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半導體晶片封裝的目的、原理、應用、發展趨勢、技術趨勢、應用場景

半導體晶片封裝是指利用膜技術及細微加工技術,將晶片及其他要素在框架或基板,上佈局貼上固定及連線,引出接線端子並透過可塑性絕緣介質灌封固定,構成整體立體結構的工藝。此概念為狹義的封裝定義。更廣義的封裝是指封裝工程,將封裝體與基板連線固定,裝配成完整的系統或電子裝置,並確保整個系統綜合性能的工程。將前面的兩個定義結合起來構成廣義的封裝概念。

晶片封裝的目的

1、保護

半導體晶片的生產車間都有非常嚴格的生產條件控制,恆定的溫度(230士3*C)、恆定的溼度(50士10%)、嚴格的空氣塵埃顆粒度控制(一般介於1K到10K)及嚴格的靜電保護措施,裸露的裝晶片只有在這種嚴格的環境控制下才不會失效。但是,我們所生活的周圍環境完全不可能具備這種條件,低溫可能會有-40^C、高溫可能會有60*C、溼度可能達到100%,如果是汽車產品,其工作溫度可能高達120^C以上,為了要保護晶片,所以我們需要封裝。

2、支撐

支撐有兩個作用,一是支撐晶片,將晶片固定好便於電路的連線,二是封裝完成以後,形成一定的外形以支撐整個器件、使得整個器件不易損壞。

3、連線

連線的作用是將晶片的電極和外界的電路連通。引腳用於和外界電路連通,金線則將引腳和晶片的電路連線起來。載片臺用於承載晶片,環氧樹脂膠水用於將晶片貼上在載片臺上,峻茂底部填充膠就是此類典型應用,峻茂晶片膠水具有快速固化,快速流動,可返修的優點,填充封裝膠水對整個產品則起到加固抗衝擊及保護作用。

4、可靠性

任何封裝都需要形成一定的可靠性, 這是整個封裝工藝中最重要的衡量指標。原始的晶片離開特定的生存環境後就會損毀,需要封裝。晶片的工作壽命,主要決於對封裝材料和封裝工藝的選擇。

晶片封裝工藝流程

1、封裝工藝流程一般可以分為兩個部分,用塑膠封裝之前的工藝步驟成為前段操作,在成型之後的工藝步驟成為後段操作

2、晶片封裝技術的基本工藝流程;矽片減薄- 矽片切割- 晶片貼裝,晶片互聯- 成型技術 -去飛邊毛刺 -切筋成型- 上焊錫打碼等工序

3、矽片的背面減薄技術主要有磨削,研磨,化學機械拋光,乾式拋光,電化學腐蝕,溼法腐蝕,等離子增強化學腐蝕,常壓等離子腐蝕等

4、先劃片後減薄:在背面磨削之前將矽片正面切割出一定深度的切口,然後再進行背面磨削。

5、減薄劃片:在減薄之前,先用機械或化學的方式切割處切口,然後用磨削方法減薄到一定厚度之後採用ADPE腐蝕技術去除掉剩餘加工量實現裸晶片的自動分離。

6、晶片貼裝的方式四種:共晶貼上法,焊接貼上法,導電膠貼上法,和玻璃膠貼上法。共晶貼上法:利用金-矽合金(一般是69%Au,31%的Si),363度時的共晶熔合反應使IC晶片貼上固定。

7、為了獲得最佳的共晶貼裝所採取的方法,IC晶片背面通常先鍍上一層金的薄膜或在基板的晶片承載座上先植入預晶片。

8、晶片互連常見的方法有,打線鍵合,載在自動鍵合(TAB)和倒裝晶片鍵合。

9、打線鍵合技術有,超聲波鍵合,熱壓鍵合,熱超聲波鍵合。

10、TAB的關鍵技術:1晶片凸點製作技術2TAB載帶製作技術3載帶引線與晶片凸點的內引線焊接和載帶外引線焊接技術。

11、凸點晶片的製作工藝,形成凸點的技術:蒸發/濺射塗點製作法,電鍍凸點製作法置球及模板印刷製作,焊料凸點發,化學鍍塗點製作法,打球凸點製作法,鐳射法。

12、塑膠封裝的成型技術,1轉移成型技術,2噴射成型技術,3預成型技術但最主要的技術是轉移成型技術,轉移技術使用的材料一般為熱固性聚合物。

13、減薄後的晶片有如下優點:1、薄的晶片更有利於散熱;2、減小晶片封裝體積;3、提高機械效能、矽片減薄、其柔韌性越好,受外力衝擊引起的應力也越小;4、晶片的厚度越薄,元件之間的連線也越短,元件導通電阻將越低,訊號延遲時間越短,從而實現更高的效能;5、減輕劃片加工量減薄以後再切割,可以減小劃片加工量,降低晶片崩片的發生率。

14、波峰焊:波峰焊的工藝流程包括上助焊劑、預熱以及將PCB板在一個焊料波峰上透過,依靠表面張力和毛細管現象的共同作用將焊劑帶到PCB板和元器件引腳上,形成焊接點。

波峰焊是將熔融的液態焊料,藉助於泵的作用,在焊料槽液麵形成特定形狀的焊料波,裝了元器件的PCB置於傳送鏈上,經某一特定的角度以及一定的進入深度穿過焊料波峰而實現焊點的焊接過程。

迴流焊:是透過預先在PCB焊接部位施放適量和適當形式的焊料,然後貼放表面組裝元器件,然後透過重新熔化預先分配到印製板焊盤上的焊膏,實現表面組裝元器件焊端或引腳與印製板焊盤之間機械與電氣連線的一種成組或逐點焊接工藝。

15、打線鍵合(WB):將細金屬線或金屬帶按順序打在晶片與引腳架或封裝基板的焊墊上形成電路互連。打線鍵合技術有超聲波鍵合、熱壓鍵合、熱超聲波鍵合。倒裝晶片鍵合(FCB):芯片面朝下,晶片焊區與基板焊區直接互連的一種方法。

16、晶片互連:將晶片焊區與電子封裝外殼的I/O或基板上的金屬佈線焊區相連線,只有實現晶片與封裝結構的電路連線才能發揮已有的功能。此時底部若有較大空隙,就需要就膠水填充,從而達到加固的目的,增強抗跌落效能。峻茂BGA/CSP封裝膠水的優勢有:1。耐高溫,可透過多次迴流焊;2。粘度低,流動快,無需預處理;3。多種顏色,方便區分和後段檢測;4。快速固化,極高生產效率;5。可返修,環保無鉛無滷。

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