芯片封装全流程详解：从目的到工艺

芯片封装全流程详解：从目的到工艺

引用

CSDN

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https://blog.csdn.net/xiebingsuccess/article/details/144610353

芯片封装是半导体制造过程中的重要环节，它不仅保护芯片免受外界环境影响，还负责实现芯片与外部电路的连接。本文将带你深入了解芯片封装的目的、发展历程以及具体的封装工艺流程，帮助你更好地理解这一复杂而精密的技术。

芯片封装的目的

半导体芯片封装主要基于以下四个目的：

1. 防护：裸露的芯片需要在严格的环境控制下才能保持正常工作，如恒定的温度（23±3℃）、恒定的湿度（50±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。实际应用中很难达到这些要求，因此需要封装来保护芯片。

2. 支撑：封装结构需要支撑芯片，确保其在各种使用环境中不易损坏。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。

3. 连接：封装需要实现芯片内部电路与外部电路的连接。通过引脚和金线等结构，可以将芯片的pad与外界电路连通。

4. 可靠性：封装材料和工艺的选择直接影响芯片的长期可靠性。需要考虑机械压力、温度、湿度、化学腐蚀等因素，以确保芯片在各种环境下的稳定工作。

芯片封装技术的发展趋势

随着电子设备向小型化、高性能方向发展，芯片封装技术也在不断演进。以下是封装技术的主要发展趋势：

• 引脚数量变多：集成度更高，可以容纳更多芯片
• 封装尺寸变小、厚度变薄
• 芯片制造与封装工艺逐渐结合
• 焊盘大小、节距变得越来越小
• 成本越来越低且绿色环保

以下是芯片封装技术的主要发展阶段：

1. 插装时代：最早期的封装形式为引线封装，包括DIP（双列直插封装）等。主要解决封装内部的绝缘以及良好的热传导性能。多数封装使用了塑料、陶瓷或金属等材料，以提供一定程度的物理和环境保护。然而，由于引线封装尺寸较大，因此集成度较低。

2. 表贴时代：表面贴装技术（SMT）的出现，主要封装形式包括SOP（小尺寸封装），QFP（四角扁平封装）等。与早期的通孔插装技术相比，表贴时代的封装技术显著提高了封装密度，使得更多的电子元件能够集成在更小的空间内。

3. 面阵列时代：20世纪90年代以后，主要封装形式包括BGA（球栅阵列封装），QFN（无引脚封装），CSP（Chip Scale Package）等。这种封装技术显著提高了封装密度和I/O引脚数量，满足了高性能芯片对封装技术的需求，并且提供了更短的信号传输路径和更好的电气性能。

4. 基板+堆叠封装时代：采用2.5D TSV技术，结合了基板技术和堆叠封装技术的优势，进一步提高了封装密度、性能和可靠性。通过在不改变封装体尺寸的前提下，增加芯片堆叠层数来提升存储容量，同时保持较低的生产成本和工艺难度。

5. 扇出封装时代：通过在晶圆级别进行封装，并在封装过程中将芯片的I/O互连点布置在芯片面积区域以外的空隙中，从而实现了更高的封装密度和更多的I/O引脚数量。

SOP封装工艺流程详解

芯片封装工艺分为前后两段，分别叫前道（Front-of-line，FOL）和后道（End-of-line，EOL）。前道主要是将芯片和引线框架（Leadframe）或基板（Substrate）连接起来，完成封装体内部组装。后道主要是完成封装并形成指定的外形尺寸。

前道生产工艺

1. 晶圆（wafer）
   封装厂接收到一个从晶圆厂(Wafer Fab)出来的晶圆，上面布满了矩形的芯片，有切割槽的痕迹。

2. 磨片(Backgrinding)
   晶圆出厂时，其厚度通常都在 0.7mm 左右，比封装时的需要的厚度大很多，所以需要磨片。下图就是磨片工艺示意图，晶圆被固定在高速旋转的真空吸盘工作台上，高速旋转的砂轮从背面将晶圆磨薄，将晶圆磨到指定的厚度。

   

3. 装片（Wafer Mount）
   下图展示了如何将晶圆粘贴到粘性蓝膜上。首先将晶圆正面朝下固定在工作台的真空吸盘上，然后铺上不锈刚晶圆固定铁环（Wafer Ring），再在铁环上盖上粘性蓝膜(Blue Tape)，最后施加压力，把蓝膜、晶圆和铁环粘合在一起。中央的晶圆被固定在蓝膜上，蓝膜被固定在不锈钢铁环上，以便后续工序加工。

4. 划片（Die Sawing）
   高速旋转的金刚石刀片在切割槽中来回移动，将芯片分离。下图是完成切割的晶圆，芯片被沿着切割槽切开。

   

5. 贴片（Die Attach）

• 第一步：顶针从蓝膜下面将芯片往上顶、同时真空吸嘴将芯片往上吸，将芯片与膜蓝脱离。
• 第二步：将液态环氧树脂涂到引线框架的台载片台上
• 第三步：将芯片粘贴到涂好环氧树脂的引线框架上

6. 引线键合（Wire Bonding）
   是用金线将引线框架的引脚和芯片的焊盘连接起来，上图是截面图，下图俯视图

   

后段生产工艺

1. 塑封(Molding)
   塑封是用环氧树脂将芯片及用于承载芯片的引线框架一起封装起来，保护芯片，并形成一定等级的的可靠性。具体模具分成上下模，模具上有根据封装体尺寸所预先定好的模腔，其工作温度在通常在 165-185℃范围内。将需要封装的引线框架放置到模具上，然后放入固体环氧树脂饼料，再合上模具并施加合模压力（至少在 30 吨以上）。合模后，给注塑杆上施加压力，环氧树脂在高度高压下开始液化然后在被挤入腔中后，它将再次固化，形成我们所需要的外形尺寸。上图是塑封过程，下图是塑封后的俯视图和截面图

2. 切筋(Trim)
   对比塑封后的图我们可以发现，切筋后引脚之间的连筋已经没有了。切筋的作用是将引脚之间的连筋切开，以方便成形工艺。

3. 电镀(Plating)
   可以发现，相比切筋后，引脚之间的颜色有了变化。电镀的作用是增强导电性能。

4. 成形(Form)
   引脚的外形是由冲压模具来完成，器件被固定在模具上，刀具从上下冲压成形，然后将器件与引线框架分离，成形工艺是半导体封装的最后一步，其外形尺寸有严格的行业标准， TSOP 封装的总高度不得超过 1.27mm、引脚节距 0.5mm，塑封体厚度为 1.0mm