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半導(dǎo)體芯片封裝車間建設(shè)指南詳解

2024-10-12 14:20

半導(dǎo)體芯片封裝是指利用膜技術(shù)及細(xì)微加工技術(shù)，將芯片及其他要素在框架或基板，上布局粘貼固定及連接，引出接線端子并通過可塑性絕緣介質(zhì)灌封固定，構(gòu)成整體立體結(jié)構(gòu)的工藝。將封裝體與基板連接固定，裝配成完整的系統(tǒng)或電子設(shè)備，并確保整個(gè)系統(tǒng)綜合性能的工程。

 

半導(dǎo)體芯片封裝目的

1、保護(hù)
半導(dǎo)體芯片的生產(chǎn)車間都有非常嚴(yán)格的生產(chǎn)條件控制，恒定的溫度（23士3℃）、恒定的濕度（50士10%）、嚴(yán)格的空氣塵埃顆粒度控制（一般介于1K到10K）及嚴(yán)格的靜電保護(hù)措施，裸露的裝芯片只有在這種嚴(yán)格的環(huán)境控制下才不會(huì)失效。但是，我們所生活的周圍環(huán)境完全不可能具備這種條件，低溫可能會(huì)有-40℃、高溫可能會(huì)有60℃、濕度可能達(dá)到100%，如果是汽車產(chǎn)品，其工作溫度可能高達(dá)120℃以上，為了要保護(hù)芯片，所以我們需要封裝。

2、支撐
支撐有兩個(gè)作用，一是支撐芯片，將芯片固定好便于電路的連接，二是封裝完成以后，形成一定的外形以支撐整個(gè)器件、使得整個(gè)器件不易損壞。

3、連接
連接的作用是將芯片的電極和外界的電路連通。引腳用于和外界電路連通，金線則將引腳和芯片的電路連接起來。載片臺(tái)用于承載芯片，環(huán)氧樹脂粘合劑用于將芯片粘貼在載片臺(tái)上，引腳用于支撐整個(gè)器件，而塑封體則起到固定及保護(hù)作用。

4、可靠性
任何封裝都需要形成一定的可靠性， 這是整個(gè)封裝工藝中最重要的衡量指標(biāo)。原始的芯片離開特定的生存環(huán)境后就會(huì)損毀，需要封裝。芯片的工作壽命，主要決于對封裝材料和封裝工藝的選擇。

半導(dǎo)體封裝車間環(huán)境條件要求
雜質(zhì)會(huì)對半導(dǎo)體的特性有著改變或破壞其性能的作用，所以在半導(dǎo)體器件生產(chǎn)過程中對一切雜質(zhì)與生產(chǎn)環(huán)境都有著極其嚴(yán)格的控制要求，對雜質(zhì)的控制涉及到多種類，如金屬離子會(huì)破壞半導(dǎo)體器件的導(dǎo)電性能、塵埃粒子破壞半導(dǎo)體器件的表面結(jié)構(gòu)等等。因此半導(dǎo)體封裝工藝，必須要求在防靜電條件良好的無塵車間內(nèi)進(jìn)行。其廠房潔凈度要求根據(jù)不同的工藝環(huán)節(jié)從千級至十萬級不等。


半導(dǎo)體芯片封裝工藝流程

1、封裝工藝流程 一般可以分為兩個(gè)部分，用塑料封裝之前的工藝步驟成為前段操作，在成型之后的工藝步驟成為后段操作

2、芯片封裝技術(shù)的基本工藝流程：
硅片減薄—硅片切割— 芯片貼裝，芯片互聯(lián) —成型技術(shù) —去飛邊毛刺 —切筋成型 —上焊錫打碼等工序

3、硅片的背面減薄技術(shù)主要有磨削，研磨，化學(xué)機(jī)械拋光，干式拋光，電化學(xué)腐蝕，濕法腐蝕，等離子增強(qiáng)化學(xué)腐蝕，常壓等離子腐蝕等

4、先劃片后減薄：在背面磨削之前將硅片正面切割出一定深度的切口，然后再進(jìn)行背面磨削。

5、減薄劃片：在減薄之前，先用機(jī)械或化學(xué)的方式切割處切口，然后用磨削方法減薄到一定厚度之后采用ADPE腐蝕技術(shù)去除掉剩余加工量實(shí)現(xiàn)裸芯片的自動(dòng)分離。

6、芯片貼裝的方式四種：共晶粘貼法，焊接粘貼法，導(dǎo)電膠粘貼法，和玻璃膠粘貼法。

共晶粘貼法：利用金-硅合金（一般是69%Au，31%的Si），363度時(shí)的共晶熔合反應(yīng)使IC芯片粘貼固定。

7、為了獲得最佳的共晶貼裝所采取的方法，IC芯片背面通常先鍍上一層金的薄膜或在基板的芯片承載座上先植入預(yù)芯片

8、芯片互連常見的方法有，打線鍵合，載在自動(dòng)鍵合（TAB）和倒裝芯片鍵合。

9、打線鍵合技術(shù)有，超聲波鍵合，熱壓鍵合，熱超聲波鍵合。

10、TAB的關(guān)鍵技術(shù)：1芯片凸點(diǎn)制作技術(shù)2TAB載帶制作技術(shù)3載帶引線與芯片凸點(diǎn)的內(nèi)引線焊接和載帶外引線焊接技術(shù)。

11、凸點(diǎn)芯片的制作工藝，形成凸點(diǎn)的技術(shù)：蒸發(fā)/濺射涂點(diǎn)制作法，電鍍凸點(diǎn)制作法置球及模板印刷制作，焊料凸點(diǎn)發(fā)，化學(xué)鍍涂點(diǎn)制作法，打球凸點(diǎn)制作法，激光法。

12、塑料封裝的成型技術(shù)，1轉(zhuǎn)移成型技術(shù)，2噴射成型技術(shù)，3預(yù)成型技術(shù)但最主要的技術(shù)是轉(zhuǎn)移成型技術(shù)，轉(zhuǎn)移技術(shù)使用的材料一般為熱固性聚合物。

13、減薄后的芯片有如下優(yōu)點(diǎn)：
1、薄的芯片更有利于散熱；
2、減小芯片封裝體積；
3、提高機(jī)械性能、硅片減薄、其柔韌性越好，受外力沖擊引起的應(yīng)力也越小；
4、晶片的厚度越薄，元件之間的連線也越短，元件導(dǎo)通電阻將越低，信號(hào)延遲時(shí)間越短，從而實(shí)現(xiàn)更高的性能；
5、減輕劃片加工量減薄以后再切割，可以減小劃片加工量，降低芯片崩片的發(fā)生率。

14、波峰焊：波峰焊的工藝流程包括上助焊劑、預(yù)熱以及將PCB板在一個(gè)焊料波峰上通過，依靠表面張力和毛細(xì)管現(xiàn)象的共同作用將焊劑帶到PCB板和元器件引腳上，形成焊接點(diǎn)。

波峰焊是將熔融的液態(tài)焊料，借助于泵的作用，在焊料槽液面形成特定形狀的焊料波，裝了元器件的PCB置于傳送鏈上，經(jīng)某一特定的角度以及一定的進(jìn)入深度穿過焊料波峰而實(shí)現(xiàn)焊點(diǎn)的焊接過程。

再流焊：是通過預(yù)先在PCB焊接部位施放適量和適當(dāng)形式的焊料，然后貼放表面組裝元器件，然后通過重新熔化預(yù)先分配到印制板焊盤上的焊膏，實(shí)現(xiàn)表面組裝元器件焊端或引腳與印制板焊盤之間機(jī)械與電氣連接的一種成組或逐點(diǎn)焊接工藝。

15、打線鍵合（WB）：將細(xì)金屬線或金屬帶按順序打在芯片與引腳架或封裝基板的焊墊上形成電路互連。打線鍵合技術(shù)有超聲波鍵合、熱壓鍵合、熱超聲波鍵合。

載帶自動(dòng)鍵合（TAB）：將芯片焊區(qū)與電子封裝外殼的I/O或基板上的金屬布線焊區(qū)用具有引線圖形金屬箔絲連接的技術(shù)工藝。

倒裝芯片鍵合（FCB）：芯片面朝下，芯片焊區(qū)與基板焊區(qū)直接互連的一種方法。

16、芯片互連：將芯片焊區(qū)與電子封裝外殼的I/O或基板上的金屬布線焊區(qū)相連接，只有實(shí)現(xiàn)芯片與封裝結(jié)構(gòu)的電路連接才能發(fā)揮已有的功能。

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