芯片封裝工藝流程概述

芯片封裝是半導(dǎo)體生產(chǎn)的后段加工制作工序，其目的在于確保芯片經(jīng)過封裝之后具有較強(qiáng)的機(jī)械性能、良好的電氣性能和散熱性能，從而對芯片起到機(jī)械和環(huán)境保護(hù)的作用，保證芯片能夠保持高效穩(wěn)定的正常工作。

芯片封裝工藝流程主要包括以下步驟：

• 芯片切割：先在芯片背面貼上藍(lán)膜并置于鐵環(huán)之上，之后再送至芯片切割機(jī)上進(jìn)行切割，目的是用切割機(jī)將晶圓上的芯片切割分離成單個晶粒。這一步驟是將晶圓上眾多的芯片分割開來，為后續(xù)的單個芯片封裝做準(zhǔn)備。例如在大規(guī)模生產(chǎn)中，晶圓上可能有成百上千個芯片，通過精確的切割才能得到獨立的芯片單元。在切割過程中，需要借助精密的設(shè)備和技術(shù)，以確保每個晶粒的完整性和質(zhì)量，避免切割過程中對芯片造成損傷 。

• 晶粒黏貼：先將晶粒黏著在導(dǎo)線架（也叫作晶粒座，預(yù)設(shè)有延伸IC晶粒電路的延伸腳）上，用銀膠對晶粒進(jìn)行黏著固定。這一步將切割后的晶粒準(zhǔn)確地放置在特定的位置上，為后續(xù)的電路連接等操作奠定基礎(chǔ)。銀膠具有良好的導(dǎo)電性和黏附性，能夠確保晶粒牢固地粘貼在導(dǎo)線架上，并且能夠?qū)崿F(xiàn)有效的電氣連接 。

• 焊線：將晶粒上之接點設(shè)為第一個焊點，內(nèi)部引腳上接點為第二焊點，先把金線之端點燒成小球，再將小球壓焊在第一焊點上，然后依設(shè)計好的路徑拉金線，把金線壓焊在第二點上完成一條金線之焊線動作。焊線的目的是將晶粒上的接點用金線或者鋁線銅線連接到導(dǎo)線架上之內(nèi)的引腳，從而將ic晶粒之電路訊號傳輸?shù)酵饨纭＿@一過程實現(xiàn)了芯片內(nèi)部電路與外部引腳的電氣連接，是芯片能夠與外部電路進(jìn)行信號交互的關(guān)鍵步驟。在實際操作中，需要精確控制焊接的位置和力度，以確保焊接的質(zhì)量和穩(wěn)定性 。

• 封膠：將導(dǎo)線架預(yù)熱，再將框架置于壓鑄機(jī)上的封裝模具上，再以半溶化后的樹脂擠入模中，樹脂硬化后便可開模取出成品。封膠能夠防止?jié)駳獾扔赏獠壳秩?，有效地將?nèi)部產(chǎn)生的熱量排出外部，提供能夠手持的形體。它為芯片提供了物理保護(hù)，使其能夠抵御外界的物理沖擊、潮濕、灰塵等不利因素的影響，同時也有助于芯片的散熱管理 。

• 切腳成型：封膠之后，需要先將導(dǎo)線架上多余的殘膠去除，經(jīng)過電鍍以增加外引腳的導(dǎo)電性及抗氧化性，而后再進(jìn)行切腳成型。這一步驟對芯片的引腳進(jìn)行處理，使其符合特定的電氣和機(jī)械要求，便于芯片與電路板等外部設(shè)備的連接。例如，通過切腳成型可以將引腳調(diào)整到合適的長度和形狀，確保在電路板上的安裝精度和電氣連接的可靠性 。

此外，在整個芯片封裝流程完成后，還可能需要進(jìn)行一些后續(xù)處理，如去膠、去緯、去框等等，最后再進(jìn)行測試檢驗，只有當(dāng)所有流程走完并且確保芯片沒有問題時，芯片才能夠正常的工作。

常見芯片封裝工藝類型

芯片封裝的類型多種多樣，以下是一些常見的芯片封裝工藝類型：

• DIP直插式封裝：

• DIP是指采用雙列直插形式封裝的集成電路芯片，這種封裝類型歷史悠久。例如51單片機(jī)、AC - DC控制器、光耦運(yùn)放等都采用這種封裝類型。

• 采用DIP封裝的CPU芯片有兩排引腳，可以通過專用底座進(jìn)行使用，也可以直接插在有相同焊孔數(shù)和幾何排列的電路板上進(jìn)行焊接。這種封裝方式對于插在底座上使用的芯片來說易于更換，焊接難度很低，只需要電烙鐵便可以進(jìn)行焊接裝配，這使得它在一些對成本要求較低、對焊接技術(shù)要求不高的應(yīng)用場景中廣泛應(yīng)用，如一些簡單的電子設(shè)備原型制作或?qū)S修便利性要求較高的設(shè)備中 。

• LGA封裝：

• LGA封裝為底部方形焊盤，區(qū)別于QFN封裝，在芯片側(cè)面沒有焊點，焊盤均在底部。

• 這種封裝對焊接要求相對較高，對于芯片封裝的設(shè)計也有很高的要求，否則批量生產(chǎn)很容易造成虛焊以及短路的情況。不過，在小體積、高級程度的應(yīng)用場景中這種封裝的使用較多，因為它能夠滿足一些對空間和性能要求較高的設(shè)備需求，例如一些高性能的計算機(jī)處理器或小型化的智能設(shè)備芯片 。

• LQFP/TQFP封裝：

• PQFP/TQFP封裝的芯片四周均有引腳，引腳之間距離很小、管腳很細(xì)。這種形式封裝的芯片可通過回流焊進(jìn)行焊接，焊盤為單面焊盤，不需要打過孔。

• 它在焊接上相對DIP封裝的難度較大，但目前許多單片機(jī)和集成芯片都在使用這種封裝。由于此封裝自帶突出引腳，在運(yùn)輸焊接過程中需要小心，防止引腳彎曲或損壞。這種封裝形式適合于對芯片引腳密度要求較高的應(yīng)用，如一些復(fù)雜的集成電路板上的芯片封裝，能夠在有限的芯片周邊面積上提供較多的引腳連接 。

• QFN封裝：

• QFN是一種無引線四方扁平封裝，是具有外設(shè)終端墊以及一個用于機(jī)械和熱量完整性暴露的芯片墊的無鉛封裝。在芯片底部大多數(shù)會設(shè)計一塊較大的地平面，對于功率型IC，該平面會很好的解決散熱問題，通過PCB的銅皮設(shè)計，可以將熱量更快的傳導(dǎo)出去，該封裝可為正方形或長方形。

• 封裝四側(cè)配置有電極觸點，由于無引腳，貼裝占有面積比QFP小，高度比QFP低，為目前比較流行的封裝類型，廣泛應(yīng)用于各種對空間和散熱有要求的芯片封裝場景，如一些小型化的移動設(shè)備中的芯片封裝 。

• BGA(球柵陣列)封裝：

• 隨著集成技術(shù)的進(jìn)步、設(shè)備的改進(jìn)和深亞微米技術(shù)的使用，硅單芯片集成度不斷提高，對集成電路封裝要求更加嚴(yán)格，I/O引腳數(shù)急劇增加，功耗也隨之增大。BGA封裝是一種電子元件封裝技術(shù)，它是指將電子元件封裝在一個多層、由金屬和陶瓷組成的球形結(jié)構(gòu)中。

• BGA封裝可以提供更好的熱傳導(dǎo)性能和更小的封裝尺寸，它能夠提供更多的連接點，比普通的插件封裝多出幾倍，因此可以提供更高的信號完整性和更低的電阻，還可以提供更高的功率密度，以及更低的電磁干擾(EMI)。這種封裝類型在現(xiàn)代高性能、高集成度的芯片封裝中得到廣泛應(yīng)用，如計算機(jī)的中央處理器、高端圖形處理芯片等 。

• SO類型封裝：

• SO類型封裝有很多種類，可以分為:SOP(小外形封裝)、TOSP(薄小外形封裝)、SSOP(縮小型SOP)、VSOP(甚小外形封裝)、SOIC(小外形集成電路封裝)等類似于QFP形式的封裝，只有兩邊有管腳的芯片封裝形式，該類型的封裝是表面貼裝型封裝之一，引腳從封裝兩側(cè)引出呈"L"字形。

• 這種類型封裝的典型特點就是在封裝芯片的周圍做出很多引腳，封裝操作方便、可靠性比較高、焊接也比較方便，如常見的SOP - 8等封裝在各種類型的芯片中被大量使用，特別適用于一些對封裝尺寸和引腳數(shù)量有一定要求的普通電子設(shè)備中的芯片封裝，如消費類電子產(chǎn)品中的一些小型芯片 。

芯片封裝工藝的關(guān)鍵步驟

芯片封裝工藝包含多個關(guān)鍵步驟，每個步驟都對最終芯片的性能、可靠性等有著重要影響：

• 芯片切割：

• 準(zhǔn)備工作：在切割之前，需要先在芯片背面貼上藍(lán)膜并置于鐵環(huán)之上。藍(lán)膜的作用是在切割時固定芯片，防止芯片在切割過程中發(fā)生位移，確保切割的精度。鐵環(huán)則為芯片提供支撐，便于將芯片送入切割機(jī)進(jìn)行切割操作。

• 切割設(shè)備與技術(shù)：通常使用芯片切割機(jī)進(jìn)行切割，切割的目的是將晶圓上的芯片切割分離成單個晶粒。這一過程需要精確控制，因為晶圓上的芯片密度很高，切割時要避免對芯片造成損傷。一些先進(jìn)的切割設(shè)備會采用高速旋轉(zhuǎn)的刀具，并配合精密的視覺定位系統(tǒng)，確保切割路徑的準(zhǔn)確性。例如，在大規(guī)模生產(chǎn)中，對于直徑較大的晶圓（如12英寸晶圓），要將上面的芯片準(zhǔn)確切割成單個晶粒，就需要高精度的切割設(shè)備和技術(shù)。如果切割出現(xiàn)偏差，可能會導(dǎo)致芯片邊緣破損，影響芯片的性能和成品率 。

• 晶粒黏貼：

• 黏著材料選擇：晶粒黏貼時使用銀膠對晶粒進(jìn)行黏著固定。銀膠具有良好的導(dǎo)電性和黏附性，能夠確保晶粒與導(dǎo)線架之間形成牢固的連接，并且能夠?qū)崿F(xiàn)有效的電氣傳導(dǎo)。銀膠的質(zhì)量直接影響到晶粒黏貼的牢固程度和電氣性能，如果銀膠的導(dǎo)電性不好，可能會導(dǎo)致信號傳輸受阻；如果黏附性差，則可能會出現(xiàn)晶粒松動的情況。

• 粘貼位置準(zhǔn)確性：需要將晶粒準(zhǔn)確地黏著在導(dǎo)線架（也叫晶粒座，預(yù)設(shè)有延伸IC晶粒電路的延伸腳）上。導(dǎo)線架的延伸腳是為了后續(xù)連接外部電路而設(shè)計的，因此晶粒粘貼的位置必須精確，以保證后續(xù)焊線等操作能夠順利進(jìn)行。例如，在一些多芯片封裝的情況下，如果晶粒粘貼位置不準(zhǔn)確，可能會導(dǎo)致芯片之間的信號傳輸出現(xiàn)問題，影響整個芯片模塊的功能 。

• 焊線：

• 焊點形成與焊接：將晶粒上之接點設(shè)為第一個焊點，內(nèi)部引腳上接點為第二焊點。先把金線之端點燒成小球，再將小球壓焊在第一焊點上，然后依設(shè)計好的路徑拉金線，把金線壓焊在第二點上完成一條金線之焊線動作。這個過程中，金球的形成質(zhì)量和焊接的壓力、時間等參數(shù)對焊接質(zhì)量至關(guān)重要。如果金球大小不均勻或者焊接壓力過大、時間過長，可能會導(dǎo)致焊點不牢固或者出現(xiàn)短路等問題。

• 焊接材料特性：通常使用金線或者鋁線、銅線進(jìn)行連接。金線具有良好的導(dǎo)電性、抗氧化性和延展性，能夠滿足芯片內(nèi)部微小間距的焊接要求。在一些對成本較為敏感的應(yīng)用中，也會考慮使用鋁線或銅線。不同的焊接材料在導(dǎo)電性、熔點、機(jī)械強(qiáng)度等方面存在差異，需要根據(jù)芯片的具體要求進(jìn)行選擇。例如，金線的導(dǎo)電性優(yōu)于鋁線，但成本也相對較高，所以在一些對成本要求嚴(yán)格的大規(guī)模生產(chǎn)芯片中，可能會在滿足性能要求的前提下選擇鋁線進(jìn)行焊線操作 。

• 封膠：

• 材料準(zhǔn)備與預(yù)熱：封膠使用的是樹脂材料。在封膠之前，需要將導(dǎo)線架預(yù)熱，這是為了使樹脂在注入模具后能夠更好地填充和固化。預(yù)熱的溫度和時間需要根據(jù)樹脂的特性和封裝的要求進(jìn)行精確控制。如果預(yù)熱溫度過高或時間過長，可能會導(dǎo)致導(dǎo)線架變形；如果預(yù)熱不足，則可能會影響樹脂的填充效果和固化質(zhì)量。

• 注入與固化：將預(yù)熱后的框架置于壓鑄機(jī)上的封裝模具上，再以半溶化后的樹脂擠入模中，樹脂硬化后便可開模取出成品。在樹脂注入過程中，要確保樹脂均勻地填充到模具中，避免出現(xiàn)氣泡或空洞。這些缺陷可能會影響芯片的散熱性能和機(jī)械保護(hù)性能。樹脂的固化過程也需要合適的條件，如溫度、壓力和時間等，以保證固化后的樹脂具有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，能夠有效地保護(hù)芯片免受外界環(huán)境的影響，同時提供良好的散熱通道 。

• 切腳成型：

• 殘膠去除與電鍍：封膠之后，首先要將導(dǎo)線架上多余的殘膠去除干凈。殘膠如果不去除，可能會影響后續(xù)的電鍍效果和引腳的電氣性能。去除殘膠后進(jìn)行電鍍，電鍍的目的是增加外引腳的導(dǎo)電性及抗氧化性。電鍍的工藝參數(shù)，如電鍍液的成分、電鍍的電流密度、電鍍時間等，都會影響電鍍層的質(zhì)量。例如，如果電鍍層厚度不均勻，可能會導(dǎo)致引腳的導(dǎo)電性不一致，影響芯片與外部電路的連接效果。

• 切割與成型操作：經(jīng)過電鍍后進(jìn)行切腳成型。這一操作是將導(dǎo)線架上已封裝完成的晶粒，剪切分離并將不需要的連接用材料切除，然后將引腳調(diào)整到合適的形狀和長度。在切腳成型過程中，要確保切割的精度和引腳形狀的準(zhǔn)確性，以滿足芯片在電路板上的安裝要求。如果引腳長度過長或過短，可能會導(dǎo)致焊接困難或者與電路板上的其他元件發(fā)生短路等問題 。

芯片封裝工藝流程實例分析

以傳統(tǒng)的打線封裝工藝為例：

• 初始準(zhǔn)備：

• 首先要有晶圓，晶圓是芯片的基礎(chǔ)材料，上面集成了眾多的芯片電路。在封裝之前，晶圓可能已經(jīng)經(jīng)過了前段制程的加工，如光刻、蝕刻、摻雜等工序，這些工序在晶圓上形成了復(fù)雜的電路結(jié)構(gòu)。例如，在一個12英寸的晶圓上，可能已經(jīng)制作好了數(shù)以百計的芯片電路，這些電路需要通過封裝工序來實現(xiàn)與外部的連接并獲得保護(hù)。

• 同時，需要準(zhǔn)備好封裝所需的材料和設(shè)備，如用于晶粒黏貼的銀膠、用于焊線的金線、導(dǎo)線架、封裝模具、樹脂等材料，以及芯片切割機(jī)、壓鑄機(jī)、焊線機(jī)等設(shè)備。這些材料和設(shè)備的質(zhì)量和性能直接影響到封裝的質(zhì)量和效率。

• 芯片切割：

• 按照前面提到的芯片切割步驟，先在芯片背面貼上藍(lán)膜并置于鐵環(huán)之上，再將其送至芯片切割機(jī)進(jìn)行切割。在這個過程中，假設(shè)晶圓上有500個芯片，通過精確的切割操作，將每個芯片從晶圓上分離出來，形成單個的晶粒。這個步驟的切割精度要求非常高，例如切割的誤差可能需要控制在微米級別，以確保每個晶粒的完整性和性能。如果切割出現(xiàn)問題，比如某個晶粒被切割損壞，那么這個晶粒就無法進(jìn)行后續(xù)的封裝操作，從而影響成品率。

• 晶粒黏貼：

• 將切割好的晶粒黏著在導(dǎo)線架上，使用銀膠進(jìn)行固定。假設(shè)導(dǎo)線架是一種具有特定引腳布局的金屬框架，晶粒需要準(zhǔn)確地粘貼在預(yù)設(shè)的位置上。例如，對于一個具有特定功能的芯片，其晶粒上的電路接點需要與導(dǎo)線架上的延伸腳精確對應(yīng)，這樣才能保證后續(xù)的焊線操作能夠正確地將芯片內(nèi)部電路與外部引腳連接起來。如果晶粒粘貼位置出現(xiàn)偏差，可能會導(dǎo)致焊線無法正常連接，或者連接后信號傳輸出現(xiàn)問題。

• 焊線：

• 把晶粒上的接點作為第一個焊點，內(nèi)部引腳上的接點作為第二個焊點。先將金線端點燒成小球，然后將小球壓焊在第一個焊點上，再按照設(shè)計好的路徑拉金線并壓焊在第二個焊點上完成焊線動作。例如，對于一個具有多個引腳的芯片，可能需要進(jìn)行幾十條金線的焊接操作。在這個過程中，每一條金線的焊接質(zhì)量都至關(guān)重要。如果某一條金線焊接不牢固或者出現(xiàn)短路情況，都會影響芯片的正常功能。焊接完成后，芯片內(nèi)部的電路就通過金線與導(dǎo)線架上的引腳建立了電氣連接，從而可以與外部電路進(jìn)行信號傳輸。

• 封膠：

• 對導(dǎo)線架進(jìn)行預(yù)熱，然后將框架置于壓鑄機(jī)上的封裝模具上，以半溶化后的樹脂擠入模中。假設(shè)使用的是一種具有良好散熱和絕緣性能的環(huán)氧樹脂，樹脂在模具中填充并包圍芯片和導(dǎo)線架。在這個過程中，要確保樹脂均勻地填充到模具的各個角落，避免出現(xiàn)氣泡或空洞。例如，如果出現(xiàn)氣泡，可能會在芯片工作時影響散熱效果，甚至可能導(dǎo)致芯片局部過熱而損壞。樹脂硬化后開模取出成品，此時芯片就被封裝在樹脂內(nèi)部，得到了物理保護(hù)和一定的散熱管理。

• 切腳成型：

• 去除導(dǎo)線架上多余的殘膠，然后進(jìn)行電鍍以增加外引腳的導(dǎo)電性及抗氧化性。假設(shè)電鍍層采用的是一種金屬鍍層，如鎳或金。電鍍完成后，進(jìn)行切腳成型操作，將不需要的連接部分切除，并將引腳調(diào)整到合適的形狀和長度。例如，對于要安裝在電路板上的芯片，引腳的長度需要符合電路板的設(shè)計要求，形狀可能需要彎曲成特定的角度，以便能夠順利插入電路板的焊孔或者與表面貼裝技術(shù)相匹配。如果切腳成型操作不當(dāng)，可能會導(dǎo)致芯片無法正確安裝在電路板上，或者在使用過程中出現(xiàn)引腳松動等問題。

• 后續(xù)處理與測試：

• 在完成切腳成型后，還可能需要進(jìn)行一些后續(xù)處理，如去膠、去緯、去框等操作，以確保芯片的外觀和性能符合要求。然后進(jìn)行測試檢驗，測試包括一般的目檢、電氣性能測試和老化試驗等。目檢主要是檢查芯片的外觀是否有缺陷，如引腳是否彎曲、封裝是否有破損等；電氣性能測試則是檢測芯片的各項電氣參數(shù)是否符合標(biāo)準(zhǔn)，如電壓、電流、電阻等；老化試驗是通過模擬芯片在長時間工作后的情況，檢測芯片的可靠性和穩(wěn)定性。只有經(jīng)過所有測試并且合格的芯片才能夠正常投入使用。

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隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，芯片封裝工藝流程也在不斷演進(jìn)：

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芯片封裝清洗劑選擇：

水基清洗的工藝和設(shè)備配置選擇對清洗精密器件尤其重要，一旦選定，就會作為一個長期的使用和運(yùn)行方式。水基清洗劑必須滿足清洗、漂洗、干燥的全工藝流程。

污染物有多種，可歸納為離子型和非離子型兩大類。離子型污染物接觸到環(huán)境中的濕氣，通電后發(fā)生電化學(xué)遷移，形成樹枝狀結(jié)構(gòu)體，造成低電阻通路，破壞了電路板功能。非離子型污染物可穿透PC B 的絕緣層，在PCB板表層下生長枝晶。除了離子型和非離子型污染物，還有粒狀污染物，例如焊料球、焊料槽內(nèi)的浮點、灰塵、塵埃等，這些污染物會導(dǎo)致焊點質(zhì)量降低、焊接時焊點拉尖、產(chǎn)生氣孔、短路等等多種不良現(xiàn)象。

這么多污染物，到底哪些才是最備受關(guān)注的呢？助焊劑或錫膏普遍應(yīng)用于回流焊和波峰焊工藝中，它們主要由溶劑、潤濕劑、樹脂、緩蝕劑和活化劑等多種成分，焊后必然存在熱改性生成物，這些物質(zhì)在所有污染物中的占據(jù)主導(dǎo)，從產(chǎn)品失效情況來而言，焊后殘余物是影響產(chǎn)品質(zhì)量最主要的影響因素，離子型殘留物易引起電遷移使絕緣電阻下降，松香樹脂殘留物易吸附灰塵或雜質(zhì)引發(fā)接觸電阻增大，嚴(yán)重者導(dǎo)致開路失效，因此焊后必須進(jìn)行嚴(yán)格的清洗，才能保障電路板的質(zhì)量。

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