集成電路封裝設(shè)計提高可靠性的方法研究

1 前言

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

　　2 引線框架

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

　　2.1 與塑封料的粘結(jié)性

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

圖1　各種增強(qiáng)型框架

　　2.2 芯片與引腳之間的連接

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

　　2.3 考慮塑封料在型腔內(nèi)的流動

　　對于多芯片類的復(fù)雜設(shè)計，還應(yīng)考慮塑封時塑封料在芯片與芯片或芯片與模具之間的流動性。

　　3 焊線

　　3.1 增強(qiáng)焊線強(qiáng)度

　　焊線強(qiáng)度除了焊點處的結(jié)合強(qiáng)度外，線弧的形狀也會對焊線強(qiáng)度有一定的影響。

　　增強(qiáng)焊線強(qiáng)度的方法之一是在焊線第二點種球，有BSOB和BBOS兩種方式。如圖2所示。

圖2　BSOB和BBOS的示意圖

BSOB的方法是先在焊線的第二點種球，然后再將第二點壓在焊球上；BBOS的方法是在焊線的第二點上再壓一個焊球。兩種方法均能增強(qiáng)焊線強(qiáng)度，經(jīng)試驗，BBOS略強(qiáng)于BSOB。BBOS還應(yīng)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 降低線弧高度

　　現(xiàn)在的封裝都向更薄更小發(fā)展，對芯片厚度、膠水厚度和線弧高度都有嚴(yán)格控制。一般弧度的線弧，弧高（芯片表面至線弧最高點的距離）一般不低于100μm，要形成更低的線弧，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弧，但是種球形成了大的焊球，使得焊線間距受到限制。折疊正向焊接方法是繼反向焊接之后開發(fā)的用于低線弧的焊接方法，如圖5所示。

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