集成電路封裝技術與低成本質量控制

呂炳贊

摘要：文章分析了集成電路封裝的成本，提出了通過選擇低成本塑封料以實現集成電路封裝成本控制的方法，并闡述了集成電路封裝的質量控制措施，期望對提高集成電路封裝經濟效益和技術效果，實現集成電路封裝小型化有所幫助。

[關鍵詞]集成電路封裝低成本質量控制

1集成電路封裝的低成本控制

1.1集成電路封裝的成本分析

在集成電路封裝中，材料和工藝是成本控制的重點，材料主要包括引線框架、塑封料、焊絲、粘片膠、電鍍材料等。其中，引線框架、塑封料為主材，占材料成本的三分之二左右，引線框架成本的高低取決于金屬材質，而塑封料的成本取決于不同品牌。引線框架成本幾乎沒有成本控制空間，塑封料卻有著較大的成本控制空間。所以，在集成電路封裝成本控制中要將塑封料成本控制作為重點。為在保證集成電路封裝質量的前提下有效降低成本，應研究不同品牌的具體價格，結合各個品牌塑封料的性能，選用低成本、高質量的塑封料。

1.2塑封料的成本分析

集成電路封裝中的塑封料供應商主要分為日東電工、松下電工、日立化成、住友電木等國外供應商，以及漢高華威、浙江恒耀、佛山億通、北京中新泰合等國內供應商。不同供應商的塑封材料性質與應用領域存在著一定差異，性質體現在熱性能、阻燃性、物理性能、電性能、化學性能、導熱性能等方面，應用領域為方型扁平式封裝（QFP）、焊球陣列封裝（BGA）、芯片級封裝（CSP）系統級封裝（SIP）等。國內部分外資生產商生產塑封材料具備較高的產品檔次，占據著國內中高端市場。

1.3低成本塑封料的選擇

在選擇塑封材料的供應商時，要根據客戶的使用需求確定塑封料的性能和技術特性，確保產品能夠通過MSL3，即要求塑封料具備以下性能：塑封料在一定溫度、頻率的范圍內具備良好的介電性能;塑封料具備良好的耐濕性、耐熱性、耐輻射性、耐大氣性和散熱性;塑封料固化中的收縮率小，體積變化小，不對半導體器件表面造成污染塑封料具有與金屬、非金屬材料基本相匹配的熱膨脹系數，可與材料保持良好的粘接性。

在選擇質優價廉的塑封料時，可通過對多個品牌的封裝試驗進行比選，試驗條件為取料20kg，膠化25s，流動105cm，合模壓力和注塑壓力分別為184kg/cm2、33kg/cm'，上模溫度與下模溫度分別為172°C、175°C，共試封120模次，分別抽取70、120模進行分層測試，并抽樣一條做MSL3分層測試。將通過試驗合格的塑封料進行價格對比，選擇價格最低的塑封料，實現對集成電路封裝材料成本的有效控制。

2集成電路封裝技術的質量控制

集成電路封裝要達到良好散熱性、電氣性、機械性和化學穩定性的質量要求，具體的質量控制技術措施如下：

2.1引線框架質量控制

引線框架是芯片的載體，在控制引線框架質量時，應考慮以下方面：以選擇粘接性良好的塑封料為前提，在引線框架的引腳或背面設計三角形凹槽、圓形凹槽、方形凸臺、方形凹凸組合等圖案，增強引線框架的粘結強度;合理確定引線框架線弧的長度和弧度，以利于芯片與引腳粘結。

2.2焊線的質量控制

2.2.1增強焊線強度

在焊線的第二點種球，以增強焊線強度，主要包括兩種方式，一種是BSOB方式，在焊線的第二點種球，并在焊球上壓入第二點。另一種是BBOS方式，在第二點再壓一個焊球。從實際增強效果來看，BBOS方式的效果優于BSOB方式，可用于芯片與芯片的焊接。

2.2.2降低線弧高度

為滿足集成電路封裝小型化、微型化的要求，應控制線弧高度，將芯片表面與線弧制高點的距離控制在100um內，采用疊層正向焊接工藝可達到這一要求。通過降低弧線高度，可縮減塑封體厚度，減少線弧擺動問題，增強封裝可靠性。

2.2.3等離子清洗

使用等離子清洗工藝清除芯片、引線框架表面的雜質，激活表面，促使氬氣、氧氣和氫氣在表面流動。在清洗表面上的有機殘留時可使用氬氣、氧氣，在清洗氧化物時可使用氫氣。在使用等離子清洗之前，要優選等離子清洗劑的類型，采用DOE實驗選定機型。若選用射頻型等離子清洗機，應沿著氣體的流向排布料盒，確保料盒內的各個位置都均勻流通氣體;在等離子清洗機清洗之后，要對清洗效果進行滴水試驗，保證水滴侵濕角在20°-40°之間為最佳。

2.3塑封質量控制

2.3.1設計塑封模具

在框架與塑封料之間要使用大面積的基島，以保證兩者之間具備較強的結合力，同時還要加強塑封體邊緣的結合力;根據內部芯片位置、框架、走線、塑封料性能等，合理設計塑封模具。

2.3.2溫度控制

塑封模具的溫度要高于塑封料玻璃化的溫度，控制在160°C-180°C，確保塑封料處于熔融狀態，以保證塑封料達到理想流動性，提高注模質量。若溫度小于160°C，則會降低模塑料的流動性，影響模具填充質量，導致塑封層機械強度難以達到標準要求;若溫度大于180C，則會加快塑封料的固化速度，降低框架與塑封層之間的粘結力。

2.3.3壓力控制

根據塑封模具的溫度和塑封料的流動性，控制好塑封機的壓力，壓力過小會導致塑封不滿，壓力過大會導致集成電路中部分引線變形。

2.3.4塑封料質量控制

塑封料的性能對塑封質量會產生直接影響，所以要將其存放在25°C左右的干燥室內，不得存放在溫度過低處，以免塑封料受潮變質。在塑封料使用中，要清洗干凈塑封模具，有效控制作業環境的溫濕度，避免影響塑封的質量。

3結論

總而言之，集成電路封裝的成本控制要以優選塑封料為重要突破口，通過試驗選擇符合封裝質量要求的低成本塑封料，以降低集成電路封裝的總成本。在集成電路封裝過程中，要加強引線框架、焊線、塑封關鍵環節的質量控制，增強引線框架的粘結強度和焊線強度，降低線弧高度，保證封裝的致密性，進而提高集成電路封裝產品的整體質量。

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