封裝又區(qū)分為傳統(tǒng)封裝、晶圓級封裝,其中傳統(tǒng)封裝包括引線框架(Leadframe)、基板封裝(Substrate),晶圓級封裝包括晶圓級芯片封裝(WLCSP)、重布線(RDL)、倒片(Flip Chip)、硅通孔(TSV)。
裸片貼裝前,需要將前道工藝加工的晶圓切割成獨立的Die,再與外部進(jìn)行連接、通電,因此,需要將金屬引線和芯片焊盤連接起來。其中,連接電路的方式被稱為Wire Bonding。從結(jié)構(gòu)上看,需要將金屬引線在芯片的焊盤上進(jìn)行一次鍵合,同時在載體焊盤上進(jìn)行二次鍵合,以實現(xiàn)從外部提供偏壓和輸入,建立電路連接。早期,載體多為引線框架,現(xiàn)階段多為PCB。
- 金屬引線比凸點長,且線徑小,因此傳輸電信號速率慢;
- 焊頸結(jié)合強度弱,對于保護(hù)性的要求更高。
由于引線鍵合的缺陷,衍生出了FC,即直接將芯片正面扣在基板上,中間用小金屬球連接,從而縮短互聯(lián)距離、提升連接密度,實現(xiàn)更小的阻抗、更好的電性能、更佳的散熱性、更緊湊的封裝、更強的抗沖擊性。FC降低了封裝難度、簡化封裝過程、縮小封裝體積,給移動設(shè)備及工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域帶來了重要突破。FC也是目前最主流的先進(jìn)封裝工藝,約占先進(jìn)封裝市場的77%。
FC根據(jù)鍵合方式的差異,還可區(qū)分為球限位陣列(Ball Grid Array)和探針封裝(Cavity Down)。其中BGA在芯片的底部布有一定數(shù)量的焊球,以網(wǎng)格狀或陣列狀排在芯片底部,與基板上對應(yīng)焊盤進(jìn)行電連接;CD在芯片的底部有柱狀金屬凸點(稱為探針),這些探針通常以陣列狀或線性排列在芯片的底部,與基板上相應(yīng)的焊盤或插座接觸,實現(xiàn)電連接。由于BGA的引腳更短、數(shù)量更多、延遲更低、干擾更小、速率更高,在DDR2之后基本以BGA為主流方案。
FC利用Bump代替引線,根據(jù)Bump材料的不同,可區(qū)分為金凸塊、銅柱凸塊、銅鎳金凸塊、錫凸塊,隨著技術(shù)迭代,Bump尺寸越來越小,發(fā)展出了不需要Bump的混合鍵合(Hybrid Bonding),可提供相較于Bump多1000倍的I/O連接,并實現(xiàn)信號延遲驅(qū)動至接近零的水平,這意味著更高的內(nèi)存密度、更高的傳輸速率。混合鍵合是指在兩個芯片表面形成“電介質(zhì)-電介質(zhì)和金屬-金屬”的連接,其關(guān)鍵工藝步驟包括預(yù)鍵合層的準(zhǔn)備和創(chuàng)建、鍵合工藝本身、鍵合后退火以及每個步驟的相關(guān)檢查和計量,以確保成功鍵合。有兩種方法可以實現(xiàn)混合鍵合:晶圓到晶圓 (W2W) 和芯片到晶圓 (D2W) 。而D2W亦成為了異構(gòu)集成的重要選擇,因為其支持不同尺寸/類型的芯片進(jìn)行堆疊。
混合鍵合在面對優(yōu)異性能的同時亦需要面對極其嚴(yán)苛的條件。由于涉及先進(jìn)的工藝要求及復(fù)雜性,混合鍵合涉及了大量半導(dǎo)體前道工藝,包括利用電介質(zhì)沉積、圖案化、蝕刻、銅沉積和銅 CMP等,以在晶圓上創(chuàng)建最終層與芯片的連接。并且需要克服以下要求,才能實現(xiàn)量產(chǎn):- 薄膜厚度和均勻性:必須仔細(xì)控制芯片內(nèi)、整個晶圓以及晶圓與晶圓之間形成最終預(yù)粘合層的電介質(zhì)膜厚度;
- 覆蓋對準(zhǔn):為了成功地以非常小的間距(目前約為1-10μm)粘合表面,需要嚴(yán)格控制接合焊盤對準(zhǔn),以確保要接合的銅焊盤完美對齊,從而推動對覆蓋計量精度的需求不斷增加和芯片焊接控制。
- 缺陷率:混合鍵合中的直接電介質(zhì)對電介質(zhì)鍵合和銅對銅鍵合需要更清潔的表面,不含顆粒和殘留物,以最大限度地減少界面處的空洞。與傳統(tǒng)的焊料Bump接口相比,這推動了等離子切割等優(yōu)化工藝的采用,以及顯著更高的檢測靈敏度和嚴(yán)格的缺陷減少工作。
- 輪廓和粗糙度:成功的鍵合需要將表面輪廓和粗糙度控制在納米級,需要更精確的計量技術(shù)來幫助開發(fā)和控制 HVM 環(huán)境中預(yù)鍵合表面的制備。在鍵合之前,銅焊盤必須具有特定的碟形輪廓。
- 形狀和弓形:W2W 和 D2W 混合鍵合對晶圓形狀和弓形都很敏感,因此對晶圓級和芯片級形狀計量的需求日益增加,以進(jìn)行表征和控制。
芯片封裝清洗:
合明科技研發(fā)的水基清洗劑配合合適的清洗工藝能為芯片封裝前提供潔凈的界面條件。
水基清洗的工藝和設(shè)備配置選擇對清洗精密器件尤其重要,一旦選定,就會作為一個長期的使用和運行方式。水基清洗劑必須滿足清洗、漂洗、干燥的全工藝流程。
污染物有多種,可歸納為離子型和非離子型兩大類。離子型污染物接觸到環(huán)境中的濕氣,通電后發(fā)生電化學(xué)遷移,形成樹枝狀結(jié)構(gòu)體,造成低電阻通路,破壞了電路板功能。非離子型污染物可穿透PC B 的絕緣層,在PCB板表層下生長枝晶。除了離子型和非離子型污染物,還有粒狀污染物,例如焊料球、焊料槽內(nèi)的浮點、灰塵、塵埃等,這些污染物會導(dǎo)致焊點質(zhì)量降低、焊接時焊點拉尖、產(chǎn)生氣孔、短路等等多種不良現(xiàn)象。
這么多污染物,到底哪些才是最備受關(guān)注的呢?助焊劑或錫膏普遍應(yīng)用于回流焊和波峰焊工藝中,它們主要由溶劑、潤濕劑、樹脂、緩蝕劑和活化劑等多種成分,焊后必然存在熱改性生成物,這些物質(zhì)在所有污染物中的占據(jù)主導(dǎo),從產(chǎn)品失效情況來而言,焊后殘余物是影響產(chǎn)品質(zhì)量最主要的影響因素,離子型殘留物易引起電遷移使絕緣電阻下降,松香樹脂殘留物易吸附灰塵或雜質(zhì)引發(fā)接觸電阻增大,嚴(yán)重者導(dǎo)致開路失效,因此焊后必須進(jìn)行嚴(yán)格的清洗,才能保障電路板的質(zhì)量。
合明科技運用自身原創(chuàng)的產(chǎn)品技術(shù),滿足芯片封裝工藝制程清洗的高難度技術(shù)要求,打破國外廠商在行業(yè)中的壟斷地位,為芯片封裝材料全面國產(chǎn)自主提供強有力的支持。
推薦使用合明科技水基清洗劑產(chǎn)品。