传统的芯片封装制造工艺
芯片由晶圆切割成单独的颗粒后，再经过芯片封装过程即可单独应用。
减薄（BackGrind）
芯片依工艺要求，需有一定之厚度。应用研磨的方法，达到减薄的目标。研磨的第一步为粗磨，目的为减薄芯片厚度到目标值（一般研磨后的厚度为～μm，随着芯片应用及封装方式的不同会不一样）。第二步为细磨，目的为消减芯片粗磨中生成的应力破坏层（一般厚度为1～2μm左右）。研磨时需有洁净水（纯水）冲洗，以便带走研磨时产生的硅粉。若有硅粉残留，容易造成芯片研磨时的破片或产生微裂纹，在后序的工艺中造成芯片破碎的良品率问题及质量问题。同时需要注意研磨轮及研磨平台的平整度，可能会增加芯片破片的机率（因为平整度不好会造成芯片破片）。研磨机内部示意图如图所示。
?研磨机内部示意图
贴膜（WaferMount）
减薄之后，要在芯片背面贴上配合划片使用的蓝膜，才可开始划片。蓝膜需要装在固定的金属框架上（见图19.2）。为了增强膜对芯片的黏度，有时贴膜后须要加热烘焙。
?芯片贴膜后装在金属外框中的照片划片（WaferSaw）
芯片依照单颗大小、需要种类等，要在蓝膜上切割成颗粒状，以便于单个取出分开。划片时需控制移动划片刀的速度及划片刀的转速。不同芯片的厚度及蓝膜的黏性都需要有不同的配合的划片参数，以减少划片时在芯片上产生的崩碎现象。划片时需要用洁净水冲洗，以便移除硅渣。切割中残留的硅渣会破坏划片刀具及芯片，造成良品率损失。喷水的角度及水量，都需要控制。划片工艺如图所示。
?划片工艺示意图一般切割刀片可以达到最小的切割宽度为40μm左右。若用雷射光取代切割刀片可将切割宽度减小到20μm。所以使用窄小的切割道的特殊芯片必须用雷射光切割。对于厚芯片或堆叠多层芯片的切割方式，也建议使用雷射光切割。因为用一般切割刀片切割，在使用特别的刀片下，勉强可以切割三层堆叠的芯片。所以雷射光切割比较好。刀片划片工作时的照片如图所示。
?刀片划片工作时的照片有些芯片在划片时为了达到特殊的芯片表面保护效果，同一切割道要切割两次。此时第一次切割时用的刀片比较宽，第二次切割时用的刀片比较窄。切割时要特别注意，不可切穿芯片背面的蓝膜。若切穿蓝膜会造成芯片颗粒散落，后序的贴片工艺无法进行。划片时洁净水的电阻值要控制在1MΩ之下，以保护芯片颗粒不会有静电（ESD）破坏的问题。一般划片时移动的速度为50mm/s。一般划片时的刀片旋转的速率为r/min。划片完成后，还需要用洁净水冲洗芯片表面，保证芯片上打线键合区不会有硅粉等残留物，如此才能保证后序打线键合工艺的成功良品率。有时在洁净水中还要加入清洁用的化学药剂及二氧化碳气泡，以便提高清洁的效果及芯片表面清洁度。
贴片（DieAttach）
将芯片颗粒由划片后的蓝膜上分别取下，用胶水（epoxy）与支架（leadframe，引线筐架）贴合在一起，以便于下一个打线键合的工艺。胶水中加入银的颗粒，以增加导电度，所以也称为银胶。贴片前后支架照片，以及贴片工艺分别如图1图所示。
?未粘贴芯片颗粒的支架照片
?银胶贴片工艺示意图
?贴片工艺完成后芯片颗粒在支架上的照片一般芯片颗粒背后银胶层厚度为5μm。同时芯片颗粒周边需要看到银胶溢出痕迹，保证要有90%的周边溢出痕迹。
?贴片及打线工艺完成后的截面照片，芯片颗粒外围可见溢出现象其他的常用贴片模式之一，主要是使用共金熔焊模式取代银胶。
?使用共金贴片工艺的示意图其他的常用贴片模式之二，主要是使用焊锡丝熔焊模式取代银胶芯片颗粒小的产品，贴片的速度可以提高。但是对于芯片颗粒超大的产品，贴片时需保证误差度在50μm以内，所以速度要放慢。针对超薄的芯片颗粒，必须用慢速及特殊的芯片颗粒吸取吸头，以保证芯片颗粒不会被破坏或出现微裂纹。
?使用焊锡贴片工艺的示意图
银胶烘焙（EpoxyCuring）
贴片工艺后需要用高温将银胶烤干固化，温度为℃，时间为1小时。烘焙的同时，需要在烤箱中通氮气，防止芯片及支架表面氧化，造成后序工艺无法完成打线键合。
银胶烘焙固化后，需要测量芯片颗粒与支架间的接合力，一般要大于2.0kg的推力需求。
打线键合（WireBond）将芯片颗粒的金属焊接垫（bondpad）与支架，用金属引线焊接联通在一起。打线机的工艺主要参数为4项：键合时温度、打线劈刀的压力、超音输出能量、超音作用时间。
现在将其过程分步完成：
第一步：金线在打线机的劈刀囗下露出线尾。
第二步：打线机的打火杆放电，将线尾熔成球形（叫做自由空气球，freeairball）。
第三步：劈刀移动到芯片颗粒的键合区，向下将自由空气球压到芯片颗粒键合区上。
第四步：劈刀加压力，超音输出能量，作用时间完成后停止超音输出。
第五步：提起劈刀，在芯片键合区上形成金球，接着带着金线由芯片颗粒键合区移往支架上的键合区。
第六步：劈刀移动到支架的键合区上，向下金线压到支架键合区上。
第七步：劈刀加压力，超音输出能量，作用时间完成后停止超音输出。
第八步：移动提起劈刀切断金线，在支架键合区上形成鱼尾，同时保留线尾在打线机的劈刀囗下端。
第九步：回到第一步，开始焊接下一根线。
打线键合过程中的示意图和照片如图所示。
?打线键合工艺示意图
?劈刀囗自由空气球示意图
?第一焊点金球及第二焊点鱼尾的示意图
?打线键合工作时照片
?打线键合用的劈刀照片
?芯片键合区上金球的侧面照片
?芯片键合区上金球的顶视照片
?支架键合区上的鱼尾照片
打线中需要测量金球的直径大小及厚度，一般芯片键合区上的金球直径为60μm，厚度为20μm。打线中需要测量金球的拉力及剪力（推力）的大小，一般芯片键合区上的金球推力值要大于20g，拉力值为大于10g。若在打线键合时的等候时间超过72小时，需做烘焙，以除去胶水固化后再吸水的湿气，不然在后序工艺塑封成型时，会产生湿气释出造成塑封料与芯片及支架接合面脱离的品质问题。若芯片键合区或支架键合区有污染或氧化现象时，打线键合会出现键合不良，甚至金球或鱼尾脱落的问题。此时要把此支架连同芯片放入等离子清洗机中清洗，再进行打线键合工艺。
塑封成型（压模成型，Mold）
将引线键合完成的支架放入塑封模中，用塑封料把芯片、金属引线及支架包裹保护起来，同时达到塑封料外观成型的目标。
需要控制压模温度，塑封料在模具中的转换固化时间，塑封料在模具中的流动速度，一般压模时温度为℃。
塑封料在模具中的流动速度，不可太快或太慢，太快会冲歪或冲断键合好的金线造成品质问题或成品良率问题，太慢则无法在塑封料固化前充分充满整个模具，会造成品质问题或成品外观良率问题。
塑封料在模具中的转换固化时间应配合塑封料特性，在模具中完成80%，然后到后序塑封后烘焙工艺中完成剩余的20%。在模具中超过转换时间，会完全固化在模具中，使得模具粘合死而无法正常打开，需要人工拆卸清理才能使模具回复正常，芯片颗粒产品也只能够报废。
图为塑封成型的工艺细节步骤及图示。
?第一步，塑封料颗粒加入模具中
?第二步，压模冲杆向下推挤塑封料
?第三步，塑封料受热及受压软化，沿着通道被推挤流动向前
?第四步，塑封料被推挤进入模腔中
?第五步，塑封料填满整个模腔，开始固化，完成压模成型工艺
?塑封压模成型示意图
?塑封压模模具示意图
?压模模具下层顶视图
?由压模模具中取出的压模完成品为了达到世界环保的要求，塑封料为环保塑封料。
塑封后烘焙（PostMoldCuring）
塑封料的转换固化在模具中完成80%，然后到塑封后烘焙工艺中完成剩余的20%固化工作。此时在芯片塑封成品上面要加上金属重槌，目的是消除塑封成品的跷曲现象。塑封后烘焙的温度为℃，时间为2小时，跷曲现象要控制在50μm。
除渣及电镀（DeflashandPlating）
将塑封成型后的残渣除去后，将引线支架电镀上一层锡，将来可使用表面贴芯片的技术制作电路系统。
除渣工艺是使用高压水注，冲刷整个塑封完成的支架。水注压力为kg/cm2。
电镀工艺是用化学药品清洗支架表面，再用化学药品当媒介，用锡球及通电电解的方式完成电镀。镀层的厚度要控制在10μm。
为了达到世界环保的要求，电镀为纯锡电镀的无铅制程。
为除渣及电镀过程的示意图和照片。
?除去塑封料残渣后示意图
?高压水注除渣工艺示意图
?电镀工艺示意图
?芯片支架电镀作业时示意图
?电镀后引线支架的照片
?电镀后引线支架剖面的照片，可以见到支架表面的电镀层
电镀后烘焙（PostPlatingBaking）
这一步的目的是减少及延缓锡胡须的产生，因为锡胡须会造成芯片封装后成品的引脚短路，使电路系统无法正常工作。锡胡须要控制小于50μm。
烘焙温度为℃，时间为1小时。
切筋整脚成型（Trim/From）
塑封完成后，要对整个支架做切筋及整脚成型的动作，使单个IC从整条支架上一个一个完整的分离出来，如此整个外观才算完成。
图为切筋整脚成型过程中的示意图和照片。
?切筋整脚成型示意图
?切筋整脚成型用的模具照片
?切筋整脚成型后芯片单颗引脚的照片
?未做切筋整脚成型前的整条支架的照片
?完成切筋整脚成型后单粒IC的照片
?单颗IC成品颗粒的剖面图单颗IC在切筋整脚时需要注意引脚本身的宽度及长度，引脚间的间距，所有引脚间的共平面性。图19.40为一种单颗IC的外观尺寸图例子。
?单颗IC的外观尺寸图例子
大电流的功率器件需用铝线键合工艺取代金线键合工艺
铝线键合工艺的目标是可提供超过40A以上的大电流器件。铝线键合工艺为室温作业，由于线径粗（μm），所以需用比较大的超声能量，打线劈刀的形状也不同于金线或铜线，但工艺操作步骤与金线相似。
?铝线键合工艺示意图
?铝线键合工艺焊点的照片
?铝线键合工艺劈刀的照片相对于金线或铜线键合工艺，铝线键合工艺的差异对比见图19.44和图19.45。
?金线或铜线键合工艺的示意图
?金线或铜线键合工艺劈刀及焊点照片
QFN的封装与传统封装的不同点
用切割分离的方法取代传统的芯片封装制造工艺中的切筋整脚成型，所以单颗IC器件的分离方式不同。QFN的封装如图所示。
?QFN内部的引线键合后照片，与传统封装相似
?QFN塑封成形前及后的芯片支架整体照片
?QFN芯片支架在切割机中做切割分离工艺的照片
?QFN单颗IC成品切割分离后的样品照片
铜线键合工艺取代金线工艺
用铜线键合工艺取代金线工艺以达成降低成本的目标。
铜线键合工艺需要通入还原气体（氮氢混合气体），以保持铜线及铜球的自由空气球在高温中不会快速氧化变硬。其他键合步骤与金线打线键合相似铜线键合定成后的铜球推力为85g，铜线拉力为25g。图为铜线键合工艺的一些照片。
?铜线自由空气球的照片，与金线工艺相似
?铜球在键合区的照片，与金线工艺相似
?铜线工艺的第一焊点照片，与金线工艺相似
?铜线工艺的第二焊点照片，与金线工艺相似
立体封装（3DPackage）形式简介
立体封装的目的是提高芯片的效能，减少面积及体积上材料的消耗。
覆晶式封装（Flip-ChipBGA）主要利用植上锡球，取代传统封装中的引线支架，见图。
?覆晶式封装，锡球的照片
?覆晶式封装的成品示意图
堆叠式封装（StackMulti-chippackage）
堆叠式封装的目的是将数枚芯片颗粒，封入一个IC成品单体中，见图。
?堆叠式封装的打线键合后照片
?堆叠式封装的打线键合示意图
?另一种堆叠式封装的打线键合后照片
芯片覆晶式级封装（WLCSP）
WLCSP主要利用在芯片上直接植上锡球，取代传统封装中的引线支架，见图。
?芯片级覆晶式封装，成品颗粒及锡球的照片?芯片级覆晶式封装的成品示意图?芯片级覆晶式封装的系统应用示意图芯片级堆叠式封装（TSVpackage）TSV封装过程如图19.62和图19.63所示。
?芯片级堆叠式封装的发展走势图
?芯片级堆叠式封装的成品示意图
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