半导体封装工艺技术的探讨

半导体封装工艺技术的探讨

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摘要:制造而成的晶圆需经过测试,并进行芯片的封装和测试才能够完成半导体的生产加工。半导体封装指的是晶圆经过测试合格以后,以产品功能和具体的型号为基础,对独立芯片进行加工的整个过程。半导体封装工艺技术的不断创新,极大的推动了半导体设计领域的发展。鉴于此,本文首先对半导体封装分类进行了分析,并对典型的半导体封装过程及工艺技术展开了研究,以供参考。

关键词:半导体;封装;工艺技术

一、半导体封装分类

至今为止,半导体的封装已经产生了多种类型,不同的封装在设备、材料以及技术方面都存在差异,同时具有不同的优势。

第一,半导体器件封装中,因使用不同的材料可以划分成金属-陶瓷封装、陶瓷封装、金属封装以及塑料封装等。

第二,半导体器件封装中,因使用不同的封装密封性方式可以划分成树脂封装、气密性封装。两种封装方式的最终目标都是隔离空气、温度、湿度与晶体,确保电气绝缘的实现,同时能够将一定的缓和应力和热量向外散发出来[1]。

第三,不同的结构、尺寸和外形下,可以将封装划分呈高级封装、表面贴装和引脚插入型封装。

二、半导体封装过程及工艺技术

利用芯片切割工艺,可以将晶圆切割呈多个小晶片,并在基本引线框架上贴装切割完成的晶片,粘接时应对助焊剂进行充分的应用,包括焊锡、银胶等,接下来应将基板引脚与晶片接合焊盘进行连接,连接时应使用铝、金和铜等超细导线,这个流程被称之为焊接键合工艺[2]。接下来应采取封装的方式来保护独立晶片,外壳以塑料为主,完成封装以后,应展开后树脂固化、切筋、电镀以及测试等处理,最后才能够经过包装等处理进行入库出货。以下从芯片切割工艺、焊接键合工艺、塑封工艺、后固化工艺、测试工艺等方面出发对半导体封装过程及工艺技术进行了全面介绍:

(一)芯片切割工艺

芯片切割工艺即WaferSaw,芯片在wafer上是紧密连接的,需要通过切割进行分离处理,处理过程由贴膜、切割和清洗组成。首先应在绷环上对wafer进行固定,此时应对白膜或蓝膜进行应用,为顺利进行切割操作奠定良好基础。蓝膜固定中,要想拥有足够的动力,必须对5MPa进行空气的压缩,这样一来,承载台会呈现出真空的状态,对wafer的吸力也更大,承载台在运行的过程中应保持45摄氏度左右的温度,从而能够更好的将绷环、wafer以及蓝膜等进行粘贴。完成以上操作后应展开芯片的切割操作,为了将一定的悬浮动力提供给主轴,必须对5MPa的压缩空气进行应用,而要想对芯片进行有效的静电防护,还必须对含有二氧化碳的高纯水进行应用[3]。完成切割工艺后,应展开清洗工作,确保芯片在划片后表面不会残留大量的硅渣,为保证后续工艺的质量奠定良好基础。

(二)焊接键合工艺

在整个封装工艺中,焊接键合工艺占据着关键地位。在实际操作的过程中,首先应对超声压焊技术进行充分的应用,在连接引线管与芯片时,应对铜线、金线和铝线等进行充分的应用。利用超声压焊时,能够促使电能向机械能转化。劈刀在超声机械能的作用下,会促使焊接面同焊线之间形成摩擦,确保氧化层在焊接表面被有效去除,此时一定的塑性形变会在焊接面上产生,并形成相互扩散的现象,此时产生的分子键合会促使焊接面同焊线之间形成有效的焊接[4]。值得注意的是,时间、温度、压力和功率等都将对焊接键合的效果产生直接影响,如果在实际操作过程中产生了过大的功率,那么会导致芯片产生弹坑,反之会引起虚焊;而如果使用了过大的压力,会压碎芯片,反之也会引起虚焊;较长时间的焊接会导致焊点处产生严重的烧灼色,反之会造成虚焊等,因此,在实际展开此项工艺操作的过程中,必须对芯片表面铝层厚度进行准确的掌握,并从焊线线径出发提升相关工艺参数的合理性,在有效保护芯片的基础上高效完成焊接工作。

(三)塑封工艺

芯片经过键合以后需进行封闭包装,此时应使用塑料材料,这一材料拥有良好的隔热和保护效果。塑封工艺具体流程如下:①排片。将键合后的芯片利用排片机送至预热台;②上料。预热后用上料架在塑封模具中放置整模框架;③合模加压。合理使用包封机,促使上下模具处于合闭状态,确保型腔在模具中形成;④加热塑封料。对高频预热机进行操作,对塑封料进行软化处理;⑤加料。塑封料在软化后应被添加到模具中;⑥注塑。运用塑封压机推挤塑封料,确保其填满型腔;⑦固化塑封料。确保环境达到180摄氏度,在90~150s内促使塑料从玻璃化状态向固态转化;⑧下料。在模具中拿下整模框架并在塑料体中对产品进行剥离处理[5]。

(四)后固化工艺

在深度处理塑封产品的过程中,以后固化工艺为主,这样一来,能够确保塑料分的粘结更加充分,提升器件的性能。在后固化处理的过程中,具体工艺流程如下:①设备运行。利用烘箱,对时间以及加热时的温度参数进行具体设置;②进料。烘箱使用过程中,当温度达到170摄氏度并呈现相对稳定的状态时,应在烘箱中放入产品以及老化盒,此时必须对耐高温绝热手套进行应用;③出料。在4h以后将烘箱打开,利用耐高温绝热手套将产品取出[6]。

(五)测试工艺

在对产品性能以及质量进行测试的过程中,具体的工艺流程如下:产品经过切筋切断以后,应放入分选机上料槽内,放入的过程中应以料管为基准,在严格遵守产品测试规范的基础上,对相关测试设备进行有效的连接,接下来打开测试站,产品需要经过的测试站共有3个,最后筛选出合格的产品,分选机会将这一部分产品进行分档处理,并有针对性的投入到不同下料槽中,最终完成测试工作。

结束语

综上所述,半导体集成电路芯片以封装为外壳,针对芯片来讲,封装的重要性不容忽视,它不仅可以促进导热性能的增强,同时还能够对芯片起到保护作用。因此,加强对半导体封装工艺技术的研究,有助于提升封装工作效率,保证工作质量。

参考文献

[1]DEK创新的半导体封装工艺解决方案——访DEK半导体封装技术团队经理DavidFoggie[J].电子工业专用设备,2015,38(3):48,50.

[2]刘静.基于视频监控设备的先进半导体封装技术研究[J].中国安防,2013,(10):92-95.

[3]许华平,王明湘.苏州三星半导体封装工艺及产品可靠性保障体系[J].电子与封装,2015,5(8):41-46.

[4]张开云.微型空腔封装半导体分立器件水汽含量检测[J].大科技,2017(10):261-262.

[5]刘昭谦.高速半导体光电探测器同轴封装工艺误差分析[J].电子制作,2016(15):42-44.

[6]PeterWiedner.时尚手机引发半导体封装工艺技术的挑战[J].电子工业专用设备,2015,34(5):45-46.

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