湘潭大学
材料与光电物理学院
IC 工 艺 实 验 报 告
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2014年8月28日
本次实习在长沙韶光半导体公司开展，长沙韶光半导体有限公司（4435 厂）是国家生产军用集成电路的定点企业，集产品设计、芯片制造和封装三部分为一体。公司进行集成电路后工序的生产，经由工作人员的指导，我们参观并参与了后工序的制作，让我们对芯片制作有了一个更加直观的认识。接下来将详细介绍长沙韶光半导体公司陶瓷封装工艺流程及测试规范。
• 封装测试工艺流程
一．封装
1.封装基本概念
封装，就是指把硅片上的电路管脚，用导线接引到外部接头处，以便与其它器件连接。它不仅起着安装、固定、密封、保护芯片及增强电热性能等方面的作用，而且还通过芯片上的接点用导线连接到封装外壳的引脚上，这些引脚又通过印刷电路板上的导线与其他器件相连接，从而实现内部芯片与外部电路的连接。因为芯片必须与外界隔离，以防止空气中的杂质对芯片电路的腐蚀而造成电气性能下降。另一方面，封装后的芯片也更便于安装和运输。由于封装技术的好坏还直接影响到芯片自身性能的发挥和与之连接的PCB(印制电路板)的设计和制造，因此它是至关重要的。
2 封装的工艺流程
流程一般可以分为两个部分：在用陶瓷封装之前的工序成为前段工序，在成型之后的操作成为后段工序。
前段工序包括：粘片键合封冒，是在超净间进行的 后端工序包括：电镀剪边蘸锡
2.1 粘片
粘片，即芯片粘贴，是将芯片固定于封装基板或引脚架芯片的承载座上的工艺过程。粘片主要有四种方式：共晶粘片法，焊接粘片法，导电胶粘片法，玻璃胶粘片法
2.1.1粘片原理
玻璃胶粘片法的材料是玻璃胶，是一种厚膜导体材料，由起粘接作用的低温玻璃粉和起导电作用的金属粉（主要是银粉）以及有机溶剂混合而成。用针筒或注射器将粘接剂（玻璃胶）涂布到芯片焊盘上，然后用自动拾片机（机械手）将芯片放置到焊盘的粘接剂上，在一定温度下固化处理
2.1.2 操作规程
1.准备外壳:按照产品的级别、封装形式、数量要求将外壳按一定的方向整齐地排列在金属传递盒内。
2.配置粘结剂:取玻璃粉少许，滴入适量松油醇，用玻璃棒搅匀，搅动时要按一个方向。
3.点粘结剂:用牙签将适量的粘结剂点入外壳底座中心，粘结剂量需根据芯片大小进行调整，必须将芯片四周完好的包住，但又不能溢到芯片表面。
4.装配芯片:用真空粘片笔将待装芯片按其对应的芯座图规定的方位放置,在外壳底座上，确认正确无误后，稍加力使之平整。
5.将装配好的第一只芯片交检验员进行首件检验，检验合格后，将做有标识“Z”的首件隔开放置在传递盒内，易于识别。 6.重复1-5 操作
7.整批芯片装配完毕，送检验人员进行100%专检，修正与剔除不合格品。 8.排气:将装配经检验合格的半制品放入洁净烘箱内排气：工艺条件：T = 210℃ ± 10℃ t = 30min~40min 9.固化:待排气时间结束后，从烘箱内取出半制品电路，放入链式烧结炉内固化。工艺条件：T = 420℃~450℃ t = 1h~1.5h 10.当电路随链式烧结炉链条传动到出口时，取出电路，检查符合质量要求后送下道工序。
2.1.3质量要求
1.粘结牢固，满足芯片剪切强度要求，玻璃粉充分融化，表面光亮，不残缺。 2.芯片表面干净，无有机溶剂残夜，无微粒尘埃，无粘结剂等附着在芯片上。 3.粘片合格率要求控制在99%以上，低于此合格率应按《不合格品控制程序》 4.标识：对不合格品进行标识和隔离。
2.1.3 注意事项
1.从烘箱内取出电路进入链式烧结炉时，要轻取轻放，以免芯片弹起或移动 2.常打扫烘箱内，链式烧结炉内卫生。
3.粘片用的金属传递盒要经常清洗，存放于玻璃柜内，使用前需用酒精棉 擦洗干净保证金属传递盒不带尘埃。 4.经常检查烘箱温控系统，保证安全生产。
5.玻璃粉要存放在干燥处，以免受潮。若发现玻璃粉受潮起坨现象，要立 即停用。
2.2 键合
键合的目的是实现芯片互连，也就是将芯片焊区与电子封装外壳的I/O引线或基板上的金属焊区相连接。
芯片互连有三种常见的技术：引线键合，倒装芯片键合，载带自动键合。 2.2.1 超声波键合的原理
超声波键合采用超声波的能量，使金属丝与铝电极在常温下直接键合。其原理是：利用超声波发生器产生的能量，通过换能器在超高频的磁场感应下，迅速伸缩而产生弹性振动，使劈刀相应振动，同时在劈刀上施加一定的压力于是劈刀在这两种力的共同作用下，带动Al丝在被焊区的金属化层如（Al膜）表面迅速摩擦，使Al丝和Al膜表面产生塑性变形，这种形变也破坏了Al层界面的氧化层，使两个纯净的金属表面紧密接触达到原子间的结合从而形成焊接。主要焊接材料为铝（Al），线焊头一般为楔形。超声键合适应性较好，外界环境要求不高，应用范围广泛。
2.2.2 超声波键合的过程
2.2.3 超声波键合的优缺点
优点：键合点尺寸小，回绕高度低，适合键合点间距小，密度高的芯片连接 缺点：所有的连线必须沿回绕方向排列，因此在连线过程中要不断改变芯片与封装基板的位置再进行第二根引线的键合，从而限制了打线速度。
2.2.4 超声波键合机的操作要求
1.操作时要求戴好口罩、手套（或指套），不准直接用手触摸电路。
2.电路应整齐摆放在洁净的金属传递盒中，并使用洁净的传递盒盖好。在整个加工、传递过程中应特别注意避免外来物对电路造成玷污。
3.为避免在操作中对静电敏感器件造成损伤。试验和操作仪器设备必须良好接地。工作台面要有静电释放装置，操作者必须佩带防静电手腕套。操作过程、电路的传递、包装和存放做到对电路的防静电损伤保护。 下图是芯片互连完成后显微镜下的芯片图
2.3 封帽
2.3.1 除湿
将键合检验合格的电路整齐地摆放在金属传递盒内，置入烘箱进行除湿。条件：T = 140℃ ± 10℃ t = 2h~4h。待除湿设定的时间到达后，从烘箱内取出电路（每次只能取一合），迅速进行装架
2.3.2 装架
1.取出与待封电路相对应的封盖舟及盖板，将盖板按一致方向平方在舟上，正面朝下，封口朝上。
2.取出待封电路，将其反扣在舟上的盖板上，注意与盖板方向一致。底座与盖板接触良好，放置平整、四周整齐。
3.B 级、S 级电路装架后与封装舟一起放入烘箱内待封。
2.3.3 开炉
1.打开链式烧结炉电源开关。
2.开启传动机构使链带运转，并根据工艺调整好链带速度。传动速度设置为每小时280cm—300cm。
3.炉设置：F9.00 2#炉设置：55.61 4.打开加热开关加热升温，使炉温升至420℃— 450℃
5.打开烧结炉供气阀，调整
2、3 号流量计，驱赶炉腔内空气十分钟，再打开
1、3 号流量计。
2.3.4 烧结
1.将装好电路的封装舟轻放在烧结炉入口链带上，使之随链带传动进入炉膛，如此连续进行。
2.当电路随链带传动到烧结炉出口时，取出电路，装入塑料传递盒，送下道工序。
3.B 级、S 级电路大舟每次进炉一舟，小舟每次进炉三舟。并关闭好烧结炉出入口，使外部空气尽量不进入炉膛内，待电路传动到炉口时，取出电路，再进行其余电路的烧结。
2.4 电镀
电镀，是指利用金属和化学的方法，在引线框架的表面镀上一层镀层，以防止外界的影响。可以提高导电性并使元器件在PCB板上容易焊接。
电镀的工序：去油去氧化物冲洗吹干电镀槽中电镀冲洗吹干烘干。具体描述如下
1.将电路均匀装入塑料篮后，先放在金属去油剂中去油污，然后从金属去油剂中取出电路放入水槽用流动水冲洗干净，再放在3%硝酸溶液中约5s，待玻璃腐蚀平整后，取出电路放入清洗槽中用冷热水反复冲洗干净
2.将清洗干净的电路放入70℃~80℃20%硫酸溶液中将氧化层去干净，注意不要过腐蚀，否则电镀电路表面会很差
3.取出电路放入清洗槽中用水反复冲洗干净后，装挂具放入5%的稀硫酸溶液中待电镀
4.冲洗吹干烘干
2.5 剪边成型
剪边是指切除框架外引脚之间的堤坝以及在框架带上连接一起的地方剪边的主要操作步骤。
1.检查气体管道系统，合上压缩机电源，将压缩空气流量调至0.5±0.1MPa 2.将电路块插入刀口之间
3.用手指按平盖板，用脚踩下踏脚板 4.剪边机刀具将电路边框剪下 5.将电路取出，装入传递盒内
重复2-5操作，直至将全部电路的边框剪完
6.关机：电路剪完后，拉下电源开关，关紧气体阀门
2.6 蘸锡
将剪边后的电路，检查随工单和随件电路无误后，准备蘸锡。 1.将锡炉的温度升至250℃ + 10℃ 2.用镊子夹住电路，浸入焊锡炉中5s±0.5s 3.将蘸锡后的电路放入不锈钢盘中，用冷热自来水反复冲洗后，放入70℃ + 5℃的烘箱烘干
二筛选和测试
封装后的芯片并不能马上作为产品销售出去，在此之前要进行一系列的筛选测试实验，确保出厂产品为合格产品。。 筛选测试是利用测试技术对生产线上的半成品、成品进行确定产品等级(电性能参数分档和质量等级分类)，剔除不合格品的测试，测试程度是逐批100%测试，往往在筛选试验项目之后进行，并根据测试数据确定PDA，计算结果判定批次合格。
鉴定检验测试是鉴定机构利用测试技术和法规，对生产厂家需要产品定型、质量认证或用户进行所购IC产品质量情况做合格批次判定的测试。鉴定检验测试一般较严格和具有第三方权威性。
常见的测试项目有：三温测试，恒定加速度，细检漏，粗检漏。
3.1 三温测试
三温测试时，应采用低温（-55±3℃）→ 高温（125±3℃）→ 常温（25±3℃）环境工作温度下进行 1.恒定加速度
恒定加速度试验可以了解产品在实际的恒定加速度环境下的性能和结构的完整性,使半导体器件和集成电路试验样品的封装、内部金属化和引线系统、芯片或衬底附着缺陷以及其它结构弱点暴露出来。本次实习采用离心机进行测试实验。 2.细检漏
主要设备：氦质朴检漏仪 ZQJ-230 型 1000w 冲压罐 （自制） 渗氦校准漏孔 LK-8 型
3.2 粗检漏
1.将电路置于充压罐中，加入氟油F-113，使所有待检电路完全浸没在低温氟油中，按充压罐操作往充压罐中充入氮气，使压力为（517 ± 15）kP（5.0Kgf/cm）保持2h[或使压力为（414 ± 15）kP（4.0Kgf/cm）保持4h]后取出。
2.等充压半小时后，按氟碳油检漏仪操作过程使仪器处于工作状态，氟油温度升至125℃ ± 5℃。
3.将从充压罐中取出待检的电路，放入低氟油中浸泡20S 以上，电路移出浸泡液后，应在空气中至少干燥2min±1min，以去除待检电路表面吸附的低氟油，然后将待检电路每次取5~10 个，放入挂篮中。把挂篮浸入氟碳油检漏仪的FC-43中，电路顶部必须在液面5cm 以下，仔细观察每个电路的各个部位，至少观察30s 以上。
4.失效判定：从同一位置出来一串明显气泡或两个以上大气泡应判作失效，予以剔除。
5.将粗检漏合格的产品放入专用的清洗器皿中，并倒入适量的低氟油，再将合格品放入低氟油中浸泡2min~3min，取出后放在通风良好的地方晾干，再随工单一起转入下道工序。
