集成电路封装设备介绍——减薄与划片工序

2024-10-23 21:16   陕西  

大概月初时,有个朋友私信我,让做一些封装设备的介绍,说是给自己的学生备课需要点素材。一开始是打算整理一些私信给对方的,但是长时间没沟通,发现这边不能主动发消息给粉丝,也就只能写成文章通知下对方了!而当时一听到是要培养祖国的花朵,为中国芯的未来做贡献,瞬间感觉到了层次的升华,说什么也要薅着曾经的战友,负责其他工序设备的各兄弟熬个通宵!!!

既然是以浇花为目的,就果断以我们最熟悉的IC塑封产品(QFN)为例,以免讲错误人子弟。我们先通过以下塑封类产品的封装工艺流程,来介绍下IC封装的主设备都有哪些。

大致的工艺流程盘清楚了,我们就一个一个来介绍下其所用到的设备。

减薄(Back Grinding)

也称为晶圆背面研磨。晶圆厂生产出的晶圆通常厚度在0.7mm左右,这个厚度对于封装来说太厚,一来会增加衬底的传热距离不利于芯片散热,二来厚度太厚也不利于芯片打线时的线弧控制,容易造成线弧触碰到芯片引起短路,第三就是会影响整个封装体的厚度,有悖于现阶段芯片小型化的发展趋势。因此在传统封装中,通常会将芯片减薄至0.1mm~0.3mm之间。

而减薄工序详细拆解,需要经历以下步骤:

晶圆正面贴膜:一片未减薄的晶圆其厚度通常在0.7mm左右,而其有效电路部分通常只有正面不到10um的区域,因此减薄对整个电路性能是没有影响的,而正面贴膜的目的,就是为了在减薄的过程中保护正面电路不受损伤。其工作原理较为简单,即将晶圆背面利用真空吸附在设备工作台上,再利用类似于压面机的原理将减薄膜贴于晶圆正面,最后将多余部分切除即可(如下图)。

晶圆背面减薄:其原理类似于用砂轮磨刀,分为粗磨和细磨,粗磨磨轮颗粒度大,可快速将晶圆减薄至目标厚度附近,同时磨轮也越接近晶圆电路有效区,此时,若继续使用粗磨,很可能会导致内部暗裂引起晶圆电路层受损,因此改为细磨进行精加工,既可避免粗加工损坏电路,又可提高晶圆减薄精度。

背面贴膜:此项原理和贴正面膜类似,区别是背面贴膜时需要增加钢圈,钢圈在划片和上芯的过程中对晶圆起着支撑作用。

撕正面膜:将贴好背面划片膜的晶圆固定在工作台,用UV灯照射对减薄膜进行解胶,解胶后将减薄膜撕掉。

设备方面,目前应用较多的是正面贴膜设备使用全自动或半自动设备,背面研磨、背面贴膜、撕正面膜使用多机联动的全自动化设备。

而在封装设计、导入方面,针对背面减薄工序需要考虑的主要则是晶圆尺寸、晶圆材质、减薄前厚度以及减薄后厚度,并需考虑晶圆电路面设计是否可进行UV光照射。

划片(Wafer Saw)

划片也叫晶圆切割,其目的就是将整片晶圆上成千上万的独立芯片个体切割开来。

划片的原理类似于用锯锯木头,镶嵌在划片道边缘的金刚石颗粒与其粘合剂一起形成了锯齿的形态,当高速转动的划片刀接触到晶圆时,在金刚石颗粒的不断撞击下,划片道内的Si颗粒被击碎并通过pocket将其带走,从而形成一条沟壑,将各晶粒分开。刀片的切割深度需大于晶圆厚度,且不能将划片膜切穿,从而利用划片膜的粘性,确保已被分开的晶粒不会散落。 

划片设备目前也是以日系为主,以下为Disco的DDS2320划片机。

而在封装设计与导入过程中,针对减薄工序需要考虑的是晶圆尺寸、减薄后的晶圆厚度、晶圆材质、切割道宽度、切割道下方是否存在金属等等。

写着写着发现篇幅太长,今天就先到这吧,那位有需要的朋友看到了记得私信一声,这种介绍看起来简单,写起来是真费劲啊!!! 

集成电路封装设计
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