芯片封裝工藝流程概述

芯片封裝是半導體生產的后段加工制作工序，其目的在于確保芯片經過封裝之后具有較強的機械性能、良好的電氣性能和散熱性能，從而對芯片起到機械和環境保護的作用，保證芯片能夠保持高效穩定的正常工作。

芯片封裝工藝流程主要包括以下步驟：

• 芯片切割：先在芯片背面貼上藍膜并置于鐵環之上，之后再送至芯片切割機上進行切割，目的是用切割機將晶圓上的芯片切割分離成單個晶粒。這一步驟是將晶圓上眾多的芯片分割開來，為后續的單個芯片封裝做準備。例如在大規模生產中，晶圓上可能有成百上千個芯片，通過精確的切割才能得到獨立的芯片單元。在切割過程中，需要借助精密的設備和技術，以確保每個晶粒的完整性和質量，避免切割過程中對芯片造成損傷 。

• 晶粒黏貼：先將晶粒黏著在導線架（也叫作晶粒座，預設有延伸IC晶粒電路的延伸腳）上，用銀膠對晶粒進行黏著固定。這一步將切割后的晶粒準確地放置在特定的位置上，為后續的電路連接等操作奠定基礎。銀膠具有良好的導電性和黏附性，能夠確保晶粒牢固地粘貼在導線架上，并且能夠實現有效的電氣連接 。

• 焊線：將晶粒上之接點設為第一個焊點，內部引腳上接點為第二焊點，先把金線之端點燒成小球，再將小球壓焊在第一焊點上，然后依設計好的路徑拉金線，把金線壓焊在第二點上完成一條金線之焊線動作。焊線的目的是將晶粒上的接點用金線或者鋁線銅線連接到導線架上之內的引腳，從而將ic晶粒之電路訊號傳輸到外界。這一過程實現了芯片內部電路與外部引腳的電氣連接，是芯片能夠與外部電路進行信號交互的關鍵步驟。在實際操作中，需要精確控制焊接的位置和力度，以確保焊接的質量和穩定性 。

• 封膠：將導線架預熱，再將框架置于壓鑄機上的封裝模具上，再以半溶化后的樹脂擠入模中，樹脂硬化后便可開模取出成品。封膠能夠防止濕氣等由外部侵入，有效地將內部產生的熱量排出外部，提供能夠手持的形體。它為芯片提供了物理保護，使其能夠抵御外界的物理沖擊、潮濕、灰塵等不利因素的影響，同時也有助于芯片的散熱管理 。

• 切腳成型：封膠之后，需要先將導線架上多余的殘膠去除，經過電鍍以增加外引腳的導電性及抗氧化性，而后再進行切腳成型。這一步驟對芯片的引腳進行處理，使其符合特定的電氣和機械要求，便于芯片與電路板等外部設備的連接。例如，通過切腳成型可以將引腳調整到合適的長度和形狀，確保在電路板上的安裝精度和電氣連接的可靠性 。

此外，在整個芯片封裝流程完成后，還可能需要進行一些后續處理，如去膠、去緯、去框等等，最后再進行測試檢驗，只有當所有流程走完并且確保芯片沒有問題時，芯片才能夠正常的工作。

常見芯片封裝工藝類型

芯片封裝的類型多種多樣，以下是一些常見的芯片封裝工藝類型：

• DIP直插式封裝：

• DIP是指采用雙列直插形式封裝的集成電路芯片，這種封裝類型歷史悠久。例如51單片機、AC - DC控制器、光耦運放等都采用這種封裝類型。

• 采用DIP封裝的CPU芯片有兩排引腳，可以通過專用底座進行使用，也可以直接插在有相同焊孔數和幾何排列的電路板上進行焊接。這種封裝方式對于插在底座上使用的芯片來說易于更換，焊接難度很低，只需要電烙鐵便可以進行焊接裝配，這使得它在一些對成本要求較低、對焊接技術要求不高的應用場景中廣泛應用，如一些簡單的電子設備原型制作或對維修便利性要求較高的設備中 。

• LGA封裝：

• LGA封裝為底部方形焊盤，區別于QFN封裝，在芯片側面沒有焊點，焊盤均在底部。

• 這種封裝對焊接要求相對較高，對于芯片封裝的設計也有很高的要求，否則批量生產很容易造成虛焊以及短路的情況。不過，在小體積、高級程度的應用場景中這種封裝的使用較多，因為它能夠滿足一些對空間和性能要求較高的設備需求，例如一些高性能的計算機處理器或小型化的智能設備芯片 。

• LQFP/TQFP封裝：

• PQFP/TQFP封裝的芯片四周均有引腳，引腳之間距離很小、管腳很細。這種形式封裝的芯片可通過回流焊進行焊接，焊盤為單面焊盤，不需要打過孔。

• 它在焊接上相對DIP封裝的難度較大，但目前許多單片機和集成芯片都在使用這種封裝。由于此封裝自帶突出引腳，在運輸焊接過程中需要小心，防止引腳彎曲或損壞。這種封裝形式適合于對芯片引腳密度要求較高的應用，如一些復雜的集成電路板上的芯片封裝，能夠在有限的芯片周邊面積上提供較多的引腳連接 。

• QFN封裝：

• QFN是一種無引線四方扁平封裝，是具有外設終端墊以及一個用于機械和熱量完整性暴露的芯片墊的無鉛封裝。在芯片底部大多數會設計一塊較大的地平面，對于功率型IC，該平面會很好的解決散熱問題，通過PCB的銅皮設計，可以將熱量更快的傳導出去，該封裝可為正方形或長方形。

• 封裝四側配置有電極觸點，由于無引腳，貼裝占有面積比QFP小，高度比QFP低，為目前比較流行的封裝類型，廣泛應用于各種對空間和散熱有要求的芯片封裝場景，如一些小型化的移動設備中的芯片封裝 。

• BGA(球柵陣列)封裝：

• 隨著集成技術的進步、設備的改進和深亞微米技術的使用，硅單芯片集成度不斷提高，對集成電路封裝要求更加嚴格，I/O引腳數急劇增加，功耗也隨之增大。BGA封裝是一種電子元件封裝技術，它是指將電子元件封裝在一個多層、由金屬和陶瓷組成的球形結構中。

• BGA封裝可以提供更好的熱傳導性能和更小的封裝尺寸，它能夠提供更多的連接點，比普通的插件封裝多出幾倍，因此可以提供更高的信號完整性和更低的電阻，還可以提供更高的功率密度，以及更低的電磁干擾(EMI)。這種封裝類型在現代高性能、高集成度的芯片封裝中得到廣泛應用，如計算機的中央處理器、高端圖形處理芯片等 。

• SO類型封裝：

• SO類型封裝有很多種類，可以分為:SOP(小外形封裝)、TOSP(薄小外形封裝)、SSOP(縮小型SOP)、VSOP(甚小外形封裝)、SOIC(小外形集成電路封裝)等類似于QFP形式的封裝，只有兩邊有管腳的芯片封裝形式，該類型的封裝是表面貼裝型封裝之一，引腳從封裝兩側引出呈"L"字形。

• 這種類型封裝的典型特點就是在封裝芯片的周圍做出很多引腳，封裝操作方便、可靠性比較高、焊接也比較方便，如常見的SOP - 8等封裝在各種類型的芯片中被大量使用，特別適用于一些對封裝尺寸和引腳數量有一定要求的普通電子設備中的芯片封裝，如消費類電子產品中的一些小型芯片 。

芯片封裝工藝的關鍵步驟

芯片封裝工藝包含多個關鍵步驟，每個步驟都對最終芯片的性能、可靠性等有著重要影響：

• 芯片切割：

• 準備工作：在切割之前，需要先在芯片背面貼上藍膜并置于鐵環之上。藍膜的作用是在切割時固定芯片，防止芯片在切割過程中發生位移，確保切割的精度。鐵環則為芯片提供支撐，便于將芯片送入切割機進行切割操作。

• 切割設備與技術：通常使用芯片切割機進行切割，切割的目的是將晶圓上的芯片切割分離成單個晶粒。這一過程需要精確控制，因為晶圓上的芯片密度很高，切割時要避免對芯片造成損傷。一些先進的切割設備會采用高速旋轉的刀具，并配合精密的視覺定位系統，確保切割路徑的準確性。例如，在大規模生產中，對于直徑較大的晶圓（如12英寸晶圓），要將上面的芯片準確切割成單個晶粒，就需要高精度的切割設備和技術。如果切割出現偏差，可能會導致芯片邊緣破損，影響芯片的性能和成品率 。

• 晶粒黏貼：

• 黏著材料選擇：晶粒黏貼時使用銀膠對晶粒進行黏著固定。銀膠具有良好的導電性和黏附性，能夠確保晶粒與導線架之間形成牢固的連接，并且能夠實現有效的電氣傳導。銀膠的質量直接影響到晶粒黏貼的牢固程度和電氣性能，如果銀膠的導電性不好，可能會導致信號傳輸受阻；如果黏附性差，則可能會出現晶粒松動的情況。

• 粘貼位置準確性：需要將晶粒準確地黏著在導線架（也叫晶粒座，預設有延伸IC晶粒電路的延伸腳）上。導線架的延伸腳是為了后續連接外部電路而設計的，因此晶粒粘貼的位置必須精確，以保證后續焊線等操作能夠順利進行。例如，在一些多芯片封裝的情況下，如果晶粒粘貼位置不準確，可能會導致芯片之間的信號傳輸出現問題，影響整個芯片模塊的功能 。

• 焊線：

• 焊點形成與焊接：將晶粒上之接點設為第一個焊點，內部引腳上接點為第二焊點。先把金線之端點燒成小球，再將小球壓焊在第一焊點上，然后依設計好的路徑拉金線，把金線壓焊在第二點上完成一條金線之焊線動作。這個過程中，金球的形成質量和焊接的壓力、時間等參數對焊接質量至關重要。如果金球大小不均勻或者焊接壓力過大、時間過長，可能會導致焊點不牢固或者出現短路等問題。

• 焊接材料特性：通常使用金線或者鋁線、銅線進行連接。金線具有良好的導電性、抗氧化性和延展性，能夠滿足芯片內部微小間距的焊接要求。在一些對成本較為敏感的應用中，也會考慮使用鋁線或銅線。不同的焊接材料在導電性、熔點、機械強度等方面存在差異，需要根據芯片的具體要求進行選擇。例如，金線的導電性優于鋁線，但成本也相對較高，所以在一些對成本要求嚴格的大規模生產芯片中，可能會在滿足性能要求的前提下選擇鋁線進行焊線操作 。

• 封膠：

• 材料準備與預熱：封膠使用的是樹脂材料。在封膠之前，需要將導線架預熱，這是為了使樹脂在注入模具后能夠更好地填充和固化。預熱的溫度和時間需要根據樹脂的特性和封裝的要求進行精確控制。如果預熱溫度過高或時間過長，可能會導致導線架變形；如果預熱不足，則可能會影響樹脂的填充效果和固化質量。

• 注入與固化：將預熱后的框架置于壓鑄機上的封裝模具上，再以半溶化后的樹脂擠入模中，樹脂硬化后便可開模取出成品。在樹脂注入過程中，要確保樹脂均勻地填充到模具中，避免出現氣泡或空洞。這些缺陷可能會影響芯片的散熱性能和機械保護性能。樹脂的固化過程也需要合適的條件，如溫度、壓力和時間等，以保證固化后的樹脂具有足夠的強度和穩定性，能夠有效地保護芯片免受外界環境的影響，同時提供良好的散熱通道 。

• 切腳成型：

• 殘膠去除與電鍍：封膠之后，首先要將導線架上多余的殘膠去除干凈。殘膠如果不去除，可能會影響后續的電鍍效果和引腳的電氣性能。去除殘膠后進行電鍍，電鍍的目的是增加外引腳的導電性及抗氧化性。電鍍的工藝參數，如電鍍液的成分、電鍍的電流密度、電鍍時間等，都會影響電鍍層的質量。例如，如果電鍍層厚度不均勻，可能會導致引腳的導電性不一致，影響芯片與外部電路的連接效果。

• 切割與成型操作：經過電鍍后進行切腳成型。這一操作是將導線架上已封裝完成的晶粒，剪切分離并將不需要的連接用材料切除，然后將引腳調整到合適的形狀和長度。在切腳成型過程中，要確保切割的精度和引腳形狀的準確性，以滿足芯片在電路板上的安裝要求。如果引腳長度過長或過短，可能會導致焊接困難或者與電路板上的其他元件發生短路等問題 。

芯片封裝工藝流程實例分析

以傳統的打線封裝工藝為例：

• 初始準備：

• 首先要有晶圓，晶圓是芯片的基礎材料，上面集成了眾多的芯片電路。在封裝之前，晶圓可能已經經過了前段制程的加工，如光刻、蝕刻、摻雜等工序，這些工序在晶圓上形成了復雜的電路結構。例如，在一個12英寸的晶圓上，可能已經制作好了數以百計的芯片電路，這些電路需要通過封裝工序來實現與外部的連接并獲得保護。

• 同時，需要準備好封裝所需的材料和設備，如用于晶粒黏貼的銀膠、用于焊線的金線、導線架、封裝模具、樹脂等材料，以及芯片切割機、壓鑄機、焊線機等設備。這些材料和設備的質量和性能直接影響到封裝的質量和效率。

• 芯片切割：

• 按照前面提到的芯片切割步驟，先在芯片背面貼上藍膜并置于鐵環之上，再將其送至芯片切割機進行切割。在這個過程中，假設晶圓上有500個芯片，通過精確的切割操作，將每個芯片從晶圓上分離出來，形成單個的晶粒。這個步驟的切割精度要求非常高，例如切割的誤差可能需要控制在微米級別，以確保每個晶粒的完整性和性能。如果切割出現問題，比如某個晶粒被切割損壞，那么這個晶粒就無法進行后續的封裝操作，從而影響成品率。

• 晶粒黏貼：

• 將切割好的晶粒黏著在導線架上，使用銀膠進行固定。假設導線架是一種具有特定引腳布局的金屬框架，晶粒需要準確地粘貼在預設的位置上。例如，對于一個具有特定功能的芯片，其晶粒上的電路接點需要與導線架上的延伸腳精確對應，這樣才能保證后續的焊線操作能夠正確地將芯片內部電路與外部引腳連接起來。如果晶粒粘貼位置出現偏差，可能會導致焊線無法正常連接，或者連接后信號傳輸出現問題。

• 焊線：

• 把晶粒上的接點作為第一個焊點，內部引腳上的接點作為第二個焊點。先將金線端點燒成小球，然后將小球壓焊在第一個焊點上，再按照設計好的路徑拉金線并壓焊在第二個焊點上完成焊線動作。例如，對于一個具有多個引腳的芯片，可能需要進行幾十條金線的焊接操作。在這個過程中，每一條金線的焊接質量都至關重要。如果某一條金線焊接不牢固或者出現短路情況，都會影響芯片的正常功能。焊接完成后，芯片內部的電路就通過金線與導線架上的引腳建立了電氣連接，從而可以與外部電路進行信號傳輸。

• 封膠：

• 對導線架進行預熱，然后將框架置于壓鑄機上的封裝模具上，以半溶化后的樹脂擠入模中。假設使用的是一種具有良好散熱和絕緣性能的環氧樹脂，樹脂在模具中填充并包圍芯片和導線架。在這個過程中，要確保樹脂均勻地填充到模具的各個角落，避免出現氣泡或空洞。例如，如果出現氣泡，可能會在芯片工作時影響散熱效果，甚至可能導致芯片局部過熱而損壞。樹脂硬化后開模取出成品，此時芯片就被封裝在樹脂內部，得到了物理保護和一定的散熱管理。

• 切腳成型：

• 去除導線架上多余的殘膠，然后進行電鍍以增加外引腳的導電性及抗氧化性。假設電鍍層采用的是一種金屬鍍層，如鎳或金。電鍍完成后，進行切腳成型操作，將不需要的連接部分切除，并將引腳調整到合適的形狀和長度。例如，對于要安裝在電路板上的芯片，引腳的長度需要符合電路板的設計要求，形狀可能需要彎曲成特定的角度，以便能夠順利插入電路板的焊孔或者與表面貼裝技術相匹配。如果切腳成型操作不當，可能會導致芯片無法正確安裝在電路板上，或者在使用過程中出現引腳松動等問題。

• 后續處理與測試：

• 在完成切腳成型后，還可能需要進行一些后續處理，如去膠、去緯、去框等操作，以確保芯片的外觀和性能符合要求。然后進行測試檢驗，測試包括一般的目檢、電氣性能測試和老化試驗等。目檢主要是檢查芯片的外觀是否有缺陷，如引腳是否彎曲、封裝是否有破損等；電氣性能測試則是檢測芯片的各項電氣參數是否符合標準，如電壓、電流、電阻等；老化試驗是通過模擬芯片在長時間工作后的情況，檢測芯片的可靠性和穩定性。只有經過所有測試并且合格的芯片才能夠正常投入使用。

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芯片封裝清洗劑選擇：

水基清洗的工藝和設備配置選擇對清洗精密器件尤其重要，一旦選定，就會作為一個長期的使用和運行方式。水基清洗劑必須滿足清洗、漂洗、干燥的全工藝流程。

污染物有多種，可歸納為離子型和非離子型兩大類。離子型污染物接觸到環境中的濕氣，通電后發生電化學遷移，形成樹枝狀結構體，造成低電阻通路，破壞了電路板功能。非離子型污染物可穿透PC B 的絕緣層，在PCB板表層下生長枝晶。除了離子型和非離子型污染物，還有粒狀污染物，例如焊料球、焊料槽內的浮點、灰塵、塵埃等，這些污染物會導致焊點質量降低、焊接時焊點拉尖、產生氣孔、短路等等多種不良現象。

這么多污染物，到底哪些才是最備受關注的呢？助焊劑或錫膏普遍應用于回流焊和波峰焊工藝中，它們主要由溶劑、潤濕劑、樹脂、緩蝕劑和活化劑等多種成分，焊后必然存在熱改性生成物，這些物質在所有污染物中的占據主導，從產品失效情況來而言，焊后殘余物是影響產品質量最主要的影響因素，離子型殘留物易引起電遷移使絕緣電阻下降，松香樹脂殘留物易吸附灰塵或雜質引發接觸電阻增大，嚴重者導致開路失效，因此焊后必須進行嚴格的清洗，才能保障電路板的質量。

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