封装又区分为传统封装、晶圆级封装,其中传统封装包括引线框架(Leadframe)、基板封装(Substrate),晶圆级封装包括晶圆级芯片封装(WLCSP)、重布线(RDL)、倒片(Flip Chip)、硅通孔(TSV)。
裸片贴装前,需要将前道工艺加工的晶圆切割成独立的Die,再与外部进行连接、通电,因此,需要将金属引线和芯片焊盘连接起来。其中,连接电路的方式被称为Wire Bonding。从结构上看,需要将金属引线在芯片的焊盘上进行一次键合,同时在载体焊盘上进行二次键合,以实现从外部提供偏压和输入,建立电路连接。早期,载体多为引线框架,现阶段多为PCB。
- 金属引线比凸点长,且线径小,因此传输电信号速率慢;
由于引线键合的缺陷,衍生出了FC,即直接将芯片正面扣在基板上,中间用小金属球连接,从而缩短互联距离、提升连接密度,实现更小的阻抗、更好的电性能、更佳的散热性、更紧凑的封装、更强的抗冲击性。FC降低了封装难度、简化封装过程、缩小封装体积,给移动设备及工业应用领域带来了重要突破。FC也是目前最主流的先进封装工艺,约占先进封装市场的77%。
FC根据键合方式的差异,还可区分为球限位阵列(Ball Grid Array)和探针封装(Cavity Down)。其中BGA在芯片的底部布有一定数量的焊球,以网格状或阵列状排在芯片底部,与基板上对应焊盘进行电连接;CD在芯片的底部有柱状金属凸点(称为探针),这些探针通常以阵列状或线性排列在芯片的底部,与基板上相应的焊盘或插座接触,实现电连接。由于BGA的引脚更短、数量更多、延迟更低、干扰更小、速率更高,在DDR2之后基本以BGA为主流方案。
FC利用Bump代替引线,根据Bump材料的不同,可区分为金凸块、铜柱凸块、铜镍金凸块、锡凸块,随着技术迭代,Bump尺寸越来越小,发展出了不需要Bump的混合键合(Hybrid Bonding),可提供相较于Bump多1000倍的I/O连接,并实现信号延迟驱动至接近零的水平,这意味着更高的内存密度、更高的传输速率。混合键合是指在两个芯片表面形成“电介质-电介质和金属-金属”的连接,其关键工艺步骤包括预键合层的准备和创建、键合工艺本身、键合后退火以及每个步骤的相关检查和计量,以确保成功键合。有两种方法可以实现混合键合:晶圆到晶圆 (W2W) 和芯片到晶圆 (D2W) 。而D2W亦成为了异构集成的重要选择,因为其支持不同尺寸/类型的芯片进行堆叠。
混合键合在面对优异性能的同时亦需要面对极其严苛的条件。由于涉及先进的工艺要求及复杂性,混合键合涉及了大量半导体前道工艺,包括利用电介质沉积、图案化、蚀刻、铜沉积和铜 CMP等,以在晶圆上创建最终层与芯片的连接。并且需要克服以下要求,才能实现量产:- 薄膜厚度和均匀性:必须仔细控制芯片内、整个晶圆以及晶圆与晶圆之间形成最终预粘合层的电介质膜厚度;
- 覆盖对准:为了成功地以非常小的间距(目前约为1-10μm)粘合表面,需要严格控制接合焊盘对准,以确保要接合的铜焊盘完美对齐,从而推动对覆盖计量精度的需求不断增加和芯片焊接控制。
- 缺陷率:混合键合中的直接电介质对电介质键合和铜对铜键合需要更清洁的表面,不含颗粒和残留物,以最大限度地减少界面处的空洞。与传统的焊料Bump接口相比,这推动了等离子切割等优化工艺的采用,以及显著更高的检测灵敏度和严格的缺陷减少工作。
- 轮廓和粗糙度:成功的键合需要将表面轮廓和粗糙度控制在纳米级,需要更精确的计量技术来帮助开发和控制 HVM 环境中预键合表面的制备。在键合之前,铜焊盘必须具有特定的碟形轮廓。
- 形状和弓形:W2W 和 D2W 混合键合对晶圆形状和弓形都很敏感,因此对晶圆级和芯片级形状计量的需求日益增加,以进行表征和控制。
芯片封装清洗:
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。
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
水基清洗剂产品。