TSOP叠层芯片封装的介绍第六图书馆叠层芯片封装技术,简称3D,是指在不改变封装体外型尺寸的前提下,在同一个封装体内于垂直方向叠放两个以上的芯片的封装技术,它起源于快闪存储器(NOR/NAND)及SDRAM的叠层封装。

叠层芯片封装技术具有大容量、多功能、小尺寸、低成本的特点,2006年以来3D技术逐渐成为主流。

随着NAND快闪存储器市场的高速增长及3D技术的兴起,加之TSOP封装成本低、柔韧性强,所以TSOP封装得以重新焕发生机。

叠层芯片封装技术,简称3D,是指在不改变封装体外型尺寸的前提下,在同一个封装体内于垂直方向叠放两个以上的芯片的封装技术,它起源于快闪存储器(NOR/NAND)及SDRAM的叠层封装。

叠层芯片封装技术具有大容量、多功能、小尺寸、低成本的特点,2006年以来3D技术逐渐成为主流。

随着NAND快闪存储器市场的高速增长及3D技术的兴起,加之TSOP封装成本低、柔韧性强,所以TSOP封装得以重新焕发生机。

叠层芯片封装技术 3D 快闪存储器 TSOP叠层芯片封装 环氧树脂薄膜半导体行业张德洪星科金朋上海有限公司LDP技术部2007第六图书馆第六图书馆TSOP叠层芯片封装的介绍张德洪星科金朋上海有限公司L D P技术部摘要:叠层芯片封装技术，简称3D，是指在不改变封装体外型尺寸的前提下，在同一个封装体内于垂直方向叠放两个以上的芯片的封装技术，它起源于快闪存储器（NOR/NAND）及SD RAM的叠层封装。

叠层芯片封装技术具有大容量、多功能、小尺寸、低成本的特点，2006年以来3D技术逐渐成为主流。

随着NA ND快闪存储器市场的高速增长及3D技术的兴起，加之TSOP封装成本低、柔韧性强，所以T SOP封装得以重新焕发生机。

关键词:叠层芯片封装技术；3D；快闪存储器；TS OP叠层芯片封装；环氧树脂薄膜前言近年来，叠层芯片封装逐渐成为技术发展的主流。

叠层芯片封装技术，简称3D，是指在不改变封装体的尺寸的前提下，在同一个封装体内于垂直方向叠放两个以上的芯片的封装技术，它起源于快闪存储器（NOR/NAND）及SDRAM的叠层封装。

叠层芯片封装技术对于无线通讯器件、便携器件及存储卡来讲是最理想的系统解决方案。

近年来，手机、PD A、电脑、通讯、数码等消费产品的技术发展非常快，这些行业的迅猛发展需要大容量、多功能、小尺寸、低成本的存储器、DSP、ASI C、R F、M EM S等半导体器件，于是叠层芯片技术在近几年得到了蓬勃发展。

3D封装技术的有以下几个特点：1多功能、高效能2大容量高密度，单位体积上的功能及应用成倍提升3这种新技术带来了新一轮的技术革新低成本近几年来在NAND封装领域发展最快的是SIP。

但是，T SO P仍然是大容量NAND的一个主要的解决方案。

和SI P相比，TSO P更具有柔韧性，因为T SOP可能通过SM D制作成SD卡、M i ni SD卡、CF卡或是集成到M P3/M P4、SDRAM中，Si P一旦完成组装，它就是成品了、不能再根据市场需求来进行调整。

和另一种同样可以通过S MD组装的PBG A封装形式相比，TSOP具有非常明显的成本优势。

TSO P单芯片封装工艺介绍半导体封装工艺分为两段，分别叫前道（Fr ont-of-l i ne，FO L）和后道（End-of-l i ne，EO L），前道（FO L）主要是将芯片和引线框架（L eadf r am e）或基板（Subsr t at e）连接起来，即完成封装体内部组装。

后道（EOL）主要是完成封装并且形成指定的外形尺寸。

单芯片TSO P生产工艺流程如下:一、前道生产工艺：封装测试2007/127第六图书馆半导体行业338半导体行业半导体行业SEMICONDUCT OR INDUSTRY二、后道生产工艺：由于单芯片与叠层芯片的后道生产工艺是相同的，所以我们不多作叙述。

多芯片TSO P 封装技术首先我们来看看如何根据封装名称来识别叠层芯片封装中有多少个芯片。

比如，“T S OP 2+1”就是指一个TS OP 封装体内有两个活性芯片、一个空白芯片，如果我们说“T S O P 3+0”，那就是说一个TSOP 封装体内有三个活性芯片、没有空白芯片，以此类推。

下图是最典型的TSOP2+1的封装形式剖面图，上下两层是真正起作用的芯片（A ct i ve D i e ），中间一层是为了要给底层芯片留出焊接空间而加入的空白芯片（空白芯片）。

空白芯片由硅片制成，里面没有电路。

为了要实现叠层芯片封装，显然，我们需要多次的贴片(D /A )及引线键合(W/B )。

例如上图中的TSOP 2+1，我们需要三次贴片(D/A )、两次引线键合(W /B)。

一最简单的TSO P 叠层芯片的封装工艺：下面，我们以最简单的二芯片叠层封装（T S OP 2+X ）为例，看看其工艺流程：第一种方法，仍然沿用单芯片封装的液态环氧树脂作为芯片粘合剂、多次重复单芯片的工艺，其工艺流程如下：第二种方法，使用环氧树脂薄膜作为芯片贴合剂。

这种方法需要改变原材料，用环氧树脂薄膜胶带替代传统的蓝膜（如SPV224）。

下图是使用环氧树脂薄膜胶替代蓝膜后装片工序的情形，装片完成后，环氧树脂薄膜就已经和芯片粘在了一起：用固态的环氧树脂模薄膜替代了液态环氧树脂混合液，其好处是在贴片工序时我们只需要将芯片贴到引线框架上，不再需要在引线框架涂一层液态环氧树脂，这就大大简化了工艺。

工艺流程如下：采用上述两种方法来实现TSOP2+1封装都是可行的。

对比以上两种工艺，我们可以发现第二种工艺流程少了两次烘烤，第二种方法生产工艺简单、生产周期比第一种方法短，而且，由于多次烘烤会造成引线框架氧化及芯片粘污，烘烤次数减少对提高成品率和减少可靠性失效也很有好处。

另一种最简单的方法是，TSOP2+0，将两个芯片错开一点位置，采用环氧树脂薄膜作为芯片贴合剂。

但是这种方法，需要改变晶圆的生产工艺，将焊盘都放置在芯片的一端，如下图所示，仅一端有焊线：2007/12第六图书馆半导体行业3第三种方法，如果我们使用的机器可以在同时完成多次贴片，则实际上贴片工序就更加简单，实际只有一次，这样它的生产工艺甚至比单芯片封装还好简单。

对比上述三种叠层芯片的封装工艺，它们的优缺点如下：上述三种叠层芯片的封装工艺，第一种，使用环氧树脂银浆，成本低，但是工艺难度很高、成品率低，即使是最简单的TSO P2+1其成品率能达到99.5%就几乎不可能再提升了，由于其工艺性差，目前不能使用更高高密度的封装中。

第二种，虽然环氧树脂薄膜成本高，但是由于环氧树脂薄膜是在装片(W /M )的时候粘贴到芯片背面，不必考虑液态环氧树脂工艺的复杂性，所以工艺简单、成品率高，成品率可达99.9%。

第三种，由于只有两次贴片(D /A)、一次引线键合(W /B )，所以不仅工艺简单、成品率高，可以稳定在99.90%以上，而且成本相对也比较低。

如果我们将成品率与成本相结合，最好的方法显然是第三种，成本最低、工艺最简单。

但是，这种工艺有其局限性，需要改变芯片的制作布局，将焊盘布置在芯片的一端，如果晶圆的布线无法做到，则无法实现。

第二、第三种方法，都可以用于更密度的封装中，T S OP 4+0、TS OP 5+0、TSOP4+3等等都是在TSOP 2+X 基础上发展起来的。

二、使用液态环氧树脂银浆作为粘合的最重要问题芯片破裂(D i e C r ack)的解决：接下来，我们需要进一步讨论贴片(D /A )最复杂的问题：芯片破裂(D i e C r ack)及引线键合(W /B )的关键参数的优化问题，这两个问题叠层芯片封装工艺成功与否的关键。

如果采用环氧树脂银浆作为芯片粘合剂，其最难解决的的技术问题是在完成塑封工序以后的芯片破裂(D i e C r ack)，在单芯片封装时我们不会面对这个问题，因为芯片厚度较大，在0.28mm 左右，而对于叠层芯片封装，就算是最简单的TSOP2+1，其芯片的厚度也只有0.1mm 左右，非常容易破裂。

典型的芯片破裂(D i e C r ack)如下，其破裂呈现出网状：其破裂呈现出网状，通常我们在单芯片封装中看到大多都是一条或几条裂纹，而且是在贴片(D/A)出现，不会在塑封(M OL D)以后出现。

这种多芯片的网状芯片破裂(Di e C r ack)，由于我们在贴片(D /A )无法检测、在塑封(M O LD)结束以后我们需要采用有损检查（即开盖）才能发现，就算是我们进行有限的开盖检查，我们也只能看到上层芯片，对于下层芯片我们照样很难看到，所以我们很难知道什么情况下会芯片破裂(D i e C r ack)，也就很难解决这个问题。

开盖是一种有损检查，采用强酸将芯片上面的环氧树脂腐蚀掉，将芯片重新裸露在外。

首先我们来分析这种芯片破裂(D i e C r ack)发生的机理。

在叠层芯片封装中，由于液态环氧树脂的流动性强，所以在贴片工艺中，我们通常难以保证环氧树脂能够完全充满两层芯片之间的空隙，如上图所示。

注塑工序所使用的环氧树脂，和贴片(D /A )是不一样的，注塑所使用的环氧树脂，其成份中含有大量50-125um 的颗粒。

通常，我们在贴片(D )形成的环氧树脂层的厚度介封装测试2007/129/A 第六图书馆半导体行业半导体行业SEMICONDUCT OR INDUSTRY于12-38u m ，这就意味着，只有少量小颗粒的注塑工序所使用的环氧树脂混合物可以进入这层空间，而大量大颗粒则只能在外围。

于是，在注塑过程中，由于我们在施加很大的压力（通常压强在10MP a 左右），由于中间的空隙不能被塑封料填充，于是芯片就在外力的作用下被压碎。

这就是使用液态环氧树脂作为芯片粘合剂时为什么会在注塑工序完成后会有网状的芯片破裂(D i e C r ac k)的原因。

这种芯片破裂(D i e C r ack)，由于液态环氧树脂很难控制其流动性，我们很难解决。

下面，我们来讨论如何解决。

首先，我们来看看，如果超声波扫描来实现无损方法检测芯片破裂(D i e C r ac k)。

通常的超声波扫描，我们使用反射模式，这种方式我们只能得到一个比较清晰的层面。

最简单的办法，我们使用穿透模式，凡是有阴影的地方就是可疑点。

当然，这种方法仍然不能告诉我们有没有芯片破裂(D i e C r ack)，只能预警。

更好的方法，是TA M I（To m o g r a ph i c A c ou s t i c M i c r o I m ag i n g ），它是一种逐层超声波扫描的方法：下图就是一个用逐层超声波扫描法（T AM I ）扫描的样图，我们可以很显看出有网状的芯片破裂(Di e Cr a ck )：有了好的检查方法，于是我们就可以方便地进行实验，优化工艺控制以解决芯片破裂(D i e Cr ac k)。