陶瓷外殼封裝工藝流程主要包括硅片減薄、劃片、裝片、鍵合、封帽、植球(針對(duì)CBGA)、回流焊等工序。其中植球和回流焊在 CBGA 封裝屬于關(guān)鍵工藝。
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1.硅片減薄
微電子產(chǎn)品在集成度、速度和可靠性不斷提高的同時(shí)正向輕薄短小的方向發(fā)展，與此相適應(yīng)，新型的芯片封裝技術(shù)不斷涌現(xiàn)，這些先進(jìn)的封裝技術(shù)所需要的芯片厚度越來(lái)越薄。為滿足片式封裝器件薄型化需求，在劃片前必須對(duì)硅片進(jìn)行減薄。
（1）提高熱擴(kuò)散效率隨著半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜、集成度越來(lái)越高，晶體管體積不斷減小，散熱已逐漸成為影響芯片性能和壽命的關(guān)鍵因素，薄的芯片更有利于散熱。
（2）減小芯片封裝體積微電子產(chǎn)品日益向輕薄短小的方向發(fā)展，減小芯片封裝體積是適應(yīng)這一發(fā)展趨勢(shì)的必由之路。
（3）提高機(jī)械性能減薄后的芯片機(jī)械性能顯著提高，硅片越薄，其柔韌性越好，受外力沖擊引起的應(yīng)力也越小。
（4）提高電氣性能晶片的厚度越薄元件之間的連線將越短，元件導(dǎo)通電阻將越低，信號(hào)延遲時(shí)間越短，從而實(shí)現(xiàn)更高的性能。
（5）減輕劃片加工量減薄以后再切割，可以減小劃片（Dicing）時(shí)的加工量，降低芯片崩邊的發(fā)生率。
圖 晶圓背面研磨工藝的四個(gè)步驟，來(lái)源：SK Hynix
高端芯片封裝時(shí)需要進(jìn)行硅片減薄，硅片減薄后可以增加導(dǎo)熱效果、柔韌 性好、提高電性能等特點(diǎn)，然而當(dāng)硅片減薄過(guò)程中，硅片易產(chǎn)生翹曲、崩邊、碎片等現(xiàn)象，硅片表面質(zhì)量不受控。再有在倒裝芯片封裝過(guò)程中，芯片應(yīng)力處理不好，會(huì)導(dǎo)致芯片邊緣和中央發(fā)生裂紋現(xiàn)象，導(dǎo)致器件失效，特別是對(duì)大面積芯片更容易發(fā)生，所以芯片應(yīng)力消除十分重要，而芯片應(yīng)力產(chǎn)生主要來(lái)源于芯片減薄過(guò)程中。研究認(rèn)為，芯片在減薄完成后，必須進(jìn)行拋光處理，拋光深度一般在1~5um范圍內(nèi)，拋光后可以有效克服芯片因減薄帶來(lái)的應(yīng)力問題。
2.劃片工藝
在一個(gè)晶圓上，通常有幾百個(gè)至數(shù)千個(gè)芯片連在一起。它們之間留有一定的間隙，此間隙被稱之為劃片街區(qū)（Saw Street）。將每一個(gè)具有獨(dú)立電氣性能的芯片分離出來(lái)的過(guò)程叫做劃片或切割（Dicing Saw）。常用的方法有金剛刀劃片、砂輪劃片和激光劃片等幾種。劃片前首先需將晶圓貼在劃片膜上，并用專用框架固定，然后放入設(shè)備設(shè)置好程序進(jìn)行自動(dòng)劃切。
3.裝片工藝
裝片就是把集成電路芯片按照?qǐng)D紙粘接到外殼襯底（如多層陶瓷封裝）或引線框架（如塑料封裝）上的指定位置，完成芯片的安裝。根據(jù)目前各種封裝結(jié)構(gòu)和技術(shù)要求，裝片工藝可分為導(dǎo)電膠粘接法、低溫玻璃燒結(jié)法和低熔點(diǎn)合金的共晶焊接法等。
焊接層除了為器件提供機(jī)械連接和電連接外，還須為器件提供良好的散熱通道。其方法可分為環(huán)氧樹脂粘接法和金屬合金焊接法。芯片在陶瓷基板上的粘接采用的主要材料有環(huán)氧樹脂(導(dǎo)電型、絕緣型)、聚酞亞胺等有機(jī)粘接劑和Au-Si共晶焊料、Au-Sn共晶焊料、Ag-玻璃焊料和軟合金（如Sn-Pb）焊料等無(wú)機(jī)粘接劑，配制成漿料或膜片的形式。
無(wú)機(jī)材料的粘接原理靠的是元件粘接面之間的金屬合金化而形成電氣連接或固定，有機(jī)材料的粘接原理則是依靠粘接材料的強(qiáng)大粘接力使元件粘接面之間形成物理連接。無(wú)機(jī)粘接劑的優(yōu)點(diǎn)在于能引起污染的副產(chǎn)物較少（潮氣和腐蝕物少），其缺點(diǎn)是要面臨粘接器件的選擇。
4.鍵合工藝
集成電路的芯片互連是將芯片pad與電子封裝外殼或基板鍵合指相連接，實(shí)現(xiàn)芯片與封裝結(jié)構(gòu)的電路連接，發(fā)揮已有的功能。芯片互連常見的方法有引線鍵合(Wire Bonding，WB)、載帶自動(dòng)鍵合(Tape Automated Bonding，TAB)、倒裝芯片鍵合(Flip Chip，F(xiàn)C)三種工藝。
表 WB、TAB、FC三種互連技術(shù)比較
●?WB主要有合兩種方式：楔焊鍵合和球焊鍵。楔鍵合是通過(guò)楔形劈刀將熱、壓力、超聲傳給金屬絲(一般是硅鋁絲)，設(shè)置一定的時(shí)間后焊接形成，焊接過(guò)程中不出現(xiàn)焊球；楔鍵合工藝中，劈刀背面有一個(gè)通孔，將金屬絲穿過(guò)通孔，與水平的被鍵合表面成30°~60°傾斜角度；球鍵合時(shí)將金絲穿過(guò)鍵合機(jī)劈刀毛細(xì)管，到達(dá)其頂部，利用氫氧焰或電氣放電系統(tǒng)產(chǎn)生電火花以熔化金屬絲在劈刀外的伸出部分，在表面張力作用下熔融金屬凝固形成標(biāo)準(zhǔn)的球形，球直徑一般是線徑的2倍~3倍，緊接著降下劈刀，在適當(dāng)?shù)膲毫投ê玫臅r(shí)間內(nèi)將金球壓在電極或芯片上。
●?TAB鍵合技術(shù)是將芯片pad焊區(qū)與電子封裝外殼或基板上的金屬布線焊區(qū)用具有引線圖形的金屬箔絲連接的技術(shù)工藝。TAB技術(shù)相對(duì)于WB技術(shù)更容易實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化和自動(dòng)化，從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)規(guī)模生產(chǎn)，降低產(chǎn)品成本，提高生產(chǎn)效率。
●?FC是芯片面朝下，芯片pad與基板焊區(qū)直接互連的一種方法。相對(duì)于WB和TAB互連技術(shù)，由于FC的互連省略互連線，互連產(chǎn)生的雜散電容、互連電容與互連電感均比WB和TAB小很多，從而有利于高頻高速電路的應(yīng)用；FC占用基板面積較小，芯片安裝密度顯著提高。
5.封帽（氣密性封裝）工藝
封帽工藝也叫密封，主要是針對(duì)陶瓷、金屬和玻璃等空腔外殼的密封工藝，其主要作用是保證所封閉的空腔中能具有適合標(biāo)準(zhǔn)的氣密性，主要針對(duì)集成電路制作過(guò)程中經(jīng)過(guò)組裝（粘片、鍵合）并且檢驗(yàn)合格后的電路進(jìn)行密封處理。平行縫焊工藝和熔封工藝是常見的兩種封帽工藝。
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平行縫焊屬于電阻熔焊，在焊接時(shí)電極在移動(dòng)的同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)(通過(guò)電極滾輪)，在一定的壓力下電極之間斷續(xù)通電，進(jìn)行點(diǎn)焊，通過(guò)流經(jīng)一組平行的銅合金滾輪電極的焊接電流在電極與蓋板、蓋板與焊環(huán)之間這兩個(gè)高阻處產(chǎn)生焦耳熱，當(dāng)溫度超過(guò)表面鍍層熔點(diǎn)時(shí)，鍍層熔化并形成合金后將蓋板與焊環(huán)密封。
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熔封工藝工作原理是在蓋板上預(yù)制一圈焊料環(huán)，焊料環(huán)主要起到金屬活化作用，然后通過(guò)專用夾具將鍵合好的電路與蓋板固定，放入燒結(jié)爐或鏈?zhǔn)綘t內(nèi)經(jīng)過(guò)一定的溫度曲線，焊料熔化，將蓋板、外殼焊接在一起形成良好的密封。
封帽工藝完成后，DIP、FP、QFP、PGA等類產(chǎn)品就完成了封裝，而針對(duì)于CBGA、CCGA類產(chǎn)品，還需要植球/植柱工藝。
6.植球工藝
植球與回流焊工藝是CBGA封裝流程中的一部分。植球工藝是CBGA封裝中的關(guān)鍵工序，它是利用釬料球?qū)崿F(xiàn)封裝外殼與PCB板之間的互連。CBGA封裝的植球工藝一般采用高鉛錫球作為互連材料，在一定溫度下，通過(guò)63Sn37Pb共晶焊膏熔化將封裝外殼上的金屬焊盤與高鉛錫球形成冶金連接。在此過(guò)程中，高鉛錫球不熔化。
①首先，采用具有一定厚度和網(wǎng)孔直徑的網(wǎng)版通過(guò)印刷的方式將63Sn37Pb焊膏印刷到陶瓷外殼的金屬焊盤上；
②然后，在已經(jīng)印刷好的金屬焊盤上通過(guò)網(wǎng)版準(zhǔn)確的放置高鉛錫球；
③最后，確認(rèn)錫球放置無(wú)問題后，將陶瓷外殼放入回流爐中，在設(shè)定好的回流溫度曲線下進(jìn)行回流，一般經(jīng)過(guò)預(yù)熱、活化、回流和冷卻四個(gè)階段，峰值溫度通常在210℃~235℃范圍內(nèi)，此時(shí)熔化與金屬焊盤及高鉛錫球均形成可靠的冶金結(jié)合。至此，CBGA封裝的植球工藝完成。
圖 回流焊工藝的溫度曲線，來(lái)源：SK Hynix
回流焊（reflow soldering）就是通過(guò)加熱使預(yù)置的釬料膏或釬料凸點(diǎn)重新熔化即再次流動(dòng)，潤(rùn)濕金屬焊盤表面形成牢固連接的過(guò)程。常用的回流焊熱源有紅外輻射、熱風(fēng)、熱板傳導(dǎo)和激光等。
資料來(lái)源：
1.CBGA（陶瓷球柵陣列）封裝關(guān)鍵工藝技術(shù)研究，尹學(xué)群.
2.高可靠陶瓷球柵陣列封裝技術(shù)研究，蒙喜鵬.
3.網(wǎng)絡(luò)公開信息
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The 2nd Ceramic Packages Industry Forum
河北·石家莊
一、會(huì)議議題
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序號(hào)
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暫定議題
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擬邀請(qǐng)
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1
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集成電路陶瓷封裝的發(fā)展概況
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擬邀請(qǐng)?zhí)沾煞庋b廠商/高校研究所
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2
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光通信技術(shù)的發(fā)展及陶瓷封裝外殼的應(yīng)用趨勢(shì)
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擬邀請(qǐng)光通信企業(yè)/封裝廠商/高校研究所
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3
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電子封裝陶瓷的研究進(jìn)展
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擬邀請(qǐng)?zhí)沾煞庋b廠商/高校研究所
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4
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陶瓷封裝技術(shù)在傳感器領(lǐng)域的應(yīng)用
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擬邀請(qǐng)?zhí)沾煞庋b廠商/高校研究所
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5
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基于DPC的3D成型陶瓷封裝技術(shù)
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擬邀請(qǐng)?zhí)沾煞庋b廠商/高校研究所
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6
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集成電路陶瓷封裝外殼仿真設(shè)計(jì)
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擬邀請(qǐng)?zhí)沾煞庋b廠商/高校研究所
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7
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系統(tǒng)級(jí)封裝用陶瓷材料研究進(jìn)展和發(fā)展趨勢(shì)
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擬邀請(qǐng)?zhí)沾煞庋b廠商/高校研究所
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8
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基于3D-SiP集成技術(shù)的新型微波模塊
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擬邀請(qǐng)?zhí)沾煞庋b廠商/高校研究所
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9
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陶瓷封裝結(jié)構(gòu)優(yōu)化及可靠性分析
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擬邀請(qǐng)?zhí)沾煞庋b廠商/高校研究所
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10
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低溫玻璃-陶瓷封裝技術(shù)的研究進(jìn)展
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擬邀請(qǐng)?zhí)沾煞庋b廠商/高校研究所
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11
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低溫共燒陶瓷基板及其封裝應(yīng)用
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擬邀請(qǐng)?zhí)沾煞庋b廠商/高校研究所
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12
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微電子陶瓷封裝的金屬化技術(shù)
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擬邀請(qǐng)?zhí)沾煞庋b廠商/高校研究所
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13
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高溫共燒陶瓷金屬化膜厚影響因素分析
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擬邀請(qǐng)?zhí)沾煞庋b廠商/高校研究所
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14
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銅漿在多層陶瓷封裝外殼制備技術(shù)中的應(yīng)用
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擬邀請(qǐng)?zhí)沾煞庋b/漿料廠商/高校研究所
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15
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電子陶瓷封裝用玻璃粉的開發(fā)
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擬邀請(qǐng)?zhí)沾煞庋b/玻璃粉廠商/高校研究所
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16
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金屬陶瓷膠黏劑封裝工藝及可靠性研究
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擬邀請(qǐng)?zhí)沾煞庋b/材料廠商/高校研究所
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17
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陶瓷封裝外殼釬焊工藝研究
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擬邀請(qǐng)釬焊設(shè)備企業(yè)/高校研究所
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18
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高密度陶瓷封裝外殼散熱問題探討
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擬邀請(qǐng)?zhí)沾煞庋b/材料廠商/高校研究所
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19
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陶瓷封裝平行縫焊工藝與技術(shù)
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擬邀請(qǐng)?zhí)沾煞庋b/設(shè)備廠商/高校研究所
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20
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陶瓷封裝缺陷自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)
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擬邀請(qǐng)檢測(cè)方案商
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21
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傳感器技術(shù)的發(fā)展及陶瓷封裝的應(yīng)用趨勢(shì)
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擬邀請(qǐng)傳感器/封裝廠商/高校院所
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22
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紅外探測(cè)器技術(shù)的發(fā)展及陶瓷封裝的應(yīng)用趨勢(shì)
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擬邀請(qǐng)?zhí)綔y(cè)器/封裝廠商/高校院所
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