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浅谈集成电路的封装内部最常见的两种方式

合明科技 👁 1981 Tags:Wire bonding覆晶封装集成电路封装清洗
目前集成电路的封装内部最常见的方式有「打线封装(Wire bonding)」与「覆晶封装(FCP:Flip Chip Package)」两种,如果芯片的正面朝上,也就是含有黏着垫的那一面朝上,通常使用「打线封装(Wafer bonding)

1.Wire bond原理: 对金属丝和压焊点同时加热和超声波,接触面便产生塑性变形,并破坏了界面的氧化膜,使其活性化,通过接触面两金属之间的相互扩散,形成金属化合物而完成连接。

2.常用线材: 金线,Ag合金线,钯铜线,纯铜线。 基于0.8mil,20um各种线材特性比较如下: 金线的主要优点: 硬度低,应力小,不容易产生弹坑。 抗氧化性好,在高温高湿下环境下的长期可靠性好。 缺点:成本较高,金属迁移率高,相比其他线材易产生Kirkendall Void。

银合金线的主要优点: 硬度低,应力小,不容易产生弹坑,成本低。 缺点:相比其他线材断裂载荷偏小。

铜线的主要优点: 成本低,电阻率小,金属迁移速率低,高温不易产生Kirkendall Void。 缺点:硬度大,容易产生弹坑,高温高湿下易腐蚀。

铜线和钯铜线优缺点比较:1)钯铜线具有更好的耐腐蚀性 2)钯铜线开封后可以存储7天,纯铜线只能存储3天。3)钯铜焊接时在纯氮气环境下,纯铜线需要在氮氢混合气体中。

一、 打线封装的制作流程

打线封装一般都使用「导线架」与「金线」,而且必须将黏着垫(Bond pad)制作在芯片的四周围,导线架的金属接脚(蜈蚣脚)也必须制作在集成电路封装外壳的四周围,如<图一>所示,因此打线封装的接脚数目不能太多。打线封装的步骤为:在靠近芯片的一侧,以机械钢嘴将金线加压加热打在芯片四周围的「黏着垫」上;在靠近导线架的一侧,以机械钢嘴将金线加压加热打在「导线架」上,打完第一根金线,再打第二根,依此类推。

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图一 打线封装技术。

打线封装最大的缺点是打线的动作必须「一根一根地」完成,非常费时;而且芯片上的黏着垫与导线架的金属接脚只能制作在四周围,所以当芯片上的CMOS数目愈多,传送的电讯号愈多,需要的金线也愈多,但是芯片的四周围空间有限,只能容纳固定数量的「黏着垫」,封装外壳的四周围空间也有限,只能容纳固定数量的「金属接脚」,因此打线封装接脚数目不能太多。然后将芯片放到lead frame上,并且用银浆固化,其实就是将芯片和lead frame的底部粘住啦。lead frame可以理解为引线框架,是一种阵列结构,
二、打线封装的应用

  1. 打线封装除了可以使用「导线架」之外,也可以使用「导线载板leadframe」,如<图二>所示,配合封装外部使用针格阵列(PGA)或球格阵列(BGA)如下:
    ➤内部打线封装,外部针格阵列(PGA):如<图二(a)>所示,是以前英特尔(Intel)的中央处理器(CPU)常用的封装方式,目前内部大都已经改用覆晶封装了。
    ➤内部打线封装,外部球格阵列(BGA):如<图二(b)>所示,是以前个人计算机的北桥芯片与南桥芯片经常使用的封装方式,目前内部大都已经改用覆晶封装了。

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图二 打线封装的应用。

  1. 三、 打线封装的优缺点
    ➤优点:适合中小型芯片,大型芯片也有使用,技术较成熟。
    ➤缺点:每支接脚必须打线封装速度较慢,封装体积较大。

四、集成电路封装清洗:

合明科技研发的水基清洗剂配合合适的清洗工艺能为芯片封装前提供洁净的界面条件。

水基清洗的工艺和设备配置选择对清洗精密器件尤其重要,一旦选定,就会作为一个长期的使用和运行方式。水基清洗剂必须满足清洗、漂洗、干燥的全工艺流程。

污染物有多种,可归纳为离子型和非离子型两大类。离子型污染物接触到环境中的湿气,通电后发生电化学迁移,形成树枝状结构体,造成低电阻通路,破坏了电路板功能。非离子型污染物可穿透PC B 的绝缘层,在PCB板表层下生长枝晶。除了离子型和非离子型污染物,还有粒状污染物,例如焊料球、焊料槽内的浮点、灰尘、尘埃等,这些污染物会导致焊点质量降低、焊接时焊点拉尖、产生气孔、短路等等多种不良现象。

这么多污染物,到底哪些才是最备受关注的呢?助焊剂或锡膏普遍应用于回流焊和波峰焊工艺中,它们主要由溶剂、润湿剂、树脂、缓蚀剂和活化剂等多种成分,焊后必然存在热改性生成物,这些物质在所有污染物中的占据主导,从产品失效情况来而言,焊后残余物是影响产品质量最主要的影响因素,离子型残留物易引起电迁移使绝缘电阻下降,松香树脂残留物易吸附灰尘或杂质引发接触电阻增大,严重者导致开路失效,因此焊后必须进行严格的清洗,才能保障电路板的质量。

合明科技运用自身原创的产品技术,满足芯片封装工艺制程清洗的高难度技术要求,打破国外厂商在行业中的垄断地位,为芯片封装材料全面国产自主提供强有力的支持。

推荐使用合明科技水基清洗剂产品。


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