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集成电路封装技术与低成本质量控制

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  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172°C、175°C,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160°C-180°C,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160°C,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25°C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
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