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半导体芯片是怎么样封装的?
2021-09-15
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半导体芯片封装是指利用薄膜技术和微加工技术,将芯片和其他元件在框架或PCB基板上,布局、粘贴、固定和连接,引出接线端子并通过可塑性绝缘介质灌封固定,而形 成一个整体立体结构的工艺。这个概念是狭义的封装定义。更广义的封装是指封装工程,将封装体与基板连接固定,组装成一个完整的系统或电子设备,并保证整个 系统的整体性能。结合前两个定义形成一个广义的封装概念。

一、半导体芯片封装目的

1、保护

半导体芯片生产车 间有非常严格的生产条件控制,恒温(230±3*C),恒湿(50±10%),严格的空气粉尘颗粒度控制(一般在1K到10K之间)和严格的静电防护措 施,只有在如此严格的环境控制下,裸露的芯片才不会失效。但是,我们生活的周边环境是完全不可能有这样的条件的。低温可达-40^C,高温可达60*C, 湿度可达100%。如果是汽车产品,其工作温度可能高达120℃以上,为了保护芯片,需要进行封装。

2、支撑

支撑有两个作用,一是支撑芯片,固定好芯片方便电路的连接。另一种是在包装完成后形成一定的形状来支撑整个器件,使整个器件不易损坏。

3、 连接

连接的作用是将芯片的电极与外部电路连接起来。引脚用于与外部电路连通,金线则将引脚与芯片的电路连接起来。载片台用于承载芯片,环氧树脂胶用于将芯片粘在载片台上,引脚用于支撑整个器件,塑封体则起到固定和保护作用。

4、可靠性

任何封装都需要形成一定的可靠性,这是整个封装过程中最重要的衡量指标。原芯片离开特定生存环境后会被损毁,需要进行封装。芯片的工作寿命主要取决于封装材料和封装工艺的选择。

二、半导体芯片封装工艺流程

1、封装工艺流程一般可分为两部分。塑封前的工序为前端工序,成型后的工序工序为后端工序

2、芯片封装技术的基本工艺流程硅片减薄、硅片切割、芯片贴装、芯片互联、成型技术、去除飞边毛刺、切筋成型、焊接和打码等。

3、硅片背面减薄技术主要有磨削、研磨、化学机械抛光、干式抛光、电化学腐蚀、湿腐蚀、等离子增强化学腐蚀、常压等离子腐蚀等。

4、先划片再减薄:背面磨削前在硅片正面切割出一定深度的切口,再进行背面磨削。

5、减薄划片:减薄前先用机械或化学方法切割出切口,然后用磨削法减至一定厚度,再用ADPE腐蚀技术去除剩余加工量实现裸芯片自动分离。

6、芯片贴装方式有四种:共晶粘贴法、焊锡贴装法、导电胶粘贴法、玻璃胶粘贴法。

共晶粘贴法:采用金-硅合金(通常为69%Au,31%Si),通过363度的共晶熔合反应来粘贴固定IC芯片。

7、为了获得最佳的共晶贴装所采取的方法,通常在IC芯片背面镀一层金膜或在基板的芯片载体上植入预制芯片。

8、 芯片互连的常用方法有,打线键合、自动键合(TAB)和倒装芯片键合。

9、打线键合技术包括超声波键合、热压键合和热超声波键合。

10、TAB关键技术: 1芯片凸点生产技术 2 TAB载带生产技术 3载带引线与芯片凸点内引线焊接和载带外引线焊接技术。

11、凸点芯片的制作工艺、凸点的形成工艺:蒸发/溅射涂点制作法、电镀凸点制作法、置球及模板印刷制作、焊料凸点法、化学镀涂点制作法、打球凸点制作法、激光法。

12、塑料封装的成型技术,1转移成型技术,2喷射成型技术,3预成型技术,但最重要的技术是转移成型技术。转移技术使用的材料通常为热固性聚合物。

13、 减薄的芯片有以下优点: 1、更薄的芯片更有利于散热; 2. 减少芯片封装体积; 3. 提高机械性能,硅片减薄,更好的柔韧性,以及外力冲击引起的芯片应力更小;芯片的厚度越薄,元件之间的连线越短,元件的导通电阻越低,信号延迟时间越短, 从而达到更高的性能; 5、减少划片加工量减薄后进行再切割,可以减少划片加工量,降低芯片崩片的发生率。


14、波峰焊:波峰焊的工艺流程包括助焊剂、预热和通过波峰焊PCB板,依靠表面张力和毛细现象的共同作用将助焊剂带到PCB板和元件引脚上。形成焊接点。

波峰焊是利用熔融的液态焊锡,借助于泵的作用在焊锡槽液面上形成特定形状的焊锡波,将带有元器件的PCB以特定的角度和一定的角度放置在输送链上,深度穿过焊料波峰而实现焊点的焊接过程。

回流焊:表面贴装元件的焊接是通过在PCB的焊接部分预先涂上适量和适当形式的焊料,然后贴上表面组装元件,然后将预先分布在印刷品上的焊膏重新熔化来实现的。实现表面组装元器件用于焊端或引脚与印制板焊盘之间机械和电气连接的一组或逐点焊接工艺。

15、引线键合(WB):将金属线或金属带按顺序打在芯片与引脚架或封装基板的焊盘上形成电路互连。引线键合技术包括超声波键合、热压键合和热超声键合。

倒装芯片键合 (FCB):芯片面朝下,芯片焊盘和基板焊盘直接互连的一种方法。

16、芯片互连:将芯片焊接区与电子封装外壳的I/O或IC载板上的金属布线焊接区相连。只有实现芯片与封装结构之间的电路连接,才能发挥现有的功能。

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