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[fa布ri期:2021-07-26 14:32:24] dian击:


 

  在智能shou机、TWS耳机、智能shou表deng热门小xinghuaxiao费电子市场带动下,SiP(System In a Package系统级封zhuang)迎来了更大的fa展机hui。根据Yole预计,2025nian系统级封zhuang市场gui模将达到188亿美元,fu合nian增长lv为6%。

  目前,智能shou机占据SiP下游产品应用的70%,是*主yao的应用场景。而近nian来,sui着SiP模块成本的jiang低、效聅hi奶醩heng、以ji制造流程趋于成熟,cai用这种封zhuangfang蔶iang挠τ胠ing域已从xiao费电子市场ling域逐jian渗透拓展至工业控制、智能汽车、云计算、襧iao频缱觗eng诸多新兴ling域。

  什me是SiP系统级封zhuang?

  SiP是将多个具有不tong功能的有源电子元件与ke选无源器件,以ji诸ruMEMShuo者光学器件deng其ta器件you先组zhuang到yi起,shi蟴hong欢üδ艿牡ジ霰曜挤鈠huang件,形成yi个系统huo者子系统。从架构上来jiang,SiP是将多种功能芯片,包括处理器、存储器deng功能芯片集成在yi个封zhuangna,从而shi蟴hong桓龌?就暾?墓δ堋Ⅻ/p>


封zhuang除pao烤箱

  SiP工艺流程

  SiP封zhuang工艺,是以yi定的工序,在封zhuang基板上,shi现无源、芯片deng器件的组zhuang互连,bing把芯片包封保hu起来的加工过程。SiP封zhuang制程按照芯片与基板的连接fang式ke分为引线键合封zhuang和daozhuang焊两种。

  这里,我们将以引线键合封zhuang为例,为大家详xijie绍整个工艺流程。

  图片整理zi编辑部

  晶yuan研mo Wafer Grinding

  晶yuan研mo是謋u觵uan片背面cai用机械huohua学机械(CMP)fang式进行研mo,将yuan片减薄到适合封zhuang的程du。为保硓hong欢ǖ膋ecao持性,Foundrychu来的晶yuan厚duyiban在700um左you,封测厂必须将其研mo减薄,才适用于切ge、组zhuang,yibanxuyao研mo到200um左you,yixie叠diejie构的memory封zhuang则xu研mo到50um以下。

  晶yuan研mo主yaoke分为下面三个步骤:

  Taping(贴膜):在晶yuan的正面(Active Area)贴上yi层保hu膜,保hu芯片电路qu域在研mo时不bei刮shang。

  Back Grinding(背面研mo) :将贴膜后的晶yuan放在真kong吸盘上,真kong吸盘其xuan转。研mo砂轮转动的tong时对晶yuanshi压,将其研mo到*终xuyao的厚du。

  Detaping(去膜):晶yuan研mo后,将保hu膜jing紫外光照射后bo离。

  晶yuan切ge

  晶yuan切ge流程分为:

  Wafer Mounting (晶yuan贴片):贴膜的主yao作用是防止芯片在切ge时散luo,另外yefang便后续Die Attche工序拾取芯片;

  Die Singulation(芯片切单):芯片切ge又叫划片,目前主yao有两种fang式:刀片切ge和激光切ge。

  Wafer切ge后,所有的芯片已完全分离开,将其放入晶yuan框架盒中,流去下yi工序。

  晶yuan研mo切ge流程

  SMT表面贴zhuang

  SMT工序是将yixiexuyao焊接的元器件安放到基板上,bing通过锡膏焊接起来的工艺。主yao流程:锡膏印刷→ SMT(贴片) → Reflow(hui流焊)。另外,在印刷锡膏前,hui有基板烘烤工序(除湿qi,防bao板);hui流焊后,hui有清xi(清除Flux残liu)、烘gan、检验deng工序。

  芯片贴zhuang Die Attach

  芯片贴zhuang(Die Attach)是封zhuang工艺中非常关键的yi步,其主yao目的是将单颗芯片磞ou裫ing切ge好的wafer上抓取下来,bing安置在基板对应的die flag上,利用yin胶(epoxy)把芯片和基板粘接起来。

  其主yao过程ru下图所shi,ke以xi分为三步:

  1. dian胶(Dispense):

  yin胶的主yao成fen是huan氧树脂、yin粉(Silver)和少量添加剂。huan氧树脂和添加剂主yao起粘jie作用,而yin粉主yao起dao电dao热作用。成品yin胶beizhuang在针筒注射器中,零下50℃的低温保存,防止变性。使用前,将yin胶取chuhui温,bing在离xinjiao拌机中jiao拌均匀,挤chu其中的qipao。

  2. 取芯片(Pick up):

  切ge后的Waferbei安zhuang在gu晶机的Air Bearing Table上,取芯片时,Ejector Pin从wafer下fang将芯片顶起,使之便于脱离tape,tong时Pick up head从上fang吸起芯片,ru下图所shi。

  3. 贴片:

  基板bei传输到gu晶机的贴片ping台(Die bond table)上,ping台bei加热到120℃(防止基板吸收湿qi,使芯片贴zhuang后预guhua)。dian胶之后,已抓取芯片的Pick up head运动到基板上fang,以yi定的压力将芯片裧u?赿ian胶的die flag上,ru下图所shi。完成贴片的基板bei传输到基板盒(Magazine)中,流入下yi工序。

  yin胶guhua Epoxy Cure

  贴片后的基板zhuanghui基板盒,放进热风循huan烤箱,ru下所shi,175℃烘烤60~120分钟,使胶水中的溶剂挥fa,胶水完全guhua,芯片牢贴在基板上。烤箱na充满danqi,防止氧hua。

  deng离子清xi Plasma Clean

  在mi闭真kong中充入少量Ar、H2、O2中的yi种huo几种qi体,利用RF power在ping形板电极形成电场使电子来huizhen荡,电子激fabing电离qi体产生电浆,撞击基板和芯片表面,与污染物产生物理huohua学反应,利用qi体流通将污染物去除。deng离子清xi使表面微jie构产生官能基huo达到yi定的粗糙du,增加不tong材料之间的jie合力,增加焊dian的kekao性以ji基板与塑封材料之间的jie合力,从而提高产品的kekaodu、增加使用shou命。

  引线键合 Wire Bond

  引线键合是封zhuang工艺中*为关键的yi步,主yao目的是利用金线(Au)、铝线(Al)huo铜线(Cu),把芯片上的Pad和基板上Finger通过焊接的fang法连接起来。焊接fang式有热压焊、chao声键合和热chao声焊deng。

  热chao声焊的主yao材料为金线,成分为99.99%的高纯du金,线径yiban为0.8mil,1.0mil,1.3mils,1.5mils和2.0milsdeng。利用chao声振动提供的能量,使金si在金shu焊qu表面xun速mo擦生热,产生塑性变形,破坏金shu层界面的氧hua层,两个纯jing的金shu界面紧mi接触,在钢嘴压力作用下,达到yuan子间紧mi键合,形成牢gu的焊接。

  塑封 Molding

  将已贴zhuang好芯片bing完成引线键合的框架带置于模具中,将塑封料的预成xing块在预热炉中加热,bing进行注塑。

  主yao过程ru下:

  1)将完成chao声焊接的基板,放置在注塑机的下模(Bottom chase)上预热。

  2)将上模(Top chase)下压,bing将预热后的huan氧塑封料(Epoxy Molding Compound,jian称EMC)从注塑口蚫u氲酵读瞎?Pot)中。

  3)注塑杆(Plunger)加压后,熔hua后的塑封料流入bing充满模腔(Cavity),将芯片和焊接金线包封起来,tong时模腔na的kongqijingkongqi口(Air vent)排chu,

  4)待tian充EMC硬hua后,开模脱模,取chu封好的成品。

  EMC:是yi种热gu性树脂,主yao成分为huan氧树脂ji各种添加剂(guhua剂,改性剂,脱模剂,染色剂,zu燃剂deng),为黑色块状,低温存储,使用前xu先hui温。其te性为:在高温下先处于熔融状态,然后其成分fa生交联反应逐jian硬hua,*终成xing。

  植球 Ball Mounting

  BGA封zhuang是通过基板下表面的锡球(Solder Ball)与系统PCBshi现互连的,本工序就是将锡球焊接在基板上的过程。工序kexi分为ru下图4步:

  1.用与BGA焊盘相应的治具沾取助焊剂(Flux),bing将其dian在BGA焊盘上;

  2.通过置球治具(Ball attach tool)真kong吸取锡球,bing转移至沾有助焊剂的焊盘上;松开真kong开关,锡球在助焊剂的粘性作用下,粘贴在基板焊盘上;

  3.将上yi瞛iang幕?逋ü?确鏷ui流焊,锡球在高温下熔hua,bing在助焊剂的帮助下,与基板焊盘浸润,冷却后,锡球与基板牢牢焊接在yi起;

  4.焊接了锡球的基板,放入清xi机,把多yu的助焊剂和脏污清xidiao,*后烘gan。

  da标 Marking

  da标就是在封zhuang模块的顶表面印上去不diao的、字ji清楚的字母和标识,包括制造商的信息、国家、器件代码deng,蟴hong约す庥÷胛?鳌Ⅻ/p>

  切单 Singulation

  为了提高生产效lv和jie约材料,大多数SIP的组zhuang工作都是以zhen列组合的fang式进行,在完成模塑与测试工序以后进行划分,分ge成为单个的器件。本工序主yao目的就是将置球完毕整条(Strip)的产品,分ge成单独的正蔶iang腂GA产品。主yao有三种fang式:剪(Punch),切(Saw),铣(Rout),ru下图所shi。

  Punch:利用te定的治具,在冲碿ai习袯GA封zhuangyi个yi个的剪切下来;

  Saw:把Strip贴在Tape上(防止切ge后封zhuang散luo),利用真kong牢牢吸附在切ge机的切geping台上,切ge刀片高速xuan转,bing按照程序的设定yan着封zhuangBGA封zhuang边缘移动,将Strip上的BGA单独切ge开来。

  Rout:Stripgu定在铣碿ai希?车陡咚賦uan转bing围绕Strip上BGA封zhuang的边缘移动,利用铣刀的切ge作用,将每yi个BGA封zhuang单独铣切下来。

  检查 Inspection

  主yao觴in考欤?庋Ъ觳猓琗-ray检测deng。

  目检:以目视的fang法检验切单后的封zhuang的外观不liang,例ru印字缺陷、塑封缺陷、切单缺陷deng。

  光学检测:检测封zhuang后产品的外xing是否满足gui格(ru翘曲du),以ji焊球的质量缺陷,ru少球、焊球偏移deng。

  X-ray检测:通过X射线透视封zhuangna部jie构,检测金线(断裂、短路deng),塑封(kongdong、分层deng),锡球(脱焊,偏移deng)。

  测试 Testing

  测试工序是确保向客户提供产品的电qi性能fu合yao求的关键工序,ci工序yiban独立与封zhuang工艺。它利用测试设备(Testing Equipment)以jizi动分选器(Handler)(ru下图),测定封zhuangIC的电qite性,把liang品、不liang品qu分开来;对某xie产品,还yao根据测试jie果进行liang品的分级。

  测试按功能ke分为DC测试(直流te性)、AC测试(交流te性huotimingte性)jiFT测试(逻辑功能测试)三大类。tong蔮ei褂衴ixie辅助工序,ruBT老hua、插入、拔chu、shizhuang测试、电容充放电测试deng。

  包zhuangchuhuo Packaging & Shipping

  按照yi定的批次和数量秠uan馐酝瓿傻牟?fang?姓鎘ong包zhuang,主yao目的是保证运输过程中的产品安全,ji长期存放时的产品kekao性。对包zhuang材料的强du、重量、蝜v猟ute性、kang静电性能都有yi定的yao求。主yao材料有Tray盘,kang静电dai,gan燥剂、湿duka,纸箱deng。包zhuang完毕后,直接入库huo按照yao求zhuang箱后直接fahuogei客户。


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