什么是半导体芯片封装？
什么是半导体芯片封装？
半导体芯片封装是半导体制造过程中的关键环节，它不仅保护芯片免受外界环境的影响，还实现了芯片与外部电路的连接。本文将详细介绍半导体芯片封装的工艺流程、关键步骤以及等离子清洗技术在封装中的应用，帮助读者全面了解这一复杂而精密的技术过程。
半导体芯片封装是指将半导体芯片组装到封装基板上，然后用封装壳将芯片封装成单芯片模块（SCM）和多芯片模块（MCM），实现芯片与外部电路的通信。在封装中，常见的电互连方法包括引线键合（WB）、带自动键合（TAB）和倒装芯片，封装材料包括金属、陶瓷、塑料（聚合物）等。
半导体芯片封装工艺流程
半导体芯片封装工艺是指将通过测试的合格晶圆加工成独立芯片，再对芯片进行封装，从而产出得到半导体元器件或模块的过程。
半导体芯片封装工艺流程。
半导体芯片封装工艺是指将测试合格的晶圆加工成独立的芯片，然后对芯片进行封装，从而得到半导体元器件或模块的过程。
半导体芯片封装工艺可分为两部分：“前端”工艺和“后端”工艺。
前端工艺包括四个步骤：减薄、划片、贴片（Die Bonding）和键合（Wire Bonding）
后续工序包括：封塑、后固化、高温贮存、去毛刺、镀锡（电镀）、切筋（折弯）、检测分级、打标、包装等工序。
封装半导体芯片的最终目的是保护芯片，将芯片与外部电路连接，提高芯片的性能和可靠性，满足产品的尺寸和形状要求。
随着集成电路技术的发展，半导体封装技术也在不断创新和改进，以满足高性能、小型化、高频化、低功耗、以及低成本的要求。
贴片（Die Bonding）和键合（Wire Bonding），是整个半导体芯片封装工艺中至关重要的两个步骤。甚至可以说，它们决定了整个包装过程的成败。
Die Bonding 贴片工艺介绍
首先我们要了解什么是Die，它是半导体封装工艺中的基本单元。通过先对晶圆进行光刻、离子注入、刻蚀、扩散、沉积等工艺，形成电路元件和互连层，然后对晶圆进行测试，筛选出合格的芯片。最后，用划片机将晶圆切成小块。这就是Die。
每个Die都是由无数晶体管组成的独立功能芯片。芯片上有一些金属块，称为焊盘，它们是连接芯片和外部电路的接口。
Die Bond，也称为 Die Attach，是将半导体芯片固定于基板或引线框架的Pad上的工艺过程。
切割后的芯片通过焊锡回流焊或环氧树脂键合固定连接到封装基板上，实现芯片与外部电路的通信。这两种方法就是所谓常见的共晶钎焊（Eutectic Solder Bonding）与环氧树脂粘接（Epoxy Bonding），而Die Bond 的更先进方法还有如胶膜粘接（Die Attach Film Bonding），通过使用晶片黏结薄膜（DAF）作为粘合剂来实现芯片与基板之间的超薄均匀粘接。
Wire Bonding 引线键合工艺介绍
Wire Bond 即引线键合，又称打线，是一种利用金属细丝(金、铜或铝)将半导体器件芯片表面的电极引线与基片或引线框架的外部引线用热连接起来的技术，压力，和超声波能量，实现芯片与基板之间的电互连和芯片之间的信息交换。
Wire Bond 的主要方法包括：
球焊 (Ball Bonding)，使用金属线（通常是金线或铜线）通过电弧放电将突出部分熔化，在表面张力的作用下形成一个球。然后使用毛细管分离器将球压入芯片焊盘。然后将弯曲的金属线从第一焊点拉出，并压合到相应位置，形成第二焊点，该第二焊点为扁平（楔形）焊点。然后形成另一个新球以用作下一个球的第一球焊点。
楔焊 (Wedge Bonding)，使用金属线（通常是铝线或金线）利用超声波发生器产生的能量，通过换能器在超高频的电场作用下，迅速伸缩产生弹性振动，使楔形劈刀相应振动，同时在劈刀上施加一定的压力，于是劈刀带动金属线在被焊区的金属化层如（铝膜）表面迅速摩擦，使金属线和金属膜表面产生塑性变形，这种形变也破坏了金属层界面的氧化层，使两个纯净的金属表面紧密接触达到原子间的结合，从而形成焊接的方法。
无论是 Die Bond 还是 Wire Bond，它们的应用领域都非常广泛，几乎涵盖了所有的半导体器件，如微处理器、存储器、传感器、功率器件、光电器件、射频器件等。于芯片键合和键合工艺的质量直接影响到半导体器件封装的性能和可靠性，因此这对工艺提出了非常严格的质量要求，包括精度、稳定性、强度、可靠性、热性能和电性能、清洁度等方面。
在半导体芯片封装过程中，材料表面清洁度是一个非常重要的因素，它将直接影响芯片与基板之间的电连接，从而影响芯片的可靠性和稳定运行。
在Die Bond和Wire Bond工艺中，都需要保证芯片与基板的表面清洁度。表面处理的两种主要方法湿法清洗和干法清洗，等离子清洗技术是最为高效可靠的。
等离子清洗是利用高频电场激发等离子体对材料表面进行清洗的方法。不仅能有效去除材料表面的有机物、氧化物、水分和杂质，还能提高材料的表面能，增强其润湿性，从而给贴片和引线键合工艺带来良好的优化效果，提高芯片与基片表面的亲和性，增强金属与基片的结合力，提高封装的可靠性和耐用性。
另外，它还可以调控基片表面的能量状态和化学基团的分布，使得 Die Bond 和 Wire Bond 的粘附和连接过程更加稳定和可控。
随着封装技术的发展，等离子体清洗已广泛应用于半导体芯片封装的各个工艺环节。性能优异的微波等离子清洗设备逐渐打开了市场，迎来了更多的应用场景和领域，如功率半导体、碳化硅芯片、半导体激光器、光通信模块、光电传感器和材料生产制造等。
等离子清洗对敏感芯片和高精度表面的清洗非常有效，从而大大提高和优化了后续的封装工艺和整体封装质量。
本文原文来自网易新闻