集成电路封装知识(2)
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集成电路封装知识（2）对15到30微米厚的粘结剂，压力在5N/cm2。
芯片放置不当，会产生一系列问题：如空洞造成高应力；环氧粘结剂在引脚上造成搭桥现象，引起内连接问题；在引线键合时造成框架翘曲，使得一边引线应力大，一边引线应力小，而且为了找准芯片位置，还会使引线键合的生产力降低，成品率下降。
聚合物粘结剂通常需要进行固化处理，环氧基质粘结剂的固化条件一般是150°C，1小时（也有用186°C，0.5小时固化条件的）。
聚酰亚胺的固化温度要更高一些，时间也更长。
具体的工艺参数可通过差分量热仪（Differential Scanning Calorimetry, DSC）实验来确定。
在塑料封装中，引线键合是主要的互连技术，尽管现在已发展了TAB(tape automated bonding)、FC(flip chip)等其它互连技术，但占主导地位的技术仍然是引线键合技术。
在塑料封装中使用的引线主要是金线，其直径一般在0.025mm到0.032mm(1.00mil到1.25mil)。
引线的长度常在1.5mm到3mm (60mil到120mil) 之间，而弧圈的高度可比芯片所在平面到0.75mm(30mil)。
键合技术有热压焊(thermocompression)，热超声焊(thermosonic)等。
这些技术的优点是容易形成球形（所谓的球焊技术，ball bonding），并且可以防止金线氧化。
为了降低成本，也在研究用其它金属丝，如铝、铜、银、钯等来替代金丝键合。
热压焊的条件是二种金属表面紧紧接触，控制时间、温度、压力，使得二种金属发生连接。
表面粗糙（不平整）、有氧化层形成或是有化学沾污、吸潮等都会影响到键合效果，降低键合强度。
热压焊的温度在300°C到400°C，时间一般为40毫秒（通常，加上寻找键合位置等程序，键合速度是每秒二线）。
超声焊的优点是可避免高温，因为它用20到60 KHz的超声振动提供焊接所需的能量，所以，焊接温度可以降低一些。
超声焊是所谓的楔焊（wedge bonding）而不是球焊（ball bonding），在引线与焊盘连接后，再用夹具或利刃切断引线（clamp tear or table tear）。
楔焊的缺点是必须旋转芯片和基座，以使它们始终处于楔焊方向上，所以，楔焊的速度就必须放慢。
它的优点是焊接面积与引线面积相差不大，可以用于微细间距(fine pitch)的键合。
将热和超声能量同时用于键合，就是所谓的热超声焊。
与热压焊相比，热超声焊最大的优点是将键合温度从350℃ 降到250℃ 左右（也有人认为可以用100℃ 到150℃ 的条件），这可以大大降低在铝焊盘上形成Au-Al金属间化合物的可能性，延长器件寿命，同时降低了电路参数的漂移。
在引线键合方面的改进主要是因为需要越来越薄的封装，有些超薄封装的厚度仅有0.4毫米左右。
所以，引线环（loop）从一般的8至12密尔（200到300微米）减小到4至5密尔（100到125微米），这样，引线的张力就很大，引线绷得很紧。
楔焊的优点是可以用于微细间距焊盘上，适合于高密度封装，它甚至可用于焊盘间距小于75微米的键合，而若采用球焊，则1密尔（25微米）的金丝，其球焊的直径在2.5到4密尔（63至102微米）之间，要比楔焊大得多。
塑料封装的成型技术也有许多种，包括转移成型技术、喷射成型技术（inject molding）、预成型技术（premolding）等，但最主要的成型技术是转移成型技术(transfer molding)。
转移成型使用的材料一般为热固性聚合物(thermosetting polymer)。
所谓的热固性聚合物是指在低温时，聚合物是塑性的或流动的，但当将其加热到一定温度时，即发生所谓的交联反应(cross-linking)，形成刚性固体。
再将其加热时，只能变软而不可能熔化、流动。
在塑料封装中使用的典型成型技术的工艺过程如下：将已贴装好芯片并完成引线键合的框架带置于模具中，将塑封料的预成型块在预热炉中加热（预热温度在90℃到95℃之间），然后放进转移成型机的转移罐中。
在转移成型活塞的压力之下，塑封料被挤压到浇道中，并经过浇口注入模腔（在整个过程中，模具温度保持在170℃到175℃左右）。
塑封料在模具中快速固化，经过一段时间的保压，使得模块达到一定的硬度，然后用顶杆顶出模块，成型过程就完成了。
用转移成型法密封微电子器件，有许多优点。
它的技术和设备都比较成熟，工艺周期短，成本低，几乎没有后整理（finish）方面的问题，适合于大批量生产。
当然，它也有一些明显的缺点：塑封料的利用率不高（在转移罐、壁和浇道中的材料均无法重复使用，约有20％到40％的塑封料被浪费）；使用标准的框架材料，对于扩展转移成型技术至较先进的封装技术（如TAB等）不利；对于高密度封装有限制。
对于大多数塑封料来说，在模具中保压几分钟后，模块的硬度足可以达到允许顶出，但是，聚合物的固化（聚合）并未全部完成。
由于材料的聚合度（固化程度）强烈影响材料的玻璃化转变温度及热应力，所以，促使材料全部固化以达到一个稳定的状态，对于提高器件可靠性是十分重要的，后固化就是为了提高塑封料的聚合度而必须的工艺步骤，一般后固化条件为170℃ 到175℃，2至4小时。
目前，也发展了一些快速固化（fastcure molding compound）的塑封料，在使用这些材料时，就可以省去后固化工序，提高生产效率。
在封装成型过程中，塑封料可能会从二块模具的合缝处渗出来，流到模块外的框架材料上。
若是塑封料只在模块外的框架上形成薄薄的一层，面积也很小，通常称为树脂溢出（resin bleed）。
若渗出部分较多、较厚，则称为毛刺（flash）或是飞边毛刺（flash and strain）。
造成溢料或毛刺的原因很复杂，一般认为是与模具设计、注模条件及塑封料本身有关。
毛刺的厚度一般要薄于10微米，它对于后续工序如切筋打弯等工艺带来麻烦，甚至会损坏机器。
因此，在切筋打弯工序之前，要进行去飞边毛刺工序（deflash）。
随着模具设计的改进，以及严格控制注模条件，毛刺问题越来越不严重了，在一些比较先进的封装工艺中，已不再进行去飞边毛刺的工序了。
去飞边毛刺工序工艺主要有：介质去飞边毛刺(media deflash)、溶剂去飞边毛刺(solvent deflash)、水去飞边毛刺(water deflash)。
另外，当溢料发生在框架堤坝(dam bar)背后时，可用所谓的dejunk工艺。
其中，介质和水去飞边毛刺的方法用得最多。
用介质去飞边毛刺时，是将研磨料，如粒状的塑料球和高压空气一起冲洗模块。
在去飞边毛刺过程中，介质会将框架引脚的表面轻微擦毛，这将有助于焊料和金属框架的粘连。
在以前曾有用天然的介质，如粉碎的胡桃壳和杏仁核，但由于它们会在框架表面残留油性物质而被放弃。
用水去飞边毛刺工艺是利用高压的水流来冲击模块，有时也会将研磨料和高压水流一起使用。
用溶剂来去飞边毛刺通常只适用于很薄的毛刺。
溶剂包括N－甲基吡咯烷酮（NMP）或双甲基呋喃（DMF）。
对封装后框架外引脚的后处理可以是电镀(solder plating)或是浸锡(solder dipping)工艺，该工序是在框架引脚上作保护性镀层，以增加其抗蚀性，并增加其可焊性。
电镀目前都是在流水线式的电镀槽中进行，包括首先进行清洗，然后在不同浓度的电镀槽中进行电镀，最后冲淋、吹干，然后放入烘箱中烘干。
浸锡也包括清洗工序，然后放到助焊剂（flux）中进行浸泡，再放入熔融的焊锡中浸泡，最后用热水冲淋。
焊锡的成分一般是63Sn/37Pb。
这是一种低共融合金，其熔点在183－184℃之间。
也有用成分为85Sn/15Pb、90Sn/10Pb、95Sn/5Pb的，有的日本公司甚至用98Sn/2Pb的焊料。
减少铅的用量，主要是出于环境的考虑，因为铅对环境的影响正日益引起人们的高度重视。
而镀钯工艺，则可以避免铅的环境污染问题。
但是，由于通常钯的粘结性并不太好，需要先镀一层较厚的、致密的、富镍的阻挡层。
钯层的厚度仅为76微米（3密尔）。
由于钯层可以承受成型温度，所以，可以在成型之前完成框架的上焊锡工艺。
并且，钯层对于芯片粘结和引线键合都适用，可以避免在芯片粘结和引线键合之前必须对芯片焊盘和框架内引脚进行选择性镀银（以增加其粘结性），因为镀银时所用的电镀液中含有氰化物，给安全生产和废弃物处理带来麻烦。
切筋打弯其实是二道工序，但通常同时完成。
所谓的切筋工艺，是指切除框架外引脚之间的堤坝（dam bar）以及在框架带上连在一起的地方；所谓的打弯工艺则是将引脚弯成一定的形状，以适合装配（assembly）的需要。
对于打弯工艺，最主要的问题是引脚的变形。
对于PTH装配要求来讲，由于引脚数较少，引脚又比较粗，基本上没有问题。
而对SMT装配来讲，尤其是高引脚数目框架和微细间距框架器件，一个突出的问题是引脚的非共面性（lead non coplanarity）。
造成非共面性的原因主要有二个：一是在工艺过程中的不恰当处理，但随着生产自动化程度的提高，人为因素大大减少，使得这方面的问题几乎不复存在；另一个原因是由于成型过程中产生的热收缩应力。
在成型后的降温过程中，一方面由于塑封料在继续固化收缩，另一方面由于塑封料和框架材料之间热膨胀系数失配引起的塑封料收缩程度要大于框架材料的收缩，有可能造成框架带的翘曲，引起非共面问题。
所以，针对封装模块越来越薄、框架引脚越来越细的趋势，需要对框架带重新设计，包括材料的选择、框架带长度及框架形状等，以克服这一困难。
打码就是在封装模块的顶表面印上去不掉的、字迹清楚的字母和标识，包括制造商的信息、国家、器件代码等，主要是为了识别并可跟踪。
打码的方法有多种，其中最常用的是印码（print）方法。
它又包括油墨印码(ink marking)和激光印码(laser marking)二种。
使用油墨来打码，工艺过程有点象敲橡皮图章，因为一般确实是用橡胶来刻制打码所用的标识。
油墨通常是高分子化合物，常常是基于环氧或酚醛的聚合物，需要进行热固化，或使用紫外光固化。
使用油墨打码，主要是对模块表面要求比较高，若模块表面有沾污现象，油墨就不易印上去。
另外，油墨比较容易被擦去。
有时，为了节省生产时间和操作步骤，在模块成型之后首先进行打码，然后将模块进行后固化，这样，塑封料和油墨可以同时固化。
此时，特别要注意在后续工序中不要接触模块表面，以免损坏模块表面的印码。
粗糙表面有助于加强油墨的粘结性。
激光印码是利用激光技术在模块表面刻写标识。
激光源常常是CO2或Nd:YAG。
与油墨印码相比，激光印码最大的优点是不易被擦去，而且，它也不涉及油墨的质量问题，对模块表面的要求相对较低，不需要后固化工序。
