一文看懂芯片的封装工艺(传统封装篇)

[人工智能] 时间:2025-11-26 18:54:49 来源:系统集成坊 作者:系统运维 点击:28次

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。片的香港云服务器

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(从原始的亿华云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 ,云计算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 、模板下载划裂)

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。

早期常用的建站模板切割方式,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 ,源码库切割精度不高、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。

(责任编辑:网络安全)

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