半導(dǎo)體封裝工藝流程概述

半導(dǎo)體器件制作工藝分為前道和后道工序，晶圓制造和測(cè)試被稱為前道（FrontEnd）工序，而芯片的封裝、測(cè)試及成品入庫(kù)則被稱為后道（BackEnd）工序，前道和后道一般在不同的工廠分開處理。 前道工序是從整塊硅圓片入手經(jīng)多次重復(fù)的制膜、氧化、擴(kuò)散，包括照相制版和光刻等工序，制成三極管、集成電路等半導(dǎo)體元件及電極等，開發(fā)材料的電子功能，以實(shí)現(xiàn)所要求的元器件特性。 后道工序是從由硅圓片分切好的一個(gè)一個(gè)的芯片入手，進(jìn)行裝片、固定、鍵合聯(lián)接、塑料灌封、引出接線端子、按印檢查等工序，完成作為器件、部件的封裝體，以確保元器件的可靠性，并便于與外電路聯(lián)接。

封裝的基本定義

傳統(tǒng)意義的芯片封裝一般指安放集成電路芯片所用的封裝殼體，它同時(shí)可包含將晶圓切片與不同類型的芯片管腳架及封裝材料形成不同外形的封裝體的過(guò)程。從物理層面看，它的基本作用為：為集成電路芯片提供穩(wěn)定的安放環(huán)境，保護(hù)芯片不受外部惡劣條件（例如灰塵，水氣）的影響。從電性層面看，芯片封裝同時(shí)也是芯片與外界電路進(jìn)行信息交互的鏈路，它需要在芯片與外界電路間建立低噪聲、低延遲的信號(hào)回路。 然而不論封裝技術(shù)如何發(fā)展，歸根到底，芯片封裝技術(shù)都是采用某種連接方式把晶圓切片上的管腳與引線框架以及封裝殼或者封裝基板上的管腳相連構(gòu)成芯片。而封裝的本質(zhì)就是規(guī)避外界負(fù)面因素對(duì)芯片內(nèi)部電路的影響，同時(shí)將芯片與外部電路連接，當(dāng)然也同樣為了使芯片易于使用和運(yùn)輸。

半導(dǎo)體封裝的作用

（1）半導(dǎo)體封裝技術(shù)能夠保證半導(dǎo)體設(shè)備元件的正常工作，確保其預(yù)期功能的正常發(fā)揮； （2）半導(dǎo)體封裝技術(shù)能夠保證半導(dǎo)體內(nèi)部信息數(shù)據(jù)的正常存儲(chǔ)與讀取，且能夠以功能化模塊結(jié)構(gòu)的形勢(shì)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能要求； （3）半導(dǎo)體封裝技術(shù)能夠通過(guò)各功能塊之間的強(qiáng)強(qiáng)結(jié)合，構(gòu)成半導(dǎo)體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)裝置，實(shí)現(xiàn)其整體功能； （4）半導(dǎo)體封裝技術(shù)能夠便于人和機(jī)器設(shè)備之間的信息交互，能夠建立更加方便快捷且響應(yīng)速度更快的人機(jī)界面； （5）半導(dǎo)體封裝技術(shù)能夠進(jìn)一步加強(qiáng)半導(dǎo)體作為商品的附加價(jià)值，增強(qiáng)其市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

封裝工藝流程

半導(dǎo)體封裝工藝流程所包括的工作內(nèi)容較多，如圖所示，各流程中的具體要求不同，但作業(yè)流程間存在密切關(guān)系，還需在實(shí)踐階段詳細(xì)分析。

芯片切割

半導(dǎo)體封裝工藝中半導(dǎo)體封裝工藝芯片切割，主要是把硅片切成單個(gè)芯片，并第一時(shí)間處理硅片上的硅屑，避免對(duì)后續(xù)工作開展及質(zhì)量控制造成阻礙。

貼片工藝

貼片工藝主要考慮到硅片在磨片過(guò)程避免其電路受損，選擇外貼一層保護(hù)膜的方式對(duì)其有效處理，始終都強(qiáng)調(diào)著電路完整性。

焊接鍵合工藝

控制焊接鍵合工藝質(zhì)量，會(huì)應(yīng)用到不同類型的金線，并把芯片上的引線孔與框架襯墊上的引腳充分連接，保證芯片能與外部電路相連，影響工藝整體性[1]。通常情況下，會(huì)應(yīng)用搭配摻雜金線、合金金線。

塑封工藝

塑封元件的主要線路是模塑，塑封工藝的質(zhì)量控制，是為了對(duì)各元件進(jìn)行相應(yīng)的保護(hù)，尤其是在外力因素影響下，部分元件損壞程度不同，需在工藝質(zhì)量控制階段就能對(duì)元件物理特性詳細(xì)分析。 當(dāng)前，在塑封工藝處理階段會(huì)主要應(yīng)用3種方式，分別是陶瓷封裝、塑料封裝、傳統(tǒng)封裝，考慮全球芯片生產(chǎn)要求，所有封裝類型的比例控制也是一項(xiàng)極其重要的工作，在整個(gè)操作的過(guò)程中對(duì)人員綜合能力提出較高要求，把已經(jīng)完工的芯片在環(huán)氧樹脂集合物的應(yīng)用條件下，與引線框架包封在一起，先對(duì)引線鍵合的芯片、引線框架預(yù)熱處理，然后放在封裝模上（壓模機(jī)），啟動(dòng)壓膜、關(guān)閉上下模，使樹脂處于半融化狀態(tài)被擠到模當(dāng)中，待其充分填充及硬化后可開模取出成品。在操作環(huán)節(jié)中需要注意的是突發(fā)性問(wèn)題，如：封裝方式、尺寸差異等，建議在模具選擇與使用階段均能嚴(yán)謹(jǐn)控制，不能單一化地考慮模具專用設(shè)備的價(jià)格，還需保證整個(gè)工藝質(zhì)量與作業(yè)成效，其中就把控自動(dòng)上料系統(tǒng)，在實(shí)踐中做好質(zhì)量控制工作，才能實(shí)現(xiàn)預(yù)期作業(yè)目標(biāo)。

后固化工藝

待塑封工藝處理工作完成后，還需對(duì)其進(jìn)行后固化處理，重點(diǎn)考慮工藝周圍或管殼附近有多余材料，如：無(wú)關(guān)緊要的連接材料，還需在此環(huán)節(jié)中也需做好工藝質(zhì)量控制，尤其是把管殼周圍多余的材料必須去除，避免影響整體工藝質(zhì)量及外觀效果。

測(cè)試工藝

待上述工藝流程均順利地完成后，還需對(duì)該工藝的整體質(zhì)量做好測(cè)試工作，此環(huán)節(jié)中應(yīng)用到先進(jìn)的測(cè)試技術(shù)及配套設(shè)施，保證各項(xiàng)條件能滿足測(cè)試工作開展要求。同時(shí)，還能在測(cè)試過(guò)程中對(duì)各信息數(shù)據(jù)詳細(xì)記錄，核心要點(diǎn)是芯片是否正常工作，主要是根據(jù)芯片性能等級(jí)進(jìn)行詳細(xì)分析。因測(cè)試設(shè)備采購(gòu)價(jià)格較高，會(huì)在此方面產(chǎn)生較大的投資成本，為避免產(chǎn)生不利的影響，依然是把工作要點(diǎn)放在工序段工藝質(zhì)控方面，主要包含外觀檢測(cè)、電氣性能測(cè)試兩部分。 例如：電氣性能測(cè)試，主要是對(duì)集成電路進(jìn)行測(cè)試，會(huì)選擇自動(dòng)測(cè)試設(shè)備開展單芯片測(cè)試工作，還能在測(cè)試的過(guò)程中把各集成電路快速地插入到測(cè)試儀所對(duì)應(yīng)的電氣連接小孔中，各小孔均有針，并有一定的彈性，與芯片的管腳充分接觸，順利地完成了電學(xué)測(cè)試工作。而外觀檢測(cè)，是工作人員借助顯微鏡對(duì)各完成封裝芯片詳細(xì)觀察，保證其外觀無(wú)瑕疵，也能確保半導(dǎo)體封裝工藝質(zhì)量。

打標(biāo)工藝

打標(biāo)工藝是把已經(jīng)完成測(cè)試的芯片傳輸?shù)桨氤善穫}(cāng)庫(kù)中，完成最后的終加工，檢查工藝質(zhì)量，做好包裝及發(fā)貨工作。此工藝的流程包括三方面。 1）電鍍。待管腳成型后，要在其表面涂刷防腐材料，避免管腳出現(xiàn)氧化、腐蝕等現(xiàn)象。通常情況下，均會(huì)采用電鍍沉淀技術(shù)，是因?yàn)榇蟛糠值墓苣_在加工階段均會(huì)選擇錫材料，考慮此類材料自身的性質(zhì)與特點(diǎn)，也需做好防腐、防蝕工作。 2）打彎。簡(jiǎn)單是說(shuō)，是把上述環(huán)節(jié)中處理后的管腳進(jìn)行成型操作，待鑄模成型后，能把集成電路的條帶置于管腳去邊成型工具中，主要是對(duì)管腳加工處理，控制管腳形狀，一般為J型或L型，并在其表面貼片封裝，也關(guān)系工藝整體質(zhì)量。 3）激光打印。主要就是在已經(jīng)成型的產(chǎn)品印制圖案，是在前期設(shè)計(jì)階段就做好了圖案設(shè)計(jì)工作，也相當(dāng)于半導(dǎo)體封裝工藝的一種特殊標(biāo)志。

小結(jié)

在電子信息化產(chǎn)業(yè)進(jìn)一步完善和市場(chǎng)發(fā)展過(guò)程中，半導(dǎo)體生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)盡可能地提升其封裝工藝，通過(guò)半導(dǎo)體內(nèi)部封裝連接方式相互關(guān)系的總結(jié)與梳理以及半導(dǎo)體前端制造工藝對(duì)整個(gè)封裝技術(shù)應(yīng)用的影響關(guān)系梳理，充分感知半導(dǎo)體封裝技術(shù)的現(xiàn)階段應(yīng)用現(xiàn)狀及未來(lái)創(chuàng)新方向，為半導(dǎo)體封裝技術(shù)應(yīng)用水平的快速提升打下扎實(shí)基礎(chǔ)。

參考資料：

1.《半導(dǎo)體封裝工藝的研究分析》，工業(yè)設(shè)計(jì)；

2.《半導(dǎo)體封裝技術(shù)研究》，電子技術(shù)；

3.《干貨分享丨超全的半導(dǎo)體封裝技術(shù)解析》，導(dǎo)電高研院。