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半导体芯片封装车间建设指南详解
2024-10-12 14:20
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。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。
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（23士3℃）、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℃、高温可能会有60℃、湿度可能达到100%，如果是汽车产品，其工作温度可能高达120℃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。
半导体封装车间环境条件要求
杂质会对半导体的特性有着改变或破坏其性能的作用，所以在半导体器件生产过程中对一切杂质与生产环境都有着极其严格的控制要求，对杂质的控制涉及到多种类，如金属离子会破坏半导体器件的导电性能、尘埃粒子破坏半导体器件的表面结构等等。因此半导体封装工艺，必须要求在防静电条件良好的无尘车间内进行。其厂房洁净度要求根据不同的工艺环节从千级至十万级不等。
半导体芯片封装工艺流程
1、封装工艺流程 一般可以分为两个部分，用塑料封装之前的工艺步骤成为前段操作，在成型之后的工艺步骤成为后段操作
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 —去飞边毛刺 —切筋成型 —上焊锡打码等工序
3、硅片的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，湿法腐蚀，等离子增强化学腐蚀，常压等离子腐蚀等
4、先划片后减薄：在背面磨削之前将硅片正面切割出一定深度的切口，然后再进行背面磨削。
5、减薄划片：在减薄之前，先用机械或化学的方式切割处切口，然后用磨削方法减薄到一定厚度之后采用ADPE腐蚀技术去除掉剩余加工量实现裸芯片的自动分离。
6、芯片贴装的方式四种：共晶粘贴法，焊接粘贴法，导电胶粘贴法，和玻璃胶粘贴法。
共晶粘贴法：利用金-硅合金（一般是69%Au，31%的Si），363度时的共晶熔合反应使IC芯片粘贴固定。
7、为了获得最佳的共晶贴装所采取的方法，IC芯片背面通常先镀上一层金的薄膜或在基板的芯片承载座上先植入预芯片
8、芯片互连常见的方法有，打线键合，载在自动键合（TAB）和倒装芯片键合。
9、打线键合技术有，超声波键合，热压键合，热超声波键合。
10、TAB的关键技术：1芯片凸点制作技术2TAB载带制作技术3载带引线与芯片凸点的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，形成凸点的技术：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，焊料凸点发，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预成型技术但最主要的技术是转移成型技术，转移技术使用的材料一般为热固性聚合物。
13、减薄后的芯片有如下优点：
1、薄的芯片更有利于散热；
2、减小芯片封装体积；
3、提高机械性能、硅片减薄、其柔韧性越好，受外力冲击引起的应力也越小；
4、晶片的厚度越薄，元件之间的连线也越短，元件导通电阻将越低，信号延迟时间越短，从而实现更高的性能；
5、减轻划片加工量减薄以后再切割，可以减小划片加工量，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。
再流焊：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。
15、打线键合（WB）：将细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垫上形成电路互连。打线键合技术有超声波键合、热压键合、热超声波键合。
载带自动键合（TAB）：将芯片焊区与电子封装外壳的I/O或基板上的金属布线焊区用具有引线图形金属箔丝连接的技术工艺。
倒装芯片键合（FCB）：芯片面朝下，芯片焊区与基板焊区直接互连的一种方法。
16、芯片互连：将芯片焊区与电子封装外壳的I/O或基板上的金属布线焊区相连接，只有实现芯片与封装结构的电路连接才能发挥已有的功能。
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