BGA封装及晶圆切割工艺解析

磨片时，需要在正面（Active Area）贴胶带保护电路区域     同时研磨背面。研磨之后，去除胶带，测量厚度；

BGA  Package Structure

 

SIDE VIEW

Typical  Assembly Process Flow

FOL– Front of Line前段工艺

FOL– Front of Line   Wafer

【Wafer】晶圆

FOL– Back Grinding背面减薄

将从晶圆厂出来的Wafer进行背面研磨，来减薄晶圆达到    封装需要的厚度（5mils~10mils）；

磨片时，需要在正面（Active Area）贴胶带保护电路区域     同时研磨背面。研磨之后，去除胶带，测量厚度；

FOL– Wafer Saw晶圆切割

目的：

将晶圆粘贴在蓝膜（Tape）上，使得即使被切割开后，不会散落；

通过Saw Blade将整片Wafer切割成一个个独立的Dice，方便后面的  Die Attach等工序；

Wafer Wash主要清洗Saw时候产生的各种粉尘，清洁Wafer；

FOL– Back Grinding背面减薄

FOL– Wafer Saw晶圆切割

FOL– Optical Inspection

主要是针对Wafer Saw之后在显微镜下进行Wafer的外观检查，是否有出现不良产品。

Chipping Die 崩 边

FOL– Die Attach 芯片粘接

FOL– Die Attach 芯片粘接

芯片拾取过程：

1、Ejector Pin从wafer下方的Mylar顶起芯片，使之便于脱离蓝膜；

2、Collect/Pick up head从上方吸起芯片，完成从Wafer到L/F的运输过程；

3、Collect以一定的力将芯片Bond在点有银浆的L/F的Pad上，具体位置可控；

4、Bond Head Resolution：X-0.2um；Y-0.5um；Z-1.25um；

5、Bond Head Speed：1.3m/s；

FOL– Die Attach 芯片粘接

FOL– Epoxy Cure 银浆固化，检验

FOL– Wire Bonding 引线焊接

利用高纯度的金线（Au） 、铜线（Cu）或铝线（Al）把 Pad    和 Lead通过焊接的方法连接起来。Pad是芯片上电路的外接    点，Lead是 Lead Frame上的 连接点。

W/B是封装工艺中最为关键的一部工艺。

FOL– Wire Bonding 引线焊接

【Gold Wire】焊接金线

实现芯片和外部引线框架的电性和物理连接；

金线采用的是99.99%的高纯度金；

同时，出于成本考虑，目前有采用铜线和铝线工艺的。铜铝线优点是成本降低，同时工艺难度加大，良率降低；

线径决定可传导的电流；0.8mil，1.0mil，1.3mils，1.5mils和2.0mils；

FOL– Wire Bonding 引线焊接

Key Words：

Capillary：陶瓷劈刀。W/B工艺中最核心的一个Bonding Tool，内部为空心，中间穿上金线，并分别在芯片的Pad和Lead Frame的Lead上形成第一和第二焊点；

EFO：打火杆。用于在形成第一焊点时的烧球。打火杆打火形成高温，将外露于Capillary前端的金线高温熔化成球形，以便在Pad上形成第一焊点（Bond Ball）；

Bond Ball：第一焊点。指金线在Cap的作用下，在Pad上形成的焊接点，一般为一个球形；

Wedge：第二焊点。指金线在Cap的作用下，在Lead Frame上形成的焊接点，一般为月牙形（或者鱼尾形）；

W/B四要素：压力（Force）、超声（USG Power）、时间（Time）、温度（Temperature）；

FOL– Wire Bonding 引线焊接

FOL– Wire Bonding 引线焊接

FOL– Wire Bonding 引线焊接

FOL–Optical Inspection 检查

检查Die Attach和Wire Bond之后有无各种废品

正常品

Material Problem

1st Bond Fail ( I )

Peeling

1st Bond Fail (II)

Ball Lift

1st Bond Fail ( III )

Neck Crack

1st Bond Fail (IV)

Off Center Ball

1st Bond Fail (V)

Smash Ball

Bonding Weld Inspection

Weld Detection

2nd Bond Fail ( II )

Looping Fail(Wire Short I)

Looping Fail(Wire Short II)

Loop Base Bend

Looping Fail(Wire Short III)

Excessive Loop

EOL– End of Line后段工艺

EOL– Molding（注塑）

【Mold Compound】塑封料/环氧树脂

主要成分为：环氧树脂及各种添加剂（固化剂，改性剂，脱   模剂，染色剂，阻燃剂等）；

主要功能为：在熔融状态下将Die和金丝等包裹起来，提供物理和电气保护，防止外界干扰；

存放条件：零下5°保存，常温下需回温24小时；

EOL– Molding（注塑）

为了防止外部环境的冲击，利用EMC把Wire Bonding完成后的产品封装起来的过程，并需要加热硬化。

EOL– Molding（注塑）

EMC（塑封料）为黑色/白色块状，低温存储，使用前需先回温。其特性为：在高温下先处于熔融状态，然后会逐渐硬化，最终成型。

Molding参数：

Molding Temp：175~185°C；

Clamp Pressure：3000~4000N；  

Transfer Pressure：1000~1500Psi；

Transfer Time：5~15s；Cure Time：60~120s；

EOL– Molding（注塑）

下压式注塑

EOL– Molding（注塑）

常見之Molding 缺陷

充填不良 ( Incomplete Fill )

黏膜 ( Sticking )

氣孔 ( Void/Blister )

金線歪斜 ( Wire Sweep )

晶片座偏移 ( Pad Shift )

表面針孔 ( Rough Surface in Pin Hole)

流痕 ( Flow Mark )

溢膠 ( Resin Bleed )

EOL– Post Mold Cure（模后固化）

用于Molding后塑封料的固化，保护产品内部结构，消除内部应力。

Cure Temp：175+/-5°C；Cure Time：4—8Hrs

EOL– Laser Mark（激光打字）

EOL– Ball Attach  植球

EOL– Ball Attach  植球

EOL– Singulation

將整條CLAER 完畢之SUBSTRATE產品，切割成單顆的正式 BGA 產品

EOL– Test  测试

根据测试程式检测产品的功能、元器件的连接情况等

EOL– Final Visual Inspection（终检）

Final Visual Inspection-FVI

在低倍放大镜下，对产品外观进行检查。主要针对EOL工艺可能产生的废品：例如Molding缺陷，切单缺陷和植球缺陷等；

EOL– Packing 包装

按照一定的批次数量等 装箱出货

编辑：黄飞