2023年集成电路封装技术与低成本质量控制.doc

集成电路封装技术与低成本质量控制集成电路封装技术与低成本质量控制 吕炳赞 摘要：文章分析了集成电路封装的成本，提出了通过选择低成本塑封料以实现集成电路封装成本控制的方法，并阐述了集成电路封装的质量控制措施，期望对提高集成电路封装经济效益和技术效果，实现集成电路封装小型化有所帮助。关键词集成电路封装低成本质量控制 1 集成电路封装的低成本控制 1.1 集成电路封装的成本分析 在集成电路封装中，材料和工艺是成本控制的重点，材料主要包括引线框架、塑封料、焊丝、粘片胶、电镀材料等。其中，引线框架、塑封料为主材，占材料成本的三分之二左右，引线框架成本的高低取决于金属材质，而塑封料的成本取决于不同品牌。引线框架成本几乎没有成本控制空间，塑封料却有着较大的成本控制空间。所以，在集成电路封装成本控制中要将塑封料成本控制作为重点。为在保证集成电路封装质量的前提下有效降低成本，应研究不同品牌的具体价格，结合各个品牌塑封料的性能，选用低成本、高质量的塑封料。1.2 塑封料的成本分析 集成电路封装中的塑封料供应商主要分为日东电工、松下电工、日立化成、住友电木等国外供应商，以及汉高华威、浙江恒耀、佛山亿通、北京中新泰合等国内供应商。不同供应商的塑封材料性质与应用领域存在着一定差异，性质体现在热性能、阻燃性、物理性能、电性能、化学性能、导热性能等方面，应用领域为方型扁平式封装（QFP）、焊球阵列封装（BGA）、芯片级封装（CSP）系统级封装（SIP）等。国内部分外资生产商生产塑封材料具备较高的产品档次，占据着国内中高端市场。1.3 低成本塑封料的选择 在选择塑封材料的供应商时，要根据客户的使用需求确定塑封料的性能和技术特性，确保产品能够通过 MSL3，即要求塑封料具备以下性能：塑封料在一定温度、频率的范围内具备良好的介电性能;塑封料具备良好的耐湿性、耐热性、耐辐射性、耐大气性和散热性;塑封料固化中的收缩率小，体积变化小，不对半导体器件表面造成污染塑封料具有与金属、非金属材料基本相匹配的热膨胀系数，可与材料保持良好的粘接性。在选择质优价廉的塑封料时，可通过对多个品牌的封装试验进行比选，试验条件为取料 20kg，胶化 25s，流动 105cm，合模压力和注塑压力分别为 184kg/cm2、33kg/cm，上模温度与下模温度分别为 172C、175C，共试封 120 模次，分别抽取 70、120 模进行分层测试，并抽样一条做 MSL3 分层测试。将通过试验合格的塑封料进行价格对比，选择价格最低的塑封料，实现对集成电路封装材料成本的有效控制。2 集成电路封装技术的质量控制 集成电路封装要达到良好散热性、电气性、机械性和化学稳定性的质量要求，具体的质量控制技术措施如下：2.1 引線框架质量控制 引线框架是芯片的载体，在控制引线框架质量时，应考虑以下方面：以选择粘接性良好的塑封料为前提，在引线框架的引脚或背面设计三角形凹槽、圆形凹槽、方形凸台、方形凹凸组合等图案，增强引线框架的粘结强度;合理确定引线框架线弧的长度和弧度，以利于芯片与引脚粘结。2.2 焊线的质量控制 2.2.1 增强焊线强度 在焊线的第二点种球，以增强焊线强度，主要包括两种方式，一种是 BSOB 方式，在焊线的第二点种球，并在焊球上压入第二点。另一种是 BBOS 方式，在第二点再压一个焊球。从实际增强效果来看，BBOS 方式的效果优于 BSOB 方式，可用于芯片与芯片的焊接。2.2.2 降低线弧高度 为满足集成电路封装小型化、微型化的要求，应控制线弧高度，将芯片表面与线弧制高点的距离控制在 100um 内，采用叠层正向焊接工艺可达到这一要求。通过降低弧线高度，可缩减塑封体厚度，减少线弧摆动问题，增强封装可靠性。2.2.3 等离子清洗 使用等离子清洗工艺清除芯片、引线框架表面的杂质，激活表面，促使氩气、氧气和氢气在表面流动。在清洗表面上的有机残留时可使用氩气、氧气，在清洗氧化物时可使用氢气。在使用等离子清洗之前，要优选等离子清洗剂的类型，采用 DOE 实验选定机型。若选用射频型等离子清洗机，应沿着气体的流向排布料盒，确保料盒内的各个位置都均匀流通气体;在等离子清洗机清洗之后，要对清洗效果进行滴水试验，保证水滴侵湿角在 20-40之间为最佳。2.3 塑封质量控制 2.3.1 设计塑封模具 在框架与塑封料之间要使用大面积的基岛，以保证两者之间具备较强的结合力，同时还要加强塑封体边缘的结合力;根据内部芯片位置、框架、走线、塑封料性能等，合理设计塑封模具。2.3.2 温度控制 塑封模具的温度要高于塑封料玻璃化的温度，控制在 160C-180C，确保塑封料处于熔融状态，以保证塑封料达到理想流动性，提高注模质量。若温度小于 160C，则会降低模塑料的流动性，影响模具填充质量，导致塑封层机械强度难以达到标准要求;若温度大于 180C，则会加快塑封料的固化速度，降低框架与塑封层之间的粘结力。2.3.3 压力控制 根据塑封模具的温度和塑封料的流动性，控制好塑封机的压力，压力过小会导致塑封不满，压力过大会导致集成电路中部分引线变形。2.3.4 塑封料质量控制 塑封料的性能对塑封质量会产生直接影响，所以要将其存放在 25C 左右的干燥室内，不得存放在温度过低处，以免塑封料受潮变质。在塑封料使用中，要清洗干净塑封模具，有效控制作业环境的温湿度，避免影响塑封的质量。3 结论 总而言之，集成电路封装的成本控制要以优选塑封料为重要突破口，通过试验选择符合封装质量要求的低成本塑封料，以降低集成电路封装的总成本。在集成电路封装过程中，要加强引线框架、焊线、塑封关键环节的质量控制，增强引线框架的粘结强度和焊线强度，降低线弧高度，保证封装的致密性，进而提高集成电路封装产品的整体质量。参考文献 1周金成，李亚斌，李习周。塑封集成电路封装芯片压区铝层腐蚀问题探讨J.中国集成电路，2016（08）：71-72.2张知，高可靠集成电路封装技术研究J.无线互联科技，2014（08）：162-163.3余培，邓世国，崔波，刘华珠，张志，结构优化的集成电路封装J.卷宗，2018（24）：130-132.4孙千十，期集成电路封装中的引线键合技术探究J.电子制作，2015（13）：90-91.