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IC封装基板

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半导体芯片封装工艺
2021-06-07
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     半导体芯片封装是指利用膜技术及细微加工技术,将芯片及其他要素在框架或基板,上布局粘贴固定及连接,引出接线端子并通过可塑性绝缘介质灌封固定,构成整体立体结构的工艺。此概念为狭义的封装定义。更广义的封装是指封装工程,将封装体与基板连接固定,装配成完整的系统或电子设备,并确保整个系统综合性能的工程。将前面的两个定义结合起来构成广义的封装概念  半导体芯片封装过程为:来自晶圆前道工艺的晶圆通过划片工艺后,被切割为小的晶片(Die),然后将切割好的晶片用胶水贴装到相应的基板(引线框架)架的小岛上,再利用超细的金属(金、锡、铜、铝)导线或者导电性树脂将晶片的接合焊盘(Bond Pad)连接到基板的相应引脚(Lead),并构成所要求的电路;然后再对独立的晶片用塑料外壳加以封装保护,塑封之后,还要进行一系列操作,如后固化(Post Mold Cure)、切筋和成型(Trim&Form)、电镀(Plating)以及打印等工艺。封装完成后进行成品测试,通常经过入检(Incoming)、测试(Test)和包装(Packing)等工序,最后入库出货。典型的封装工艺流程为:划片 装片 键合 塑封 去飞边 电镀 打印 切筋和成型 外观检查 成品测试 包装出货。


 

半导体芯片封装目的

1、保护

  半导体芯片的生产车间都有非常严格的生产条件控制,恒定的温度(230士3*C)、恒定的湿度(50士10%)、严格的空气尘埃颗粒度控制(一般介于1K到10K)及严格的静电保护措施,裸露的装芯片只有在这种严格的环境控制下才不会失效。但是,我们所生活的周围环境完全不可能具备这种条件,低温可能会有-40^C、高温可能会有60*C、湿度可能达到100%,如果是汽车产品,其工作温度可能高达120^C以上,为了要保护芯片,所以我们需要封装。

2、支撑

  支撑有两个作用,一是支撑芯片,将芯片固定好便于电路的连接,二是封装完成以后,形成一定的外形以支撑整个器件、使得整个器件不易损坏。

3、连接

  连接的作用是将芯片的电极和外界的电路连通。引脚用于和外界电路连通,金线则将引脚和芯片的电路连接起来。载片台用于承载芯片,环氧树脂粘合剂用于将芯片粘贴在载片台上,引脚用于支撑整个器件,而塑封体则起到固定及保护作用。

4、可靠性

  任何封装都需要形成一定的可靠性,这是整个封装工艺中最重要的衡量指标。原始的芯片离开特定的生存环境后就会损毁,需要封装。芯片的工作寿命,主要决于对封装材料和封装工艺的选择。

 

主要焊接工艺

波峰焊:波峰焊的工艺流程包括上助焊剂、预热以及将PCB板在一个焊料波峰上通过,依靠表面张力和毛细管现象的共同作用将焊剂带到PCB板和元器件引脚上,形成焊接点。


  波峰焊是将熔融的液态焊料,借助于泵的作用,在焊料槽液面形成特定形状的焊料波,装了元器件的PCB置于传送链上,经某一特定的角度以及一定的进入深度穿过焊料波峰而实现焊点的焊接过程。

    回流焊:是通过预先在PCB焊接部位施放适量和适当形式的焊料,然后贴放表面组装元器件,然后通过重新熔化预先分配到印制板焊盘上的焊膏,实现表面组装元器件焊端或引脚与印制板焊盘之间机械与电气连接的一种成组或逐点焊接工艺。


    热压焊:利用加热和加压力使金属丝与焊区压焊在一起。其原理是通过加热和加压力,使焊区(如AI)发生塑性形变同时破坏压焊界面上的氧化层,从而使原子间产生吸引力达到“键合”的目的,此外,两金属界面不平整加热加压时可使上下的金属相互镶嵌。此技术一般用为玻璃板上芯片COG。



    超声焊:超声焊是利用超声波发生器产生的能量,通过换能器在超高频的磁场感应下,迅速伸缩产生弹性振动,使劈刀相应振动,同时在劈刀上施加一定的压力,于是劈刀在这两种力的共同作用下,带动AI丝在被焊区的金属化层如(AI膜)表面迅速摩擦,使AI丝和AI膜表面产生塑性变形,这种形变也破坏了AI层界面的氧化层,使两个纯净的金属表面紧密接触达到原子间的结合,从而形成焊接。主要焊接材料为铝线焊头,一般为楔形。


 

    金丝焊:球焊在引线键合中是最具代表性的焊接技术,因为现在的半导体封装二、三极管封装都采用AU线球焊。而且它操作方便、灵活、焊点牢固(直径为25UM的AU丝的焊接强度一般为0.07~0.09N/点),又无方向性,焊接速度可高达15点/秒以上。金丝焊也叫热(压)(超)声焊主要键合材料为金(AU)线焊头为球形故为球焊。



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