一文看懂芯片的封装工艺(传统封装篇)

时间:2025-11-27 02:38:50 来源:IT资讯网

今天这期 ,懂芯小枣君重点来聊聊封装的片的篇具体工艺流程。

之前介绍了 ,封装封装封装有很多种形式,工艺包括传统封装和先进封装。传统

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不同的懂芯封装,流程和工艺不一样 。片的篇我整个写完之后 ,封装封装发现字数太多(1万多字)。工艺为了降低阅读难度,传统我决定拆成两篇(传统封装篇  、懂芯先进封装篇)来发 。片的服务器租用

今天先发的封装封装,是工艺传统封装篇。

传统封装的传统工艺流程

传统封装,大致流程是这样的 :

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我们一个个来看。

减薄

传统封装的第一步,是对晶圆进行减薄()——通过研磨晶圆背面的方式,减少晶圆的厚度(从原始的模板下载600–800μm减薄到几十至一百μm,甚至更薄) 。

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减薄的目的主要有三个 :

一是减小芯片的尺寸,满足封装的要求  。

二是获得更好的散热效果 。

三是提升电学性能,降低寄生效应(芯片过厚会增加寄生电容和信号传输延迟)和导通电阻 。

减薄也需要注意 ,建站模板避免影响晶圆的机械强度,否则可能导致晶圆在后面的工艺中发生破裂 。另外,减薄过程中产生的热应力,也可能导致晶圆弯曲、报废 。

目前减薄所采用的工艺 ,就是晶圆制造那期说的CMP机械化学研磨那些 。

减薄ing

切割(划片 、锯切、云计算划裂)

减薄之后,要开始正式切割(Dicing)了 。

切割前,在晶圆的正面覆盖一层保护蓝膜 ,以防止在切割过程中晶粒受损。

晶圆非常脆弱。随着时间的推移,芯片的精密度越来越高 ,晶圆上芯片的间隙越来越小,对切割技术的要求也就随之增加 。

早期常用的亿华云切割方式  ,是机械切割 。通过高速旋转的超薄金刚石刀片,沿着晶圆上预先设定的沟槽(即晶圆划线),就可以完成切割。

切割过程中  ,会用纯水冲洗 ,进行冷却 ,同时去除碎屑。

机械切割比较简单 、成本较低,但是 ,源码下载切割精度不高、速度慢 、容易出现崩边等问题,所以,逐渐被淘汰。

后来,就有了激光切割  ,也就是通过高能量激光束进行切割 。

激光切割也分为全切和隐切两种 。

全切:激光束直接照射在晶圆表面  ,贯穿整个晶圆厚度 ,完全切断晶圆。这种方法切割速率极快,但会产生碎屑和热量,需要进行清理和冷却。

隐切:分为两步 ,首先使用激光束聚焦于晶圆的内部 ,在晶圆内部形成微细的裂纹,而表面保持完整 。然后 ,通过机械手段,均匀拉伸贴在晶圆背后的胶带。随着胶带的扩展 ,晶圆上的单个芯片沿着激光预切割的路径分离开来,完成切割。

激光隐切避免了传统激光切割的热损伤问题,非常适用于超薄半导体硅片的高速和高质量切割 。

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再后来 ,又出现了等离子切割  。

它通过将气体等离子化,使等离子与切割道内的硅反应,完成切割。

等离子切割速度快 、损伤小,特别适用于超小尺寸芯片的切割。同时,它可以减少切割道的宽度 ,增加圆片设计的芯片数量,进一步降低芯片成本。

贴片(粘连、粘接)

晶粒切割下来之后 ,需要进行贴片(粘连,Die Attach)。

传统封装的贴片,是把晶粒和封装基板(Substrate)粘接起来 。

封装基板 ,又叫IC载板,是一种特殊的PCB印刷线路板 。

它具有高密度 、高精度 、轻薄化的特点 ,能够为芯片起到支撑 、连接、散热和保护的作用。

传统封装中常用的粘接方式包括胶粘剂粘接、焊接粘接、共晶粘接 。

环氧树脂,是常用的有机胶粘剂 。通过热固化 ,可以达到粘接目的。

环氧树脂本身绝缘,如果掺入一定比例的银粉 ,就具备了导电的能力 ,变成导电胶,也称为银胶,应用更广泛。

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焊接粘接,是通过熔融焊料实现芯片与基板连接 ,包括软钎焊(使用低熔点的焊料 ,如锡铅合金)和硬钎焊(使用高熔点的焊料  ,如金硅合金) 。

共晶粘接,利用两种或多种金属在共晶温度下形成共晶合金,来实现连接 。连接强度高、导热性能好  ,但是工艺复杂、成本较高  。

共晶粘接

贴片会用到贴片机。贴片机也有很多种 ,包括SMT贴片机 、先进封装贴片机等。

贴片对精度的要求很高 ,如果发生哪怕很小的偏差 ,都可能导致芯片无法工作。

在贴片的过程中,也需要考虑可能造成的机械损伤 ,以及贴片材料可能引起的热传导问题(无法正常散热) 。

(再次提醒注意:这篇讲的是传统封装。现在普遍使用的是先进封装,工艺有很大的区别 。大家千万不要生搬硬套 。)

焊线

贴片之后,还要将晶粒与基板进行电气连接。

传统封装都是通过金属线进行连接 ,所以也叫焊线工艺。

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焊线

焊接的时候 ,需要通过加热 、加压和超声波能量  ,破坏表面氧化层和污染 ,产生塑性变形,使界面亲密接触,形成电子共享和原子扩散,从而形成稳定的焊点 。

热超声焊过程

焊线所使用的材料,一般是金 、银 、铜、铝。

黄金具有导电性能好、化学性能稳定  、球焊速度快 、抗氧化、不与酸和碱发生反应等优点  ,但价格昂贵,使用占比在不断下降。

银比金便宜,但也还是有点贵。

铝虽然成本较低,但稳定性较差 ,良率相对较低 。

铜的成本和性能比较均衡,目前使用较为普遍(尤其是在中低端产品) 。

高密度引线的示例

清洗 、光检

清洗就不用说了  。

检测,除了借助低倍放大镜对产品外观进行检查之外 ,还可以进行AOI(自动光学检测)。

AOI检测

AOI具有三大显著优势:

一是检测效率特别高  ,可实现每分钟数百个元器件的全检。

二是具备量化检测能力 ,能记录缺陷尺寸、位置等数据,便于工艺追溯与改进。

三是可以检测人眼难以识别的微观缺陷,如焊点虚焊、微裂纹等 。

在半导体封测领域 ,AOI一般有四次(四道) 。

第一道光检是晶圆检测 ,第二道光检是颗粒外观缺陷检测,第三道光检贴片/引线键合检测(就是现在这次)  ,第四道光检是塑封外观检测(待会会做) 。

模封(塑封 、注塑)

下一步 ,就要进行模封。

这里要说一下 ,根据材料的不同,封装可以分为塑料封装、陶瓷封装和金属封装三种类型 。

陶瓷封装和金属封装的密封性好 、散热性好,但价格昂贵、生产周期长,所以主要用于航空航天和军事领域  。

塑料封装的散热性、稳定性、气密性相对较差 ,但是重量轻、体积小 、价格便宜 ,所以目前仍然是民用商业化领域的主流选择。

我国半导体封装中 ,有90%以上采用塑料封装。而在塑料封装中 ,有97%以上利用环氧塑封料作为包封材料 。

环氧塑封料(Epoxy Molding Compound ,简称EMC),全称为环氧树脂(就是前面贴片工艺提到的那个)模塑料,是用于半导体封装的一种热固性化学材料。它能够很好地保护芯片,免受外界环境(水汽、温度、污染等)的影响  ,实现导热 、绝缘、耐湿、耐压、支撑等复合功能 。

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模封有转移成型和液态封装两种工艺 。前者,是将环氧树脂塑封料熔融,在压力和温度的作用下 ,注入模具中 ,把裸芯片给封起来 。后者,主要用于超薄或柔性封装。

为确保芯片的稳定性和安全性 ,在一些特殊需求下,会在其上安装一个金属保护盖,这一过程称为Lid Attach。此保护盖通常采用散热性能优异的合金制成 。

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去溢料(去飞边)

模封之后,还要经过去溢料(De-flash)工艺,目的是去除模封后在芯片周围的溢料。

去溢料的方法 ,主要是弱酸浸泡,高压水冲洗 。

后固化

去溢料之后 ,是后固化(Post-Mold Cure)工艺 ,在150–180°C下烘烤数小时,使塑封材料完全固化,提升机械强度 。

植球

对于传统封装里的BGA(球栅阵列)封装 ,还要在芯片表面精确地放置焊料球(锡球) ,以实现芯片与电路板之间的电气连接  。这个工艺叫做植球 。

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这个球不是直接往基板上焊的 ,会用到锡膏或者助焊膏。

先用锡膏印刷到焊盘上 ,再在上面加上一定大小的锡球。这时,锡膏会粘住锡球。通过加热升温,可以让锡球的接触面更大,使锡球的受热更快更全面 。这就使锡球熔锡后与焊盘焊接性更好 ,降低虚焊的可能性。

(下期我们讲先进封装Bumping凸点工艺的时候 ,还会再讲到焊球 。)

电镀(浸锡)

为了提升管脚的导电性 、可焊性并增强其耐腐蚀性,减少外界环境潮湿和热的影响 ,会利用金属和化学的方法,在管脚上镀上一层锡 、镍、钯、金等材料。

现在因为欧盟Rohs的要求,一般都采用无铅电镀,用的是99.95%的高纯度锡(Tin)。

无铅电镀后的产品 ,会要求在高温下烘烤一段时间(退火),消除电镀层潜在的晶须生长(Whisker Growth)问题。

切筋、成型(打弯)

切除多余框架材料。对于有引脚的封装类型(如SOP 、QFP),需要将引脚弯折成标准形状 。

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成品测试

在封装完成之后 ,会再次进行测试 。

在封装工艺之前的测试 ,是晶圆检测(CP ,Circuit Probing),又称中测。

在封装工艺之后的测试,是成品测试(FT ,Final Test) ,又称终测。

成品测试是针对封装好的芯片 ,进行设备应用方面的全面检测 。这是一个重要环节  ,旨在确保芯片在正式出货前 ,其功能和质量均达到预期标准。

与CP测试类似 ,FT测试同样依赖于ATE自动测试机台设备 ,同时辅以测试版和分选机等工具 ,共同确保测试的精准度和效率  。

为了弥补ATE测试在复杂度和故障覆盖率方面的不足,还会引入SLT系统级测试  。

SLT测试基于芯片的实际应用场景进行设计,通过精心打造的测试板和严谨的测试流程 ,力求模拟出真实的业务流环境,从而将芯片产品的缺陷率降至更低,提升用户的信任度。

打标

测试结束之后 ,可以打标(Marking)了。

通过激光打印的方式 ,在芯片表面印上芯片生产商的Logo  、产品名称  、生产批次等信息 ,方便后续使用过程中的辨识。

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出厂

根据客户的要求 ,将待测品从标准容器内分类包装到客户指定的包装容器内 ,并粘贴必要的商标,就可以发货出厂。要么是零售,要么是发给OEM厂商。

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