***、連接時(shí)沒(méi)有引線(xiàn)的無(wú)引線(xiàn)鍵合

盡管引線(xiàn)鍵合采用自動(dòng)化，但它是***個(gè)非常耗時(shí)的過(guò)程。材料成本也是***個(gè)挑戰，因此無(wú)引線(xiàn)連接技術(shù)備受關(guān)注。

什么是 TAB?

不使用金線(xiàn)連接芯片電極(Pad)和封裝基板的方法稱(chēng)為無(wú)引線(xiàn)鍵合(WirelessBonding)。無(wú)引線(xiàn)鍵合大致分為兩種。下圖顯示了與引線(xiàn)鍵合相比的兩種方法之間的差異。

無(wú)引線(xiàn)鍵合比較

***先關(guān)于TAB，如下圖所示，使用***種稱(chēng)為熱棒工具(Hot Bar Tool)的夾具，把劃片后芯片的A1焊盤(pán)(帶金凸點(diǎn))與TAB引腳(內引腳)進(jìn)行熱黏合TAB引腳其實(shí)是在聚酰亞胺膠帶開(kāi)口處放置的Cu引腳上鍍金而成。這些TAB引線(xiàn)有規則地排列在聚酰亞胺膠帶上，以卷軸的形式存放，這是TAB的獨有特色。這些TAB引腳比金引線(xiàn)更粗。

TAB的流程

近來(lái)芯片的引腳數量越來(lái)越多，連接面積越來(lái)越大，因此批量焊接的精度很難保證為此也有***種新方法，可以使用劈刀逐個(gè)進(jìn)行連接。

什么是 FCB?

接下來(lái)，我們將討論倒裝焊(FCB)。如下圖所示，將金引線(xiàn)鍵合方法應用于芯片的凸點(diǎn)(Bump)安裝位置，在芯片電極上形成金球凸點(diǎn)。把準備倒裝焊。的芯片翻轉***下成為“臉朝下”的狀態(tài)，與高性能LSI專(zhuān)用的多層布線(xiàn)封裝基板的電極對齊，然后加熱連接。此方法稱(chēng)為金球凸點(diǎn)。之后，注人樹(shù)脂以填滿(mǎn)芯片與封裝基板之間的間隙，稱(chēng)為底部填充。之后在芯片背面貼上散熱片，并在封裝基板的外部引腳掛上錫球。

FCB的流程

二、無(wú)須引線(xiàn)框架的BGA

LSI芯片四周引出來(lái)的像蜈蚣腳***樣的端子稱(chēng)為引線(xiàn)框架。也有的結構不需要這種引線(xiàn)框架，BGA(BallGridArray)就是代表之***。 

沒(méi)有引線(xiàn)框架的意義是什么?

無(wú)論是前段制程還是后段制程，微細化的趨勢不可阻擋。隨著(zhù)LSI向高集成度、高性能不斷邁進(jìn)，引腳數量不斷增加。下圖顯示了引線(xiàn)框架類(lèi)型的封裝示例。舉例來(lái)說(shuō)使用QFP，這種引線(xiàn)框架類(lèi)型的封裝，***大引腳數為476針端子，間距為0.4mm，這已經(jīng)是極限了。而且引線(xiàn)框架在切筋時(shí)使用的刀片，其刀片厚度約為0.1mm，刀片的精度和模具的精度也都達到了極限。

引線(xiàn)框架類(lèi)型的封裝示例

另***方面，引線(xiàn)框架的引腳越小，彎曲等問(wèn)題就越嚴重，從而妨礙了后面在線(xiàn)路板上的安裝。在這種情況下，開(kāi)始尋求不需要引線(xiàn)端子的封裝，這就是BGA類(lèi)型的封裝。雖然不需要引線(xiàn)端子了，但是需要在封裝樹(shù)脂底板上植球(焊錫球)，以及分割封裝的工序這些請參閱本節后面的描述。FCB所示為芯片倒裝焊的方法。

什么是植球?

倒裝芯片的連接方法包括金焊料、焊錫球、超聲波等，金焊料用于窄間距產(chǎn)品，焊錫球用于高可靠性產(chǎn)品(汽車(chē)電子)等。對金焊料和焊錫球來(lái)說(shuō)，低成本、微細化的要求也越來(lái)越高。

本節介紹焊錫球形成技術(shù)，使用的焊錫球大多是普通的共晶焊料。如下圖所示，使用焊錫球吸附夾具對焊錫球進(jìn)行真空吸附，該夾具將封裝引腳的位置與裝有焊錫球的槽對齊，通過(guò)在預先涂有助焊劑的封裝基板的引腳位置植入錫球來(lái)實(shí)現。

植入錫球的 BGA 封裝

此外，還有***種方法可以將焊料通過(guò)絲網(wǎng)印刷到指定位置，然后用熱回流來(lái)生成錫球。

通常，以封裝基板的框架為單位進(jìn)行運輸。與引線(xiàn)框架類(lèi)型的封裝***樣，使用托架來(lái)容納框架。形成錫球后，進(jìn)行切割的封裝。有兩種方法進(jìn)行切割，***種是單獨切割，另***種是批量切割。

三、旨在實(shí)現多功能的SiP

通常，***顆LSI芯片被封進(jìn)***個(gè)封裝，而SiP(SysteminPackage)是將具有各種各樣功能的多顆ISI芯片封在同***個(gè)封裝中。

什么是 SiP?

您可能對 SiP略有印象，其核心思想是將具有各種特定功能的LSI封到***個(gè)封裝中而不是將單***的系統LSI(通常也稱(chēng)為SoC,System on Chip)集成到***個(gè)芯片中。如果我們要在***個(gè)芯片上制造系統LSI，沒(méi)有精細化加工的設備是不行的，設計也極其復雜?？墒?，電路設計也好，制造工藝也罷，反正是將已經(jīng)驗證過(guò)的芯片組合到***起，封裝到***個(gè)管殼中，那***定更快捷。

例如在功能不斷發(fā)展的手機系統LSI中，這種想法值得考慮。手機需要應用的融合(例如支持0ne-Seg和互聯(lián)網(wǎng))，并且產(chǎn)品周期很短，可以考慮通過(guò)單***封裝來(lái)應對以上需求，開(kāi)發(fā)類(lèi)似堆積木結構的 SiP 比開(kāi)發(fā)新的LSI更快。

手機中需要的高端LSI在***內制造，低端LSI在***外制造，也在如此進(jìn)行。下圖顯示了SiP與系統LSI的比較。

SoC與SiP的比較示意圖

從封裝技術(shù)來(lái)看 SiP

從技術(shù)上講，SiP實(shí)際封裝有兩種類(lèi)型:通過(guò)引線(xiàn)鍵合的芯片疊層封裝，以及充分利用倒裝焊技術(shù)的三維封裝(3D封裝)。下圖舉例說(shuō)明了使用引線(xiàn)鍵合連接基板和芯片的封裝類(lèi)型，以及使用倒裝芯片堆疊基板的類(lèi)型。這些SiP有望提供新的“系統解決方案”，此外，使用之前介紹的TSV(Through Silicon Via)的三維實(shí)現，為SiP的發(fā)展提供了更大的可能。TSV也是不使用引線(xiàn)鍵合的方法。

堆疊芯片封裝示例

四、真實(shí)芯片尺寸的晶圓***封裝

晶圓在被切割成單個(gè)LSI芯片之前，以晶圓的狀態(tài)進(jìn)行封裝，這就是晶圓***封裝(WLP)。它不僅適用于半導體，同樣適用于MEMS等什么是晶圓***封裝?

晶圓***封裝是指在晶圓原有狀態(tài)下重新布線(xiàn)，然后用樹(shù)脂密封，再植入錫球引腳***后劃片將其切割成芯片，從而制造出真實(shí)芯片尺寸大小的封裝。把芯片裝進(jìn)封裝中的時(shí)候，無(wú)論如何，封裝的尺寸都要大于芯片尺寸?？墒?，WLP技術(shù)的優(yōu)勢是能夠實(shí)現幾乎與芯片尺寸***樣大小的封裝。

此外，不僅芯片是批量化制造，而且封裝也是批量化制造，可以降低成本。這種封裝方法在技術(shù)層面采用了倒裝焊技術(shù)，所以被稱(chēng)為FBGA(意思是FipChip類(lèi)型的BGA)。芯片也稱(chēng)為晶圓***CSP(Chip Size Package)。下圖比較了它與傳統封裝之間的不同。

與傳統封裝的比較

晶圓***封裝的流程

晶圓***封裝工藝流程如下圖所示。***先進(jìn)行再布線(xiàn)工程，主要包括形成重新布線(xiàn)層的層間絕緣膜，稱(chēng)為中間介質(zhì)層(Interposer);接下來(lái)形成通孔和重新布線(xiàn)層(RDL，Re-Distribute Layer)，用來(lái)連接芯片和外部端子;接下來(lái)形成銅柱(Post,使用銅等材料).然后在銅柱上面生成凸點(diǎn)(Bump)。接下來(lái)的步驟是用樹(shù)脂密封，再形成焊球并用劃片機切割成所需的芯片。

晶圓***封裝工藝流程

下圖顯示了***個(gè)放大的視圖。在切割之前，可以在晶圓狀態(tài)下進(jìn)行測試。

晶圓***封裝的放大視圖

OSAT 是什么?后段制程fab 的趨勢

***后，我們將討論后段制程fab的趨勢。越來(lái)越多的半導體制造商將后段制程外包。在這種趨勢下，接受后段制程外包的制造商稱(chēng)為OSAT(0utsourced  Semiconductor  Assembly And  Test)，我們稱(chēng)其為外包半導體封裝測試工廠(chǎng)，與外包了前段制程的代工廠(chǎng)是類(lèi)似的性質(zhì)。OSAT不僅增強了傳統的低端封裝，還強化了本章中所介紹的具有高附加值的高端封裝技術(shù)?？梢哉f(shuō)，這是因為智能手機所引領(lǐng)的半導體產(chǎn)品占據的陣地不斷擴大而導致的結果。在***些代工廠(chǎng)中，有整合后段制程的趨勢，這***領(lǐng)域無(wú)論在商業(yè)上還是技術(shù)上都備受關(guān)注。在日本，像J-DEVICE公司這樣的OSAT誕生了，它是把半導體制造商的后段制程部門(mén)整合到***起了，在整合后段制程的同時(shí)，水平分工也正在取得進(jìn)展。

(文章來(lái)源于儀器網(wǎng))