叠层TSOP封装的开发

摘要

便携式电子设备，如移动电话，移动个人计算机，数码相机，数码摄像机，便携数码音乐播放机，掌上游戏机等的日益普及和产品的功能款式等的不断推陈出新，已经成为系统封装技术发展的主要的驱动力。通过封装来实现系统集成的SiP(System-in-Package)是目前封装技术开发和应用的热点，三维(3D)叠层封装作为实现系统封装的一种重要形式正得到越来越广泛的应用，特别是在存储器件应用中，通过叠层来集成不同种类的存储器来实现一定的系统功能，或者通过叠层同一存储器来实现存储密度的倍增。将叠层封装技术引入到传统的，主要用于动态随机存储器，快闪存储器等存储器件封装的TSOP(Thin Small Outline Package)封装中，可大大提高存储密度，适应嵌入式应用市场的要求。 本文介绍了三种用于闪存器件的封装厚度为1mm的叠层TSOP(Staked Die Thin Small Outline Package or SD-TSOP)的工艺开发工作。包括使用非导电胶体状粘接胶水(Die Attach Paste)的2个NOR 闪存晶片和1个silicon spacer的2+1结构的叠层TSOP封装；使用高分子干膜晶片粘接材料(Die Attach Film)的4个NAND闪存晶片错位堆叠的Chip-on-Lead的叠层TSOP封装；使用键合线嵌入式高分子干膜晶片粘接材料(Film-Over-Wire Die Attach Film)的4个NAND闪存晶片垂直堆叠的叠层TSOP封装。 在进行2个NOR闪存晶片2+1叠层方式的TSOP封装的开发工作中，通过对铜合金引线框架表面进行棕氧化处理来增强框架与粘接材料间粘附性，以及选择合适的粘接胶水，从而消除了经老化处理后，非导电晶片粘接胶水材料和铜合金引线框架的晶片衬垫(Die Paddle)之间的界面分层现象，解决了这种封装形式的可靠性问题。 使用高分子干膜晶片粘接材料和Chip-on-Lead(CoL)铁镍(Alloy42)引线框架的4个NAND闪存晶片错位叠层的TSOP封装的开发工作中，通过大量实验分析，决定采用Tape-on-Bottom CoL引线框架，以解决Tape-on-Top COL引线框架出现的胶带的胶黏剂层和模注树脂以及引线框架之间的界面分层问题。此外，还详细介绍了干膜晶片粘贴工艺的开发工作，从材料性能和工艺性能两个方面对高分子干膜晶片粘接材料进行了精选，总结了高分子干膜晶片粘接材料应用中所出现的各种问题以及相应的解决方法，如：晶圆切割产生的切割须，晶片粘贴时晶片的Pick-up问题，以及晶片粘接材料气孔等。 使用键合线嵌入式高分子干膜晶片粘接材料进行4个NAND闪存晶片垂直叠层的TSOP封装的开发工作。对封装的设计，键合线嵌入式高分子干膜晶片粘接材料的应用开发中出现的铜互连晶片老化失效问题以及对引线键合工艺中出现的问题和解决方法作了归纳和阐述。本文总结了工作成果，对解决遗留问题和进一步研究的方向提出了一些建议。

目录

声明

摘要

引言

1 绪论

1.1电子封装和半导体芯片封装概述

1.1.1电子封装

1.1.2半导体芯片封装

1.2叠层封装概述

1.2.1多芯片封装

1.2.2叠层封装的分类

1.3叠层TSOP封装

1.3.1 TSOP封装简介

1.3.2 TSOP封装金属引线框架

1.3.3 TSOP封装的叠层方式

1.3.4叠层TSOP封装工艺制程介绍

2 TSOP2+1叠层封装的开发

2.1铜合金引线框架TSOP封装中的可靠性

2.1.1铜合金引线框架TSOP封装中的失效现象

2.1.2铜合金引线框架与晶片粘接材料分层机理研究

2.2改善可靠性的实验研究

2.3棕氧化铜合金引线框架的开发

2.3.1棕氧化处理概述

2.3.2棕氧化铜合金引线框架的特性表征

2.3.3棕氧化铜合金引线框架的封装工艺评估

2.3.4棕氧化处理的铜引线框架的封装的可靠性测试

2.3.5棕氧化铜合金引线框架的封装开发中出现过的主要问题

3 使用Chip-on-Lead引线框架的叠层TSOP封装的开发

3.1 Chip-on-Lead 引线框架的叠层TSOP封装介绍

3.1.1晶片错位叠层式封装

3.1.2 Chip-on-Lead引线框架

3.2 Chip-on-Lead引线框架的应用

3.2.1 Chip-on-Lead引线框架管脚固定胶带的粘贴方式的选择

3.2.2 Chip-on-Lead引线框胶带粘贴方式的选择

3.3干膜晶片粘接工艺开发

3.3.1干膜晶片粘接概述

3.3.2干膜晶片粘接材料

3.3.3干膜晶片粘接材料精选

3.4 Chip-on-Lead引线框架的四层晶片错位叠层TSOP

3.4.1 Chip-on-Lead TSOP封装出现过的主要问题

4 使用键合线嵌入式干膜晶片粘接材料垂直叠层TSOP封装的开发

4.1晶片的垂直叠层

4.2四层晶片垂直叠层TSOP封装的开发

4.2.1四层晶片垂直叠层TSOP封装的设计

4.2.2晶片粘贴工艺

4.2.3引线键合工艺

4.3四层晶片垂直叠层TSOP

5 研发工作总结

5.1主要成果

5.2主要创新点

5.3主要遗留问题

5.4进一步研发的主要方向

全文参考文献一览

致谢