于封装用户、电路板厂家、半导体厂家都很方便，而且便于标准化。相比之下，裸芯片实装及倒装目前尚不具备这方面的优势。由于组装技术的好坏还直接影响到芯片自身性能的发挥和与之连接的印刷电路板(PCB)的设计和制造，对于很多集成电路产品而言，组装技术都是非常关键的一环。 2.3 封装的分类 半导体(包括集成电路和分立器件)其芯片的封装已经历了好几代的变迁，从DIP、SOP、QFP、PGA、BGA到MCP再到SIP，技术指标一代比一代先进，包括芯片面积与封装面积之比越来越接近于1，适用频率越来越高，耐温性能越来越好，引脚数增多，引脚间距减小，重量减小，可靠性提高，使用更加方便等等。封装(Package)可谓种类繁多，而且每一种封装都有其独特的地方，即它的优点和不足之处，当然其所用的封装材料、封装设备、封装技术根据其需要而有所不同。 2.3.1 根据材料分类 根据所用的材料来划分半导体器件封装形式有金属封装、陶瓷封装、金属一陶瓷封装和塑料封装 (1)金属封装金属封装始于三极管封装，后慢慢地应用于直插式扁平式封装，基本上乃是金属-玻璃组装工艺。由于该种封装尺寸严格、精度高、金属零件便于大量生产，故其价格低、性能优良、封装工艺容易灵活，被广泛应用于晶体管和混合集成电路如振荡器、放大器、鉴频器、交直流转换器、滤颇器、继电器等等产品上，现在及将来许多微型封装及多芯片模块(MCM)也采用此金属封装。金属封装的种类有光电器件封装包括带 6 光窗型、带透镜型和带光纤型;分妒器件封装包括A型、B型和C型;混合电路封装包括双列直插型和扁平型;特殊器件封装包括矩正型、多层多窗型和无磁材料型。 (2)陶瓷封装 早期的半导体封装多以陶瓷封装为主，伴随着半导体器件的高度集成化和高速化的发展，电子设备的小型化和价格的降低，陶瓷封装部分地被塑料封装代替，但陶瓷封装的许多用途仍具有不可替代的功能，特别是集成电路组件工作频率的提高，信号传送速度的加快和芯片功耗的增加，需要选择低电阻率的布线导体材料，低介电常数，高导电率的绝缘材料等。陶瓷封装的种类有DIP和SIP;对大规模集成电路封装包括PGA，PLCC，QFP和BGA。 (3)金属一陶瓷封装 它是以传统多层陶瓷工艺为基础，以金属和陶瓷材料为框架而发展起来的。最大特征是高频特性好而噪音低而被用于微波功率器件，如微波毫米波二极管、微波低噪声三极管、微波毫米波功率三极管。正因如此，它对封装体积大的电参数如有线电感、引线电阻、输出电容、特性阻抗等要求苛刻，故其成品率比较低;同时它必须很好地解决多层陶瓷和金属材料的不同膨胀系数问题，这样才能保证其可靠性。金属一陶瓷封装的种类有分立器件封装包括同轴型和带线型;单片微波集成电路(MMIC)封装包括载体型、多层陶瓷型和金属框架一陶瓷绝缘型。 (4)塑料封装 塑料封装由于其成本低廉、工艺简单，并适于大批量生产，因而具有极强的生命力，自诞生起发展得越来越快，在封装中所占的份额越来越大。目前塑料封装在全世界范围内占集成电路市场的95,以上。在消费类电路和器件基本上是塑料封装的天下;在工业类电路中所占的比例也很大，其封装形式种类也是最多。塑料封装的种类有分立器件封装，包括A型和F型;集成电路封装包括SOP、DIP、QFP和BGA等。 2.3.2 根据密封性分类 按封装密封性方式可分为气密性封装和树脂封装两类。他们的目的都是将晶体与外部温度、湿度、空气等环境隔绝，起保护和电气绝缘作用;同时还可实现向外散热及缓和应力。其中气密性封装可靠性较高，但价格也高，目前由于封装技术及材料的改进，树脂封占绝对优势，只是在有些特殊领域，尤其是国家级用户中，气密性封装是必不可 7 少的。气密性封装所用到的外壳可以是金属、陶瓷玻璃，而其中气体可以是真空、氮气及惰性气体。 2.4 封装的形式几特点 从80年代中后期开始电子产品正朝着、便携式，小型化、网络化和多媒体化方向发展，这种市场需求。对电路组装技术提出了相应的要求:单位体积信息的提(高密度化)单位时间处理速度的提高(高速化)为了满足这些要求:势必要提高电路组装的功能密度，这就成为了促进蕊片封装技术发展的最重要的因素。 拿我们常见的内存来说，我们实际看到的体积和外观并不是真正的内存的大小和面貌(而是内存芯片经过打包即封装后的产品。这种打包对于芯片来说是必须的，也是至关重要的。 因为芯片必须与外界隔离，以防止空气中的杂质对芯片电路的腐蚀而造成电气性能下降。另一方面。封装后的芯片也更便于安装和运输。由于封装技术的好坏还直接影响到芯片自身性能的发挥和与之连接的PCB(PrintCircuil Board，印刷电路板)的设计和制造，因此它是至关重要的。封装也可以说是指安装半导体集成电路芯片用的外壳，它不仅起着安放、固定、密封、保护芯片和增强导热性能的作用，而且还是沟通芯片内部世界与外部电路的桥梁。 芯片上的接点通过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建立连接。因此。对于很多集成电路产品而言。封装技术都是非常关键的一环。 芯片的封装技术种类实在是多种多样。诸如DlP、QFP、TSOP、BGA、CSP、QFN等等，一系列名称看上去都十分繁杂，其实，只要弄清芯片封装发展的历程也就不难理解了。芯片的封装技术已经历经好几代的变迁，技术指标一代比一代先进，包括芯片面积与封装面积之比越来越接近。适用频率越来越高，耐温性能越来越好，以及引脚数增多。引脚间距减小(重量减小，可靠性提高，使用更加方便等等，都是看得见的变化。 快过时的PDIP/SOP/QFP封装数十年来，芯片封装技术一直追随着lC的发展而发展，一代IC就有相应一代的封装技术相配合.而SMT(Surface Mount Tectlfqology，表面组装技术)的发展.更加促进芯片封装技术不断达到新的水平。六、七十年代的中、小型规模IC，曾大量使用T0型封装，后来又开发出DIP、PDIP并成为这个时期的主导产品形式; 8 八十年代出现了SMT。相应的lC封装形式开发出适于表面贴装短引线或无引线的LCCC、PLcC、SOP等结构。在此基础上，经十多年研制开发的QFP(Quad Flat Package，扁平封装)不但解决了LSl的封装问题。而且适于使用SMT在PCB或其他基板上表面贴装。使QFP终于成为SMT主导电子产品并延续至今。 QFP四面有欧翘状引脚，I/O引线数要比两面有欧翘状引脚SOP多得多。 为了适应电路组装密度的进一步提高。QFP的引脚间距目前已从1.27mm发展到了O 3ram。由于引脚间距不断缩小。I/0数不断增加。封装体积也不断加大，给电路组装生产带来了许多困难，导致成品率下降和组装成本的提高另方面由于受器件引脚框架加工精度等制造技术的限制.0 3mm已是QFP引脚间距的极限，这都限制了组装密度的提高。0.5mm引脚间距、304条引脚的QFP已经是目前电子封装生产所能制造QFP封装的最大值.若要容纳更多的引脚，只有寻找更新的封装技术手段.种种迹象表明QFP封装的发展已走到了尽头。 现在常常用的是 BGA/CSP/QFN封装技术的发展绝不会因为上述困难就停滞不前，于是一种先进的芯片封装BGA(Ball Grid Array.球栅阵列)出现来应对上述挑战。它的I/O引线以圆形或柱状焊点按阵列形式分布在封装下面.引线间距大，引线长度短，这样BGA消除了精细间距器件中由于引线而引起的共面度和翘曲的问题。BGA技术的优点是可增加I/O数和间距，消除QFP技术的高I/0数带来的生产成本和可靠性问题。如图3所示的NVIDIA公司最新的GeForce图形芯片(GPU)体现了当前工程技术的最高成就，相信看到芯片照片上那1144个焊球的人都会惊叹不已。BGA一出现便成为CPU、图形芯片、主板上南/北桥芯片等高密度、高性能、多引脚封装的最佳选择。概括起来，和QFP相比，BGA的优点主要有以下几点: (1)I/O引线间距大(如1.O,1.27毫米)，可容纳的I/O数目大(如1.27毫米间距的BGA在25毫米边长的面积上可容纳350个I/O，而O.5毫米间距的QFP在40毫米边长的面积上只容纳304个I/O)。 (2)封装可靠性高(不会损坏引脚)。焊点缺陷率低(<1ppm/焊点),焊点牢固。 (3)管脚水平面同一性较QFP容易保证，因为焊锡球在 溶化以后可以自动补偿芯片与PCB之间的平面误差。 (4)回流焊时，焊点之间的张力产生良好的自对中效果，允许有50,的贴片精度误差。 (5)有较好的电特性，由于引线短，导线的自感和导线间的互感很低，频率特性好。 (6)能与原有的SMT贴装工艺和设备兼容。原有的丝印机、贴片机和回流焊设备都可使 9 用。 BGA的兴起和发展尽管解决了QFP面临的困难。但它仍然不能满足电子产品向更加小型、更多功能、更高可靠性对电路组件的要求，也不能满足硅集成技术发展对进一步提高封装效率和进一步接近芯片本征传输速率的要求，所以更新的封装CSP(Chip Size Package(芯片尺寸封装)又出现了。它的英文含义是封装尺寸与裸芯片相同或封装尺寸比裸芯片稍大。日本电子工业协会对CSP是芯片面积与封装尺寸面积之比大于80,。CSP与BGA结构基本一样，只是锡球直径和球中心距缩小了、更薄了，这样在相同封装尺寸时可有更多的I,0数，使组装密度进一步提高。可以说CSP是缩小了的BGA。图4展示的是行业领先内存厂商K_flgmax生产的基于CSP封装技术的内存芯片。 CSP之所以受到极大关注，是由于它提供了比BGA更高的组装密度。而比采用倒装片的板极组装密度低。但是它的组装工艺却不像倒装片那么复杂，没有倒装片的裸芯片处理问题，基本上与SMT的组装工艺相一致，并且可以像SMT那样进行预测和返工。正是由于这些无法比拟的优点，才使CSP得以迅速发展并进入实用化阶段。目前日本有多家公司生产CSP。而且正越来越多地应用于移动电话、数码录像机、笔记本电脑等产品上。从CSP近几年的发展趋势来看，CSP将取代QFP成为高I,O引线IC封装的主流。 近几年来，QFN封装(Quad Flat No—lead，方形扁平无引脚封装)由于具有良好的电和热性能、体积小、重量轻，其应用正在快速增长。采用微型引线框架的QFN封装称为MLF封装(Micro Lead Frame一微引线框架)，QFN封装和CSP(Chip Size Package，芯片尺寸封装)有些相似，但元件底部没有焊球。封装底部中央位置有一个大面积裸露焊盘用来导热，围绕大焊盘的封装外围四周有实现电气连接的导电焊盘，如图5所示。由于QFN封装不像传统的SOIC与TSOP封装那样具有鸥翼状引线，内部引脚与焊盘之间的导电路径短，自感系数以及封装体内布线电阻很低，所以它能提供卓越的电性能。此外，它还通过外露的引线框架焊盘提供了出色的散热性能，该焊盘具有直接散热通道，用于释放封装内的热量。通常将散热焊盘直接焊接在电路板上，并且PCB中的散热过孔有助于将多余的功耗扩散到铜接地板中，从而吸收多余的热量。由于体积小、重量轻，加上杰出的电性能和热性能，这种封装特别适合任何一个对尺寸、重量和性能都有要求的应用。我们以32引脚QFN与传统的28引脚PLCC封装比为例，面积(5mm×5mm) 10 缩小了84,，厚度(0.9mm)降低了80,，重量(0.06g)减轻了95,，电子封装寄生效应也降低了50,。所以非常适合应用在手机、数码相机、PDA以及其它便携小型电子设备的高密度印刷电路板上。图6是一个24引脚QFN与一枚硬币尺寸的比较。 以后的封装-MCM封装为了适应目前电路组装高密度要求，芯片封装技术的发展正日新月异，各种新技术、新工艺层出不穷。最新出现的CSP更是使裸芯片尺寸与封装尺寸基本相近，这样在相同封装尺寸时可有更多的I/0数。使电路组装密度大幅度提高。 但是人们在应用中也发现。无论采用何种封装技术后的裸芯片，在封装后裸芯片的性能总是比未封装的要差一些。于是人们对传统的混合集成电路(HlC)进行彻底的改变(提出了多芯片组件(Multi Chip ModtJle，即MCM)这种先进的封装模式。它把几块IC芯片或CSP组装在一块电路板上，构成功能电路板，就是多芯片组件(如图7所示的带有八颗核心的IBM Power 5处理器)。 它是电路组件功能实现系统级的基础。随着MCM的兴起，使封装的概念发生了本质的变化，在80年代以前，所有的封装是面向器件的，而MCM可以说是面向部件的或者说是面向系统或整机的。MCM技术集先进印刷电路板技术、先进混合集成电路技术、先进表面安装技术、半导体集成电路技术于一体，是典型的垂直集成技术，对半导体器件来说，它是典型的柔型封装技术，是一种电路的集成。MCM的出现使电子系统实现小型化、模块化、低功耗、高可靠性提供了更有效的技术保障。对MCM发展影响最大的莫过于lC芯片。因为MCM高成品率要求各类lC芯片都是良好的芯片(KGD)，而裸芯片无论是生产厂家还是使用者都难以全面测试老化筛选，给组装MCM带来了不确定因素。CSP的出现解决了KGD问题。CSP不但具有裸芯片的优点。还可象普通芯片一样进行测试老化筛选，使MCM的成品率才有保证(大大促进了MCM的发展和推广应用。目前MCM已经成功地用于大型通用计算机和超级巨型机中。今后将用于工作站、个人计算机、医用电子设备和汽车电子设备等领域。1992年至1996年MCM以11(1,的年递增率发展，2005年产值有可能突破110亿美元，21世纪初将进入全面实用化阶段，迎来MCM全面推广应用和电子设备革命的年代。 QFN的主要特点QFN(Quad Flat No—lead Package，方形扁平无引脚封装)是一种焊盘尺寸小、体积小、以塑料作为密封材料的新兴的表面贴装芯片封装技术。由于底部中央的大暴露焊盘被焊接到PCB的散热焊盘上，这使得QFN具有极佳的电和热性能。 11 QFN的主要特点有: ?表面贴装封装 ?无引脚焊盘设计占有更小的PCB区域 ?非常薄的元件厚度(<1mm)，可以满足对空间有严格要求的应用 ?非常低的阻抗、自感，可满足高速或者微波的应用 ?具有优异的热性能，主要是因为底部有大面积散热焊盘 ?重量轻。适合便携式应用 ?无引脚设计 QFN导电焊盘有两种类型:全引脚封装(Full Connecting Bar 简称FCB)和引脚缩回封装(Half Etch Connecting Bar) 简称-HECB，也称为Lead PulIback packages)。全引脚封装为整个引脚厚度可从器件的四边观察到。引脚缩回封装具有底部半蚀刻引脚结构，引脚厚度只有一半暴露在封装的四边，而引脚的底部被蚀刻掉，被一种塑料混合物充填。从各个角度显示QFN全引脚和引脚缩回封装的示意图 2.5芯片封装流程 1)芯片切割 12 为了进一步降低生产成本，目前大批生产所用到的硅片多在6寸以上(如8寸、12寸)，由于硅片尺寸较大，所以为了其不受到损害，厚度相应增加，这样就给切割以及划片带来了困难，所以在封装之前，一定要对硅片进行减薄处理。目前，硅片的减薄技术主要有磨削、研磨、化学机械抛光(CMP)、干式抛光(Dry Polishing)、电化学腐蚀(Electrochemical Etching)、湿法腐蚀(Wet Etching)、等离子增强化学腐蚀(Plasma-Enhanced Chemical Etching,PECE)、常压等离子腐蚀(Atmosphere Downstream)等。由于划片工艺改进，相继开发了“先划片后减薄”(Dicing Before Grinding,DBG)和“减薄划片”(Dicing By Thinning,DBT)方法。DBG法，即在背面磨削之前将硅片的正面切割出一定深度的切口，然后再进行背面磨削。DBT法，即在减薄之前先用机械的或化学的方式切割出切口，然后用磨削方法减薄到一定厚度以后，采用ADPE腐蚀去除掉剩余加工量，实现裸芯片的自动分离。这两种方法都很好地避免或减少了减薄引起的硅片翘曲以及划片引起的芯片边沿损害，特别是对于DBT技术，各向同性的Si刻蚀剂不仅能去除硅片背面研磨损伤，而且能除去芯片引起的微裂和凹槽，大大增强了芯片的抗碎裂能力。 2)芯片贴装 芯片贴装(Die Bonding或Die Mount)也称为芯片粘贴，是将IC芯片固定于封装基板或引脚架芯片的承载座上的工艺过程。贴装主要有4种方法: a) 共晶粘贴法 共晶粘贴法是利用金-硅合金(一般是69%Au,31%的Si)，363?时的共晶 熔合反应使IC芯片粘贴固定。一般的工艺方法是将硅芯片置于已镀金膜的陶 瓷基板芯片座上，再加热至约425?，借助金-硅共晶反应液面的移动使硅逐渐 散至金中而形成的紧密接合。在共晶粘贴之前，封装基板与芯片通常有交互摩 擦的动作用以除去芯片背面的硅氧化层，使共晶溶液获得最佳润湿。反应必须 在热氮气的气氛中进行，以防止硅的高温氧化，避免反应液面湿性降低。润湿 性不良将减弱界面粘贴强度，并可能在接合面产生孔隙，若孔隙过大，则将使 封装的热传导质量降低而影响IC电路运作的功能，也可能造成应力不均匀分 布而导致IC芯片的破裂。 b) 焊接粘贴法 13 焊接粘贴法是另一种利用合金反应进行芯片粘贴的方法，其优点是传导性好。工艺是将芯片背面淀积一定厚度的Au或Ni,同时在焊盘上淀积Au-Pd-Ag和Cu的金属层。这样就可以使用Pb-Sn合金焊料很好地焊接芯片在焊盘上。焊接温度取决于Pb-Sn合金的具体成分。焊接粘贴法与共晶粘贴法均利用合金反应形成贴装。因为粘贴的媒介是金属材料，所具有良好热传导性质使其适合高功率元器件的封装。焊接粘贴法所使用的材料可区分为硬质焊料与软质焊料两大类，硬质的金-硅、金-锡、金-锗等焊料塑变应力值高，具有良好的抗疲劳(Fatigue)下抗潜变(Creep)特性，但使用硬质焊料的接合难以缓和热膨胀系数差异所引发的应力破坏。使用软质的铅-锡、铅-银-铟焊料则可以改变这一缺点，但使用软质焊料时必须先在IC芯片背面先镀上类似制作焊锡凸块时的多层金属薄膜以利焊料的润湿。焊接粘贴法的工艺应在热氮气或能防止氧化的气氛中进行，以防止焊料的氧化及孔洞的形成。 c) 导电胶粘贴法 导电胶是填充银的高分子材料聚合物，是具有良好导热导电性能的环氧树脂。导电胶粘贴法不要求芯片背面和基板具有金属化层，芯片粘贴后，用导电胶固化要求的温度时间进行固化，可在洁净的烘箱中完成固化，操作起来简便易行。因此成为塑料封装常用的芯片粘贴法。导电填充料是银颗粒或者是银薄片，填充量一般在75%-80%之间，粘贴剂都是导电的。但是，作为芯片的粘贴剂，添加如此高含量的填充料，其目的是改善粘贴剂的导热性，即为了散热。因为在塑料封装中，电路运行过程产生的绝大部分热量将通过芯片粘剂和框架散发出去。导电胶贴装工艺是用针筒或注射器将粘贴剂涂布到芯片焊盘上(要有适合的厚度和轮廓。对较小芯片而言，内圆角形可提供足够的强度，但不能太靠近芯片表面，否则会引起银迁移现象)，然后用自动拾片机(机械手)将芯片精确地放置到焊盘的粘贴剂上面。对于大芯片，误差小于25µm,角误差小于0.3?。对于15-30µm厚的粘贴剂，压力在5N/c?。芯片放置不当，会产生一系列的问题，如空洞造成高应力;环氧粘贴剂在引脚上造成搭桥现象，引起内连接问题;在引线键合时造成框架翘曲，使得一边引线应力大，一边引线应力小，而且为了找准芯片位置，还会使引线键合的生产率降低，成品率下降。 d) 玻璃胶粘贴法 14 玻璃胶为低成本芯片粘贴材料，使用玻璃胶进行芯片粘贴时是先以盖印 (Stamping)、网印()、点胶()的技术将胶原料涂布于基板的芯片座中， 将IC芯片置放在玻璃胶上后，再将封装基板加热至玻璃熔融温度以上即可完 成粘贴，冷却过程中谨慎控制降温的速度以免造成应力破裂，这是使用玻璃粘 贴法应注意的事项。除了一般的玻璃胶之外，胶材中也可填入金属箔(银为最 常使用的填充剂)以提升热、电传导性能。玻璃胶粘贴法的优点为可以得到无 空隙、热稳定性优良、低接合应力与低湿气含量的芯片粘贴;它的缺点为胶中 的有机成分与溶剂必须在热处理时完全去除，否则对封装结构及其可靠度将有 所损害。 2.5.3芯片互连 集成电路芯片互连是将芯片焊区与电子封装外壳的I/O引线或基板上的金属布线焊区相连接，只有实现芯片与封装结构的电路连接才能发挥已有的功能。 1) 打线键合技术(Wire Bonding,WB) 打线键合技术是集成电路芯片与封装结构之间电路互连最常使用的方法。 主要的打线键合技术有;超声波键合(Ultrasonic Bonding,U/S Bonding)、 热压键合(Thermocompression Bonding,T/C Bonding)、热超声波键合 (Thermosonic Bonding,T/S Bonding)三种。方法是将细金属线或金属带按顺 序打在芯片与引脚架或封装基板的焊垫(Pad)上而形成电路互连。 2) 载动自动键合技术(Tape Automated Bonding,TAB) 载动自动键合技术是将芯片焊区与电子封装外壳的I/O或基板上的金属布 线焊区用具有引线图形金属箔丝连接的技术工艺。 3) 倒装芯片键合技术(Flip Chip Bonding,FCB) 倒装焊(FCB)是芯片面朝下，芯片焊区与基板焊区直接互连的一种方法。 WB和TAB互连都是芯片面朝上的安装互连，而FCB的互连连省略互连线，互连 产生的杂散电容，互连电容与互连电感均比WB和TAB小很多，从而更有利于高 频高速的电子产品的应用。同时，芯片安装互连占的基板面积小，因而芯片安 装密度高。通常在倒装焊后，在芯片与基板间填充环氧树脂Epoxy Under Fill， 这种环氧树脂的作用是十分重要的。首先，环氧树脂可以保护芯片免受环境的 影响，耐受机械振动和冲击，在此时之前因为只有接触点连接作用，在环境(温 15 度)变化或者收到冲击的时候，接触点很容易发生断裂现象，从而出现可靠性 问题;其次环氧树脂可以减小芯片与基板间热膨胀失配的影响，起到缓冲的作 用。同时环氧树脂可以使得应力和应变再分配，减小芯片中心用四角部分凸点 连接处应力和应变过于集中。这样，在环氧树脂的作用下，元器件的可靠性可 以提高为原来的5-10倍。 2.5.4 成型技术 芯片互连完成之后就到了塑料封装的步骤，即将芯片与引线框架“包装”起来。这种成型技术有金属封装、塑料封装、陶瓷封装等。塑料封装是最为常用的封装方式，它占据了90%的市场。塑料封装的成型技术有多种，包括转移成型技术(Transfer Molding)、喷射成型技术(Inject Molding)、预成型技术(Premolding)等，但最主要的成型技术是转移成型技术。转移成型技术使用的材料一般为热固性聚合物(Thermosetting Polymer)所谓热固化性聚合物是指低温时聚合物是塑性的或流动的，但将其加热到一定温度时，即发生所谓的交联反应(Cross-Linking)，形成刚性固体。若继续将其加热，则聚合物只能变软而不能熔化、流动。在塑料封装中使用的典型成型技术的工艺是将以贴装芯片完成引线键合的框架带置于模具中，将塑封的预成型块在预热炉中加热(预热温度在90-95?之间)，然后放进转移成型机的转移灌中。在转移成型活塞的压力下，塑封料被挤压到浇道中，并经过浇口注入模腔(在整个过程中，模具温度保持在170-175?)。塑封料在模具中快速固化，经过一段时间的保压，使得模块达到一定硬度，然后用顶杆顶出模块，成型过程就完成了。 2.5.5去飞边毛刺 塑料封装中塑料树脂溢出、贴带毛边、引线毛刺等到统称为飞边毛刺现象。造成溢料或毛刺的原因很复杂，一般认为是与模具设计、注模条件及塑封料本身有关。随着模具设计的改进，以及严格控制注模条件，毛刺问题越来越轻了。在一些比较先进的封装工艺中，已不在进行去飞边毛刺的工序。去飞边毛刺工序主要有介质去飞边毛刺(Media Deflash)、溶剂去飞边毛刺(Solvent Deflash)、水去飞边毛刺(Water Deflash)。另外，当溢出塑封料发生在框架堤坝(Dam Bar)背后时，可用所谓的树脂清除(Dejunk)工艺。其中，介质和水去飞边毛刺的方法用得最多。用介质去飞边毛刺是将研磨料(如粒状的塑料球)与高压空气一起冲洗模块。在去 16 飞边毛刺过程中，介质会将框架引脚的表面轻微擦磨，这将有助于焊料和金属框架 的粘连。曾经使用天然的介质，如粉碎的胡桃壳和杏仁核，但由于它们会在框架表 面残留油性物质而被放弃。用水去飞边毛刺工艺是利用高压的水流来冲击模块，有 时也会将研磨料与高压水流一起使用。用溶剂来去飞边毛刺通常只适用于很薄的毛 刺。溶剂包括N-甲基吡咯烷酮(NMP)或双甲基呋喃(DMF)。 2.5(6上焊锡 对封装后框架外引脚的后处理可以是电镀(Solder Plating)或是浸锡(Solder Dipping)工艺，该工序是在框架引脚上做保护性镀层，以增加其可悍性。电镀目前 都是在流水线式的电镀槽中进行的，包括首先进行的清洗，然后在不同尝试的电镀 槽中进行电镀，最后冲洗、吹干，放入烘箱中烘干。浸锡首先也是清洗工艺，将预 处理后元器件在助焊剂中浸泡，现浸入熔融铅锡合金镀层。工艺流程为:去飞边? 去油?去氧化物?浸助焊剂?热浸锡?清洗?烘干。 2.5.7切筋成型 所谓的切筋工艺，是指切除框架外引脚之间的堤坝(Dam Bar)以及在框架带上 连在一起的地方;所谓的成型工艺则是将引脚弯成一定的形状，以适合装配 (Assembly)的需要。对于成型工艺，最主要的问题是引脚的变形。对于PTH装配 要求而言，由于引脚数较少，引脚较粗，基本上没有问题;而对于SMT装配而言， 尤其是高引脚数目框架和微细间距框架器件，一个突出的问题是引脚的非共面性 (Lead Non Coplanarity)。造成非共面性的原因主要有两个:一是在工艺过程中 的不恰当处理，但随着生产自动化程度的提高，人为因素大大减少，使得这方面的 问题几乎不存在;另一个原因是由于成型过程中产生的热收缩应力。在成型后的降 温过程中，一方面由于塑封料在继续固化收缩，另一方面由于塑封料和框架材料之 间热膨胀系数失配引起的塑封料收缩程度大于框架材料的收缩，有可能造成框架带 的翘曲，引起非共面问题。所以，针对封装模块越来越薄、框架引脚越来越细的趋 势，需要对框架带重新设计，包括材料的选择、框架带长度及框架形状等以克服这 一困难。 2.5(8 打码 17 打码就是在封装模块的顶面印上去不掉的、字迹清楚的字母和标识，包括制造商的信息、国家、器件代码等，主要是为了识别和跟踪。打码的方法有多种，其中最常用的是印码(Print)，印码又包括油墨印码(Ink Marking)和激光印码(Laster Marking)两种。 2.5.9 元器件的装配 元器件装配的方式有两种，一种是波峰焊(Wave Soldering)，另一种回流焊 (Reflow Soldering)。波峰焊主要在插孔式PTH封装类元器件的装配，而表面贴 装式SMT及混合型元器件装配则大多使用回流焊。波峰焊的工艺过程包括上助焊 剂、预热以及PCB板在一个焊料波峰(Solder Wave)上通过，依靠表面张力和毛 细管现象的共同作用将焊剂带到PCB板和元器件引脚上，形成焊接点。在波峰焊工 艺中，熔融的焊料被一股喷射出来，形成焊料峰，故有此名。回流焊使用盖印、网 印或点胶技术将锡膏先印在焊垫上，并将封装元器件放置到焊垫并封齐，再以气焊 (Vapor Phase Soldering)或称为凝焊(Condensation Soldering)、红外线回 流焊(IR Soldering)、传导回流焊(Conductive Soldering)与激光回流焊(Laser Soldering)等方法将焊垫加热使锡膏回熔而完成接合。 2.6 英特尔CPU工厂封装站点介绍 (1)TRDI(tap receive die intergraty)这是一个存放芯片的站点。所有的芯片都要经过这里，从芯片的接受和到芯片的放出，都是在这里进行的，它的主要作用就是管理芯片。还有就是可以把相同产品的小卷芯片合成大卷的芯片，这样做就是为了生产的方便。SUBMARK，LASERMARK是用于标记的。基片标记，目的是给生产制造提供SLI追踪信息。不同的产品的标记可能是黑色，灰色，铜标记中的一种。 前道标记作用: 1.当前道信息不存在或者被散热盖覆盖时，将产品的信息以二维码和人可识别的文字的方式做生产追踪信息。 2.给商标和版权信息留出空位，这个标记总是打在散热盖上面。 后道标记:这个标记的目的是向客户提供产品信息，这个标记可能用黑白，棕色标记或者HIS标记刻在组件表面或者铜标记刻在组件底边外。 18 (2)APL(automatic package loading)CTL(carrier tray loader)它们的作用都是一样的都是物料转换，并且机器也是一样的。不过它们的运用是相反的，APL是把基片从料盘中转移到carrier上面，而CTL是把carrier上的基片转移到料盘上。 (3)NGCAM(next generation chip attach module)芯片的粘贴。通过模版印刷和喷涂的方式在基片的贴装区域印制或者喷涂足够的助焊剂，然后读取基片表面上的2D matkix信息以跟踪基片。在把芯片和基片精确的粘贴在一起然后通过回流焊接形成电连接。在粘贴的时候会造成芯片贴歪的情况，造成这种情况的原因可能是助焊剂过多或者机器的数据不正确。因此每天测助焊剂的厚度和收集数据时都要仔细，保证数据正常。 (4)DEFLUX(delete flux)去助焊剂。这个站点的作用就是为了去除芯片回流以后残余在芯片和基片之间的助焊剂和为溶助焊剂，因为助焊剂和残余会减弱环氧树脂和芯片或基片之间的粘连，因此要去除助焊剂对芯片的危害。 (5)EPOXY环氧树脂的注塑。它分为EPOXY:Underfill环氧注塑和EPOXY:Cure 烘烤。EPOXY:Underfill就是把经过烘烤后的产品把环氧树脂注入到芯片和基片之间以保护焊接点。而EPOXY:Cure是固化环氧树脂，通过固化炉固化环氧树脂为芯片和基片之间的焊球提供结构化支撑。下面是经过EPOXY过后是CPU如图: 环氧树脂的作用:首先环氧树脂可以保护芯片免受环境影响，耐受机械振动和冲击，在此之前因为只有接触点连接作用，在环境(温度)变化或者收到冲击的时候，接触点很容易发生断裂现象，从而出现可靠性问题;其次环氧树脂可以减小芯片于基片间热膨胀失配的影响，起到缓冲的作用。同时环氧树脂可以使得应力和应变再分配，减小芯片 19 中心用四角部分凸点连接处应力和应变过于集中。这样，环氧树脂作用下，元器件的可靠性可以得到提高。 通过环氧树脂的作用可以推断出来作为合格的环氧树脂填充料应至少具有以下的要求: (1)填料无挥发性，否则可能导致机械失效。 (2)应尽可能减小以消除应力失配。 (3)为避免基片产生变形，固化温度要低。因为高的固化温度不但可能引起基片的变形，还可能对芯片造成损坏。 4)填料的粒子尺寸应小于倒装芯片于基片间的间隙。 ( (5)在填充温度下的填料粘滞性要低，流动性要好。 (6)填料应具有较高的弹性模量用弯曲强度，求确保喊节点不会断裂。 (7)在高温高湿的环境下，填料的绝缘电阻要高，以免产生短路现象。 (8)抗化学腐蚀力强。 (6)CSAM和CSAM2的作用是一样的都是对产品内部缺陷进行无损检查。它们是利用超声波来扫描产品，环氧树脂材料中空气层会折射出不同的超声波信号，因此空洞在扫描图像中可以看见。它们就是在不同的站点过后，其实是一样的。 (7)PEVI(post epoxy visual inspection)和PIVI(post IHS visual inspectional)都是目检，主要是看芯片有没有缺陷。PIVI和PEVI还是有所不同，PEVI目检是在料盘里看，而PIVI是在carrier上面看。 (8)IHS(integrated heat spreader)散热片粘合，将散热片正确地连接或放置在预先熔化的焊接TIM 基础硅核中，并确定方向正确，然后进入回流设备进行焊接TIM 和密封。 20 上面是图是经过HIS过后是产品横截面图，上面加的是散热盖。 SRM是HIS过后是站点主要作用就是将拾取相关的弹簧夹。弹簧夹用于在 回流\固化过程中固定散热片。 以上站点都是前道的封装工艺站点，封装就是就基本上完了，后面的就是测试工艺的站点。 (9)LCBI(low cost burn-in operational)及老化测试。它是目的就是让被测设备(DUT)在高压和高温的状态下加速早期失效，进而使边缘DUT在后期老化电子测试过程中不能通过测试。 (10)CMT站点住要是做产品的电性能测试的，了解产品是否能正常的工作。 (11)OLB(off-line binning)主要是产品的分PIN,经过电性能测试过后，根据电性能的情况把产品分等级。 (12)SFGI工厂产品存放仓库，从测试工序接收储存并拆分产品将分批的物料交给完工工序并贴标签。 (13)OLF(Off Line Fusing)即离线锁频，通过机器锁定CPU的频率使产品有一个好的工作频率。 (14)PPV(Processor Platform Validation)即系统测试，用于测试CPU的整个性能看产品能否正常的工作。 (15)MTI主要做的是把产品从不同的料盘上转移和检查CPU的针脚是否有问题，如有问题并且矫正针脚。 (16)FVI(final visual inspection)简化版最终目检，主要是看经过这么多站点有没有损伤。 21 第 三 章 EPOXY 填充工艺 3.1填充环氧树脂的目的及要求的性能 目的: 首先环氧树脂可以保护芯片免受环境影响，耐受机械振动和冲击，在此之前因为只有接触点连接作用，在环境(温度)变化或者收到冲击的时候，接触点很容易发生断裂现象，从而出现可靠性问题;其次环氧树脂可以减小芯片于基片间热膨胀失配的影响，起到缓冲的作用。同时环氧树脂可以使得应力和应变再分配，减小芯片中心用四角部分凸点连接处应力和应变过于集中。这样，环氧树脂作用下，元器件的可靠性可以得到提高。 环氧树脂的需要的特性: (1)力学性能高。环氧树脂具有很强的内聚力，分子结构致密，所以它的力学性能高于酚醛树脂和不饱和聚酯等通用型热固性树脂。 (2)粘接性能优异。环氧树脂固化体系中活性极大的环氧基、羟基以及醚键、胺键、酯键等极性集团赋予环氧固化物以极高的粘接强度。再加上它有很高的内聚强度等力学性能，因此它的粘接性能特别强，可用作结构胶。 (3)固化收缩率小。一般为1%,2%。是热固性树脂中固化收缩率最小的品种之一(酚醛树脂为8%,10%;不饱和聚酯树脂为4%,6%;有机硅树脂为4%,8%)。线胀系数也很小，一般为6×10-5/?。所以其产品尺寸稳定，内应力小，不易开裂。 (4)工艺性好。环氧树脂固化时基本上不产生低分子挥发物，所以可低压成型或接触压成型。配方设计的灵活性很大，可设计出适合各种工艺性要求的配方。 (5)电性能好。是热固性树脂中介电性能最好的品种之一。 (6)稳定性好。不合碱、盐等杂质的环氧树脂不易变质。只要贮存得当(密封、不受潮、不遇高温)，其贮存期为1年。超期后若检验合格仍可使用。环氧固化物具有优良的化学稳定性。其耐碱、酸、盐等多种介质腐蚀的性能优于不饱和聚酯树脂、酚醛树脂等热固性树脂。 (7)环氧固化物的耐热性一般为80,100?。环氧树脂的耐热品种可达200?或更高。 (8)在热卧性树脂中，环氧树脂及其固化物的综合性能最好。 3.2 填充工艺需要用到的设备及材料 22 a. Tiros BTi800 烘箱 b. Asymtek M600 或 M2000 或 M2022 点胶机 c. LKT Loader 和 Unloader d. DP3K 或 DJ9K 点胶阀 e. Mettler-Toledo AB54-S/FACT 或相当的外部电子秤. f. Valve 耗材 g. Epoxy 3.3 安全用品 1 高温绝热手套 从Tiros 或者Asymtek 机器 中取出热carrier 2 12英寸蓝色橡胶手套 任何接触未固化的Epoxy 材料 3 安全眼镜 所有任务 喷射FM 或化学品 ANSI Z87.1 4 防冻手套 从冰箱里拿出Epoxy 材料 低温 5 面罩 Tiros 烘箱温度高于110C 时 打开Tiros 的门 有机溶解物 带呼吸器的面罩 3.4 危险化学品: 异丙醇 (IPA) 异丙醇是高度易燃、无色的液体，其蒸汽可以被呼吸或皮肤接触吸 收。接触 时可能造成皮肤和眼睛的灼伤。持续的暴露可能引起灼伤、发红、皮疹、干 燥和裂开。吸入蒸汽可以刺激鼻子和喉咙。过度暴露会引起头疼、昏迷和失 去知觉。 丙酮 丙酮是高度易燃、无色的液体，其蒸汽可以被呼吸或皮肤接触吸收。接触时 可能造成皮肤和眼睛的灼伤。持续的暴露可能引起灼伤、发红、皮疹、干燥 23 和裂开。吸入蒸汽可以刺激鼻子和喉咙。过度暴露会引起头疼、昏迷和失去 知觉。 Epoxy 材料 Epoxy 是高能胶水，避免皮肤接触。如果接触，立即用肥皂和水清洗。 3 .5 流程的控制 1) 由于芯片和基片的连接非常紧密,两者之间的空隙非常的小,所以需要非常精确的的控制点胶的多少和地方还点胶的时间等。 实现点胶控制需要用到的流率和重量的时时监控。 流率的范围 135 正负 15 毫克/秒 重量的范围 395 正负 15 毫克 环氧树脂的使用寿命为10个小时，从冰箱(零下45度保存)里拿出来2小时后才能使用 2) 开始点之前需要做好误差的校准，下面就是做的步骤 1. 开始Prompted 程序 a) 加载程序 b) 确保门关好，加热器的气管都连接正常(前面的控制面板上的气流开关) 退出主窗口，准备开始 c) 点击 d) 清理工作台(没有工具、抹布等) e) 由主界面选择“RUN A PROGRAM”，然后选择, 步骤 加载调整(Setup)程序 (每个点胶机一样) 1. 点胶机准备 注:将RMSC 改至维修模式 进行以下操作(如果有的话) (CD6 不适用) 2. 加载程序 注: 对于FmNT 软件，按照自动的方式完成. 到主界面 a) 点击 b) 点击 24 c) 按照CRMS 的要求选择程序 d) 点击 f) 点击 a) 保证清洁(点胶头会移动到前面)，点击 2. 检查清洁工作站真空 a) 将手指放在清洁套上感觉有没有吸力。如果没有真空，参照8.1.E。恢复真空后 再继续。有真空后点击 b) 输入你的名字和工号，点击 c) 确保点胶阀的速度正确，参见CRMS a) 在提示中输入Epoxy 材料的信息。输入材料拿出冰箱的时间和日期。日期必须按 照 年-月-日的格式输入，点击. 3. 校正安全Z 位置 a) 保证当前的安全Z 值为0 然后点击 b) 点击 注:如果提示性调整程序失败，执行手动点胶阀偏差程序然后继续调整程序 4. 校正称重和清洁站点 注:在下一步操作前，确保视线与称重站平齐以达到精确 a) 按打开门，将针头置于称重盖的正中的空上并平齐。 b) 关门，按. c) 按打开门，将针头置于清洁套中心并平齐。这对于针头的清洁非常重 要。 d) 关门，按. e) 选择校正位置然后点击到下一步操作。 注:如果提示性调整程序失败，执行手动点胶阀偏差程序然后继续调整程序 5. 调整探针与针头的Z 偏差 注:确保针头干净，高度探针的弯曲处与针头的针尖平齐 25 a) 检查探针的对齐 检查探针是否在正确的位置，如果没有请联系L2 MT Figure 1 • 在下面的位置，针尖应与探针的第一个弯曲处平齐，误差+/-5mils.参加图1 • 针头与探针间距可以 用高度探针的调整仪衡量，在130-250mil 之间。从前面 看应该在一条直线上。 • 在高处，探针头应该在针头的一半位置。参加图1.(Up position) • 注:如果探针在点胶头的偏差已经校正后有移动，那么需要重新校正这一 步。 b) 确保金属圆片、陶瓷片、探针、针头上没有Epoxy 材料，否则会导致Z 高度的不 准确校正 ) 点击 d) 将探针置于圆片中心，将探针提至Z 高度的最大值以确保精确 e) 点击 f) 将针头置于圆片中心，将探针提至Z 高度的最大值以确保精确 g) 点击 h) 找到针头位置后，点击 注:如果提示性调整程序失败，执行手动点胶阀偏差程序然后继续调整程序 6. 校正探针与相机的偏差. 注:探针在陶瓷片的角落上方的精确非常重要，必须小心移动X 和Y 的位置。下 图给出了探针在陶瓷片上的集中位置 a) 移动探针至几乎接触陶瓷片的右下角; b) 点击; c) 移动相机的十字至陶瓷片的右下角。你可能需要调节灯光的亮度。选择 确认，点击进行下一步操作。 Incorrect Incorrect Correct Incorrect Incorrect 26 d) 保持整洁(点胶头会移动到前方)点击 注:如果提示性调整程序失败，执行手动点胶阀偏差程序然后继续调整程序and continue with prompted setup. 7. 泵室/针头灌注程序 a) 保证清洗口下安装阀门的杯座中有小杯. b) 关门，单击. c) 接下来，完成泵的以下步骤, 必要时会提示: d) 灌注{第一次} (填充泵室，活塞移至灌注室，向主杯排放少量液体 注: 执行此步骤时，保证接通供气线路/电源。如果泵的红色错误灯闪亮，按阀门速度 按钮旁的复位按钮使泵复位.如果问题重复联系技术员. e) DP3120 回灌 (停止供液，泵归位). 注: 如果料杯液体装满约1/3 后，液体仍不能关闭，手动单击提示设置程序中的 停止供液. f) Purge Infinite (泵在满程排气时可排出气泡，为针头灌注环氧。当泵达到冲程极 限时，会发出告警音，屏幕出现消息“DP3120 has reached the Z travel limit”. 单 击. g) DP3120 回灌(回灌泵室，泵归位) h) 灌注{第二次} (活塞移至灌注室向主料杯排放少量液体，保证所有气泡吹出泵室 i) DP3120 回灌. (泵再次归位) j) 接通真空 (清洁针头) k) 显示消息“Press OK to move to front of machine. (单击) l) 点胶阀前移 m) DP3120 回灌. (泵回灌，操作工可以检查灌注状况是否良好) 注: 当阀门回灌时，针头要有强力排出的液体才能证明灌注良好。 任何时候，当 27 液体量大于针头直径时(尺寸接近于小写的“o”)，泵需要回灌 n) 消息“Check for good Prime.” 使用上述标准，良好灌注时单击 ，重复灌注 时单击。 (必要时，重复第二步灌注步骤). o) 灌注良好后，按。 从设备上取下Dixie 杯和杯座。旋转白色杠杆至水平 位置，关闭管塞 p) 用拖把擦拭管塞头。拧管塞头部的luer 插头(帽) q) 消息“Close doors. Click OK to move to purge location” 单击 注:如果提示性调整程序失败，执行手动点胶阀偏差程序然后继续调整程序 8. 校正高度传感探针位置确定针头至照相镜头偏差 注: 单击teach 之前，一定要保证高度传感探针的位置为 X=2.000 Y=3.000，避免发 生碰撞! a) 保证磁片平整，固定完好。单击. b) 显示告警消息提示您进入下一步骤时检查高度探针的位置 。单击 c) 现在，高度传感探针应移至磁片上方。显示以下消息“Place substrate and select dot Style”。保证选择“style 5”点。如果不是，请MTE 纠正 d) 单击. e) 如果匹配未显示x = 2.000， y = 3.000, 必须移动到此位置。这是避免碰撞的关 键! 在退出提示设置，然后重启时，这一点相当重要!如果不需要调整, 单击 . f) 探针移至x = 2.000，y = 3.000 后, 单击输入高度传感探针位置 注:如果提示性调整程序失败，执行手动点胶阀偏差程序然后继续调整程序 9. 校正针头至照相镜头偏差. a) 提示: “Reteach Alignment Dots?”时，单击 b) 如果有点位置问题即点未在这些位置时，采取以下步骤: -单击. 28 -单击 “Move to DOT 1 LOC”. -单击 .. 注: 如果点不干净、不圆，清洁磁片，然后选择 重新分布. a) 四点每一点重复步骤: 点分布到磁片上， 用瞄准线人工定位，将照相镜头瞄准线 对准点中心的上方，选择 . 注:如果提示性调整程序失败，执行手动点胶阀偏差程序然后继续调整程序 10. 核实针头距照相镜头的偏差 a) 四个点的位置正确输入之后，单击 ，照相镜头退回每个点确认位置 b) 四个点的每一点重复此步骤: 用白圈人工确定照相镜头瞄准线在点中心上方的 位置，选择核实该偏差符合规范规定 c) 如果偏差太大， 消息将提示您擦拭基片，重新设置点。单击 ，重新 输入偏差 d) 四个点的位置成功设置之后，单击. 11. 测流率—自动 12. 清洁复位提示设置 a) 清洁清除套中的环氧，然后单击.. b) 轻轻擦拭装载台、磁片上的环氧，然后单击. c) 系统提示再次单击，然后单击. 注: 这对保证设置为下一用户做好准备是非常重要 d) Click . e) 执行流率监控. f) 执行重量监控 g) 执行陶瓷片重量监控 h) 执行Cups 监控(CD6 不适用) 注:执行以下步骤前，将RMSC 变为Active Mode 模式 1. 登录CMUI，必要时使用REG 按钮. 29 2. 进入CMUI 3. 单击Controller 4. 单击System 5. 单击Switch to Active Mode. 13. 如果机器闲置超过10 分钟，那么操作以下步骤: a) 在每台点胶机上执行“Purge needle infinite” b) 执行重灌点胶阀 c) 在每台点胶机上测量流率 d) 在INT3B log sheet 上记录流率 e) 如果需要，清洁掉针头上的多余Epoxy 材料 f) 继续过程 30 第四章 设备的介绍及故障处理 4.1 烘箱 在点胶之前最重要的就是经过烘箱的加热，它的目的就是排出上个站点冲洗过后留在芯片和基片之间的水汽，这是非常重要的工艺，因为如果它们之间有水汽，点胶过后，经过加热固化就会在中间产生空洞。烘箱共有八个温度区间1个是110度,2到7都是163度,第8个是降温区温度为70度，图4-1 31 烘箱一共有8个工作区，1到7为加热区，第8个为水箱进行降温处理 第1个区域功率6000瓦，温度110度， 第2个区域功率6000瓦，温度163度， 第3个区域功率3000瓦，温度163度， 第4个区域功率3000瓦，温度163度， 第5个区域功率3000瓦，温度163度， 第6个区域功率3000瓦，温度110度， 第7个区域功率3000瓦，温度110度， 第8个区域功率0 瓦， 温度70度， 它的内部结构如图2 外面两根轴AZH 可以上下移动和前后移动，而中间两根轴AZ只能前后移动。(它们之间可以同时关闭，但是不能同时打开)当有carry 进入烘箱时，传感器感应到后向前关闭AZH，然后打开AZ，这样AZH就向上移动，此时进入烘箱的carry也跟着轴的移动向上移动。这样上面的SIDE (就是一个夹子从左边把carry夹到右边) 右边的和左边的结构一样，只是向下运动。 在加热区的下面有两根皮带下面X1和上面X2，X2的作用是把装有carry的TRRY盘送进烘箱，X1的作用是把空的TRRY从右边送到左边。 32 图4-2 4.2 点胶机 点胶机共有两台D1,D2 它们各负责点一边,在点胶机上都有加热块,它们的 温度为115 正2 度。点胶机最重要的的就是点胶阀，在针头点胶前，它旁边有 一个传感器来监测针头到芯片的距离，这是非常重要的，如果没有这个传感器 针头很容易把芯片和基片刮伤。EPOXY主要是有高压气体把它从管子中压出来 33 的。 点胶机的整体图如下: 点胶的多少对点胶的质量有很大的影响，所以需要很精确的控制点胶的流量，为此在机器内部安装了一台电子称，可以测到0.01 毫克/秒， 电子称的图如下: 要求流率的范围为 140?15毫克/秒 34 除了内部有一个电子称外，外部还需要一个称来测重量，具体是在一块白瓷片上点10次 然后称这10点的重要。 这10点的重量范围 395 ?15 毫克 35 还需要校准针头和传感器的高度 点胶的方式: 36 点胶过后EPOXY会在芯片和基片微细空隙的虹吸作用下充满整个区域 如图 37 4.3故障处理: 1)如果温度低于spec 规定 按下“Heater On”，直到每个区域都指 示为绿色然后再按下“Start”重新生产. 2)温度高于spec 规定 检查加热器是否在运行加热器正常运行,温度仍高于规定通知MTE,加热器没有正常运行而温度高于规定等待1 分钟后按下heater on 键 3)所有的加热模块都停止工作超过30 分钟取出烘箱中的所有lot，开始维修。 如果小于30 分钟，参照预烘烤停止时间RFC。 当机器修好后，重新进行预烘烤过程。预烘箱中有过预烘干记录的lot 的RFC:如果发生下列状况Lot 之前从预烘箱中转移出过确保掌握了之前在有温度的预烘箱中的时间记录，检查特殊logsheet 上的信息，确保lot 在温度的link 上生产如果是1262 的产品或MTC load 进空的link，不会有太多的剩余时间。有重新预烘干的lot 的生产线down 了立即通知工程师和主管取得 注意:MTC 和1262 产品对预烘干时间的限制非常敏感(最大9 个小时的累计) 1. Valve 在Priming / Refilling 过程中没有反应 (仅针对M600)Vavle 在 priming 的时候长时间显示为busy，无法回到home 位置。检查stopcock 是 38 不是能活动。如果stopcock 不能动。 检查气管是不是正确连接好。 如果 是，请正确连接好，并按下“valvereset”。如果stopcock 能移动。 检查 vavle 的电源线是否连接好，并检查vavle 的转速是否在spec 范围内。解 决之后按下“valvereset”。上述步骤作完后仍然不能进行priming。通知 MTE. 39 总 结 我的论文主要讲述了集成电路芯片的封装工艺流程，着重的介绍了芯片与基片之间环氧树脂的填充工艺和设备的要求.CPU的集成度比其它的产品都要高很多所以他的封装与其他集成电路的芯片封装有很多不相同之处，这主要体现在其他的连接要靠针脚的连接,而CPU是靠基片上的焊球与芯片的连接，所以CPU的封装更加精密,要求的设备更加精密,材料也是要求最高的.由于设计尺寸相当小，所以CPU的封装填充材料也必须要非常的微小才能进入到芯片与基片之间的空隙中。 通过完成这次论文，加深了这三年来所学的电路知识和材料方面的知识,特别是围绕芯片制造和封装测试所学习的课程。即半导体器件、半导体物理、微电子产业发展、集成电路封装制造工艺步骤。 通过到英特尔的实习在实践中加深了道理论的理解程度，对这次写论文有很大的帮助.同时我们在以后的工作中要不断的巩固自己所学的专业知识，并且在实际中和理论连接起来,才能有更大的进步。 毕业之后我们就从学校步入到了社会上，相信这三年所学到的知识可以在工作上给我很大的帮助，但是社会的发展是非常的快的，知识的更新更是日新月异所以我要在以后的人生路上继续学习了解这方面的发展情况,学习更多的知识. 40 参考文献 [1]微电子产业及单晶硅材料 (李可为 主编) 电子高专内部教材 [2]集成电路封装与测试 (李可为 主编) 重庆大学出版社 [3]微电子材料与制程 (陈力俊 主编) 复旦大学出版 [4]倒装芯片封装的下填流动研(万建武 主编) 科学出版社 [5]半导体器件 (正田英介 主编) 科学出版社 41