***、連接時(shí)沒有引線的無引線鍵合

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

什么是 TAB?

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

無引線鍵合比較

***先關(guān)于TAB，如下圖所示，使用***種稱為熱棒工具(Hot Bar Tool)的夾具，把劃片后芯片的A1焊盤(帶金凸點(diǎn))與TAB引腳(內(nèi)引腳)進(jìn)行熱黏合TAB引腳其實(shí)是在聚酰亞胺膠帶開口處放置的Cu引腳上鍍金而成。這些TAB引線有規(guī)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(dú)有特色。這些TAB引腳比金引線更粗。

TAB的流程

近來芯片的引腳數(shù)量越來越多，連接面積越來越大，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，我們將討論倒裝焊(FCB)。如下圖所示，將金引線鍵合方法應(yīng)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(zhǔn)備倒裝焊。的芯片翻轉(zhuǎn)***下成為“臉朝下”的狀態(tài)，與高性能LSI專用的多層布線封裝基板的電極對(duì)齊，然后加熱連接。此方法稱為金球凸點(diǎn)。之后，注人樹脂以填滿芯片與封裝基板之間的間隙，稱為底部填充。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、無須引線框架的BGA

LSI芯片四周引出來的像蜈蚣腳***樣的端子稱為引線框架。也有的結(jié)構(gòu)不需要這種引線框架，BGA(BallGridArray)就是代表之***。 

沒有引線框架的意義是什么?

無論是前段制程還是后段制程，微細(xì)化的趨勢(shì)不可阻擋。隨著LSI向高集成度、高性能不斷邁進(jìn)，引腳數(shù)量不斷增加。下圖顯示了引線框架類型的封裝示例。舉例來說使用QFP，這種引線框架類型的封裝，***大引腳數(shù)為476針端子，間距為0.4mm，這已經(jīng)是極限了。而且引線框架在切筋時(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(dá)到了極限。

引線框架類型的封裝示例

另***方面，引線框架的引腳越小，彎曲等問題就越嚴(yán)重，從而妨礙了后面在線路板上的安裝。在這種情況下，開始尋求不需要引線端子的封裝，這就是BGA類型的封裝。雖然不需要引線端子了，但是需要在封裝樹脂底板上植球(焊錫球)，以及分割封裝的工序這些請(qǐng)參閱本節(jié)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(汽車電子)等。對(duì)金焊料和焊錫球來說，低成本、微細(xì)化的要求也越來越高。

本節(jié)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(duì)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(duì)齊，通過在預(yù)先涂有助焊劑的封裝基板的引腳位置植入錫球來實(shí)現(xiàn)。

植入錫球的 BGA 封裝

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

通常，以封裝基板的框架為單位進(jìn)行運(yùn)輸。與引線框架類型的封裝***樣，使用托架來容納框架。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(dú)切割，另***種是批量切割。

三、旨在實(shí)現(xiàn)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(duì) 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(tǒng)LSI(通常也稱為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(tǒng)LSI，沒有精細(xì)化加工的設(shè)備是不行的，設(shè)計(jì)也極其復(fù)雜。可是，電路設(shè)計(jì)也好，制造工藝也罷，反正是將已經(jīng)驗(yàn)證過的芯片組合到***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(jī)系統(tǒng)LSI中，這種想法值得考慮。手機(jī)需要應(yīng)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，可以考慮通過單***封裝來應(yīng)對(duì)以上需求，開發(fā)類似堆積木結(jié)構(gòu)的 SiP 比開發(fā)新的LSI更快。

手機(jī)中需要的高端LSI在***內(nèi)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(tǒng)LSI的比較。

SoC與SiP的比較示意圖

從封裝技術(shù)來看 SiP

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

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(dǎo)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，然后用樹脂密封，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，無論如何，封裝的尺寸都要大于芯片尺寸。可是，WLP技術(shù)的優(yōu)勢(shì)是能夠?qū)崿F(xiàn)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)，所以被稱為FBGA(意思是FipChip類型的BGA)。芯片也稱為晶圓***CSP(Chip Size Package)。下圖比較了它與傳統(tǒng)封裝之間的不同。

與傳統(tǒng)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)行再布線工程，主要包括形成重新布線層的層間絕緣膜，稱為中間介質(zhì)層(Interposer);接下來形成通孔和重新布線層(RDL，Re-Distribute Layer)，用來連接芯片和外部端子;接下來形成銅柱(Post,使用銅等材料).然后在銅柱上面生成凸點(diǎn)(Bump)。接下來的步驟是用樹脂密封，再形成焊球并用劃片機(jī)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(cè)試。

晶圓***封裝的放大視圖

OSAT 是什么?后段制程fab 的趨勢(shì)

***后，我們將討論后段制程fab的趨勢(shì)。越來越多的半導(dǎo)體制造商將后段制程外包。在這種趨勢(shì)下，接受后段制程外包的制造商稱為OSAT(0utsourced  Semiconductor  Assembly And  Test)，我們稱其為外包半導(dǎo)體封裝測(cè)試工廠，與外包了前段制程的代工廠是類似的性質(zhì)。OSAT不僅增強(qiáng)了傳統(tǒng)的低端封裝，還強(qiáng)化了本章中所介紹的具有高附加值的高端封裝技術(shù)。可以說，這是因?yàn)橹悄苁謾C(jī)所引領(lǐng)的半導(dǎo)體產(chǎn)品占據(jù)的陣地不斷擴(kuò)大而導(dǎo)致的結(jié)果。在***些代工廠中，有整合后段制程的趨勢(shì)，這***領(lǐng)域無論在商業(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(dǎo)體制造商的后段制程部門整合到***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。

(文章來源于儀器網(wǎng))