集成電路封裝設計提高可靠性的方法研究

1 前言

　　隨著(zhù)集成電路的發(fā)展，小型化與多功能成了大家共同追求的目標，這不僅加速了IC設計的發(fā)展，也促進(jìn)了IC封裝設計的發(fā)展。IC封裝設計也可以在一定程度上提高產(chǎn)品的集成度，同時(shí)也對產(chǎn)品的可靠性起著(zhù)很重要的影響作用。本文總結和研究了一些封裝工藝中提高可靠性的方法。

　　2 引線(xiàn)框架

　　引線(xiàn)框架的主要功能是芯片的載體，用于將芯片的I/O引出。在引線(xiàn)框架的設計過(guò)程中，需要考慮幾個(gè)因素。

　　2.1 與塑封料的粘結性

　　引線(xiàn)框架與塑封料之間的粘結強度高，產(chǎn)品的氣密性更佳，可靠性更高；與塑封料的粘結性不好，會(huì )導致分層及其他形式的失效。影響粘結強度的因素除了塑封料的性能之外，引線(xiàn)框架的設計也可以起到增強粘結強度的作用，如在引腳和基島邊緣或背面設計圖案，如圖1所示。

圖1　各種增強型框架

　　2.2 芯片與引腳之間的連接

　　引線(xiàn)框架的最重要的功能是芯片與外界之間的載體，因此，引線(xiàn)框架應設計得利于芯片與引腳之間的連接，要考慮線(xiàn)弧的長(cháng)度以及弧度。

　　2.3 考慮塑封料在型腔內的流動(dòng)

　　對于多芯片類(lèi)的復雜設計，還應考慮塑封時(shí)塑封料在芯片與芯片或芯片與模具之間的流動(dòng)性。

　　3 焊線(xiàn)

　　3.1 增強焊線(xiàn)強度

　　焊線(xiàn)強度除了焊點(diǎn)處的結合強度外，線(xiàn)弧的形狀也會(huì )對焊線(xiàn)強度有一定的影響。

　　增強焊線(xiàn)強度的方法之一是在焊線(xiàn)第二點(diǎn)種球，有BSOB和BBOS兩種方式。如圖2所示。

圖2　BSOB和BBOS的示意圖

BSOB的方法是先在焊線(xiàn)的第二點(diǎn)種球，然后再將第二點(diǎn)壓在焊球上；BBOS的方法是在焊線(xiàn)的第二點(diǎn)上再壓一個(gè)焊球。兩種方法均能增強焊線(xiàn)強度，經(jīng)試驗，BBOS略強于BSOB。BBOS還應用于die todie（芯片與芯片）之間的焊接，如圖3所示。

圖3　BBOS用于疊晶及芯片與芯片之間焊接的情況

　　3.2 降低線(xiàn)弧高度

　　現在的封裝都向更薄更小發(fā)展，對芯片厚度、膠水厚度和線(xiàn)弧高度都有嚴格控制。一般弧度的線(xiàn)弧，弧高（芯片表面至線(xiàn)弧最高點(diǎn)的距離）一般不低于100μm，要形成更低的線(xiàn)弧，有以下兩種方法。RB（Reverse BONding反向焊接）和FFB（FoldedForward Bonding折疊焊接 ），如圖4和圖5所示。

圖4　反向焊接（RB）

圖5　折疊正向焊接（FFB）

　　反向焊接雖然可以形成低的線(xiàn)弧，但是種球形成了大的焊球，使得焊線(xiàn)間距受到限制。折疊正向焊接方法是繼反向焊接之后開(kāi)發(fā)的用于低線(xiàn)弧的焊接方法，如圖5所示。

　　低線(xiàn)弧不僅能夠滿(mǎn)足塑封體厚度更薄的要求，還能減少塑封時(shí)的沖絲以及線(xiàn)弧的擺動(dòng)（wiresweep），對增加封裝可靠性有一定的幫助。