Pembungkusan Dan Pengujian
1. Pembungkusan
1.1 Pengenalan
Pembungkusan dia adalah satu tajuk yang
luas yang merangkumi dari penyediaan wafer sebelum pemasangan kepada teknologi
fabrikasi untuk pakej-pakej bagi menyediakan penyambungan elektrikal dan
mekanikal serta perlindungan dari semua keadaan alam sekitar. Kos dan prestasi
yang diperlukan bagi peranti menentukan cara-cara pemasangan dan pembungkusan.
Pembungkusan member kesan secaralansung kepada kos keseluruhan , prestasi dan
ketahanan peranti.
1.2 jenis-jenis pakej
Kategori utama
yang boleh dipilih oleh peranti-peranti :
1.
Teknik Trough-Hole (TH)
2. Teknik
Surface Mount (SM)
Rajah 1.1 Contoh perlekatan peranti TH
(a&b) dan SM (c,d,e,f)
Rajah
1.2 Pin Grid Array (PGA)
Rajah 1.3 Plastic Leadless Chip Carrier
(PLCC)
Lead pakej biasanya lebih kurang 2.54 mm pitch (jarak diantara lead), bagaimanapun terdapat juga pakej
yang menggunakan 1.78 dan 1.27 mm pitch
1.3 Teknologi
Pemasangan (assembly)
Bahagian ini menyentuh operasi asas pemasangan yang
digunakan masa kini. Aliran proses yang umum adalah seperti dalam rajah 1.3,
kedua-dua pakej plastik dan seramik menggunakan proses yang sama
Rajah 1.4 Aliran Proses Pemasangan IC
1.3.1 Penyediaan Wafer
Pemotongan wafer dilakukan dengan menggunakan diamond-wheel. Kemajuan teknologi
menggunakan pemotong diamond telah memberikan pemotongan yang tinggi
kualitinya.
Wafer biasanya diletakkan kepada tape yang telah dipasangkan kepada frem. Tape digunakan untuk memastikan lokasi die tidak beralih selepas wafer dipotong dan melindungi die daripada sebarang kerosakan ketika
memindahkannya ke proses die bonding
atau untuk disimpan.
1.3.2 Die Bonding
Proses eutectic :
bebas dari pencemaran, mempunyai kekuatan shear
yang terbaik, dan memastikan pakej berkelembapan rendah. Kelembapan utama ianya
susah untuk diautomasikan dan menyebabkan die mendapat tekanan thermal yang tinggi akibat dari penggunaan
suhu tinggi
Rajah 1.5 Pemindahan epoxy ke atas
permukaan leadframe
Proses polimer yang digunakan bagi pakej plastik mempunyai dua
bahan yang boleh digunakan iaitu epoxy
dan polyimides. Kelebihan epoxy ianya senang diautomasikan dan
memerlukan suhu yang rendah semasa pengeringan (curing) yang mengurangkan kesan tekanan thermal bagi die yang
besar. Polyimides juga senang
diautomasikan tetapi memerlukan suhu yang tinggi semasa pengeringan yang boleh
mengakibatkan tekanan thermal ke atas
die. Sebaliknya, epoxy mempunyai bilangan ion
hydrolysable yang tinggi yang boleh melibatkan secara lansung ketahanan (reliability). Manakala polyimides adalah sukar untuk diproses
tanpa voids yang member kesan kepada
prestasi thermal dan seterusnya
mengakibatkan keretakan die.
Rajah 1.6 Contoh leadframe
1.3.3 Wire Bonding
Proses ini dilakukan selepas die telah dilekatkan ke atas leadframe
yang berkenaan. Dengan kaedah ball-wedge
bonding, wayar emas dilekatkan (ball-bonded)
ke atas bond pad cip (biasanya
aluminium) dan wedge-bonded ke atas
sustrate pakej (biasanya Au atau Ag)
Rajah 1.7 Proses ball-wedge bonding
a.
Kapilari
diarahkan ke bond pad die dan di
posisikan di atas die dengan ball
yang terbentuk di hujung wayar dan ditekan ke atas permukaan kapilari.
b.
Kapilari
diturukan dan ball bersentuh dengan die. Kon bahagian dalam menahan ball semasa pembentukan bond. Bagi system thermodonic, gegaran ultrasonic digunakan.
c.
Selepas
ball melekat (bond) ke atas die,
kapilari akan naik dengan clamp
terbuka dan wayar bebas untuk menjulur keluar melalui hujung kapilari
d.
Kapilari
dialihkan ke atas lead peranti dan
kemudiannya diturunkan sehingga bersentuh lead.
Wayar dikeluarkan dari hujung kapilari untuk membentuk suatu loop
e.
Kapilari
menekan wayar ke atas lead. Bagi
mesin thermosonic, gegaran ultrasonic
kemudian dikenakan
f.
Kapilari
diangkat meninggalkan bond yang
terikat
g.
Ball baru terbentuk untuk proses selanjutnya.
Rajah 1.8 1 MB DRAM
Isu utama dalam memastikan proses wire bonding yang berkualiti tinggi adalah dari segi kawalan
proses. Dua jenis ujian proses digunakan masa kini iaitu wire-pull dan ball-shear
Ujian wire-pull
dilakukan dengan mencangkuk bahagian tengah rentangan wayar dan Tarik sehingga
putus. Magnitud kuasa tarikan akan menentukan samada bonding tadi menepati piawai yang ditetapkan atau tidak
Rajah 1.9 Ujian wire-pull
Mode kegagalan semasa wire-pull
dilakukan
1.
Wayar
putus
2.
Wayar
putus dileher ball
3.
Kedudukan
kegagala ball-bond perlu ditentukan:
Emas à aluminium atau lapisan terbenam substrate IC
4. Ayar putus ditumit wedge-bond
5.
Kegagalan
antara muka wedge-bond. Lokasi perlu
ditentukan
Emas-ke-emas atau dalam lapisan metal
Ujian ball-shear dilakukan
dengan menegakkan bebanan shear pada ball bond seperti dalam Rajah dan
dibebankan sehingga musnah. Magnitud bebanan yang dikenakan ketika ball bond mula musnah diambil dan ini
menentukan samada ball bond tadi
menepati piawai yang ditetapkan
Rajah 1.10 ujian ball-shear
1.3.4 Proses seterusnya adalah pembungkusan samada menggunakan
seramik hermatik ataupun plastik kepada jenis-jenis pakej yang dikehendaki.
Rajah menunjukkan peranti SOIC yang telah dibungkus dan potongan sisi
menunjukkan kedudukan die silicon.
Rajah 1.11 Pakej SOIC
1.4 Pengujian
1.4.1 Ujian Wafer
Antara kecacatan wafer yang dikenalpasti semasa pemeriksaan
adalah:
·
Warp : wafer dengan banyak kawasan yang mengembung (concave) dan mencengkung (convex)
·
Dish : wafer yang mempunyai permukaan yang mengembung atau
mencengkuk dengan teruk
·
Bow : wafer yang mempunyai potongan dalam yang mengembung atau
mencengkung pada satu arah dan lurus pada satu arah yang lain yang bersudut
tepat
·
Taper : dua permukaan wafer tidak selari
Banyak ujian elektrikal boleh dilakukan pada wafer sebelum
apa-apa proses dimulakan.
Salah satu dari ujian ini adalah mengukur sheet resistance yang biasanya
menggunakan prob 4-poin. Ianya juga diukur untuk menentukan tahap doping pada berbagai jarak ke dalam
wafer.
1.4.2 Ujian Elektrikal Ke Atas Wafer Yang Di Proses
Paten ujian boleh diprob pada beberapa
peringkat semasa proses membuat IC untuk menentukan tahap doping dan
proses-proses diffusion dilakukan
dengan betul. Sebagai contoh, bagi peranti bipolar,
base-diffusion boleh diuji dengan
mengukur sheet resistance pada
perintang based-diffused
Operasi probing dilakukan dengan
menggunakan peralatan seperti dalam Rajah 1.12 yang menunjukkan mesin prob secara
manual. Banyak prob diletakkan keatas die
pada masa yang sama. Selepas sesebuah wafer diproses lengkap , setiap die mesti diuji. Ini biasanya dijalankan
dengan menggunakan mesin prob automatik yang dikawal oleh komputer dengan
perisian berkaitan untuk melaksanakan ujian tersebut dan menyimpan data atau
keputusan ujian. Mana-mana die yang
didapati tidak menepati parameter yang dikehendaki, maka ianya akan ditandakan
dengan sejenis dakwat supaya ianya boleh dibuang selepas wafer dipotong.
Rajah 1.12 Mesin manual prob
Rajah 1.13 Stesen produksi IC probing
1.4.3 Ujian Thermal
Dan Kelembapan
Thermalshockcycling dijalankan pada suhu antara -65 dan 150
hingga 200 °C, dan pemeriksaan elektrikal dilakukan
untuk menentukan samada terdapat kerosakan semasa proses tadi
Ujian penyimpanan pada suhu tinggi juga
boleh dilakukan. Ini melibatkan penyimpanan pada suhu 150°C selama 1000 jam. Ujian operasi-hidup (operating-life) biasanya dijalankan pada
suhu 125°C selama 1000 jam dengan 50% pusingan duti.
Sekiranya kelembapan dijangka memberi
masalah, ujian dijalankan dalam bilik dengan kelembapan yang terkawal pada suhu
30 hingga 60°C sementara kelembapan dikawal pada 90 hingga
98% r.h. (relative humidity =
kelembapan relatif). Ini adalah ujian operasi hidup yang biasanya dijalankan
selama 1000 jam dengan 50% pusingan duti
1.4.4 Ujian Elektrikal
Kebanyakan peranti melalui proses ‘burn-in’ sebelum ujian elektrikal terakhir. Ini dilakukan untuk
mempercepatkan kadar parameter elektrikal yang mengalami sedikit drift akibat dari pertaburan caj dalam
lapisan oxida untuk stabil. Ini dilakukan pada suhu 150°C selama 50 jam atau 250°C selama 10 jam. Peranti tidak akan
beroperasi selama tempoh ‘burn-in’
ini.
Parameter DC biasanya diperiksa. Ini mungkin termasuk tahap
voltan dc pada berbagai poin dalam litar, arus masukan dan keluaran dan tahap
voltan, tahap voltan tinggi dan rendah bagi litar digital dan fan-in dan fan-out bagi peranti digital. Parameter AC juga diperiksa seperti gain dan bandwidth
Kebanyakan ujian elektrikal dijalankan secara automatik
menggunakan prosesor data digital yang boleh di program untuk melaksanakan
beberapa ratus ujian pada sesuatu IC.
Rujukan ;
Rujukan ;
- modul pengajaran microelektronik, salwani mohd daud, rosdina rahiman, siti armiza mohd aris, mohammad aris adnan; program pengajian diploma Universiti Teknologi Malaysia 1999
- http://www.petervis.com/electronics/DIP_IC_Sockets/PLCC_Socket_SMD_Mount.html
- http://www.nanocore.nus.edu.sg/research.html
