車規(guī)級芯片封裝工藝概述

車規(guī)級芯片封裝工藝是指針對汽車環(huán)境特殊性，對芯片進(jìn)行特殊封裝的工藝過程。這種封裝不僅要保證芯片的電氣性能，還要考慮到芯片在高溫、低溫、振動、電磁等惡劣環(huán)境下的穩(wěn)定性，以及對潮濕、鹽霧等化學(xué)環(huán)境的抵抗能力。車規(guī)級芯片封裝工藝是確保車用電子設(shè)備可靠性和安全性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。

車規(guī)級芯片封裝技術(shù)難點

車規(guī)級芯片封裝技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)主要包括以下幾個方面：

1. 環(huán)境適應(yīng)性：車規(guī)級芯片需要在極端的溫度、濕度和振動條件下工作，因此封裝材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計必須能夠承受這些惡劣條件。

2. 可靠性：芯片封裝需要保證在長期使用中的穩(wěn)定性和可靠性，防止因封裝缺陷導(dǎo)致的早期失效。

3. 小型化：隨著汽車電子設(shè)備的小型化趨勢，芯片封裝需要在保證性能的同時實現(xiàn)更小的尺寸。

4. 散熱性能：良好的散熱性能是保證芯片長時間穩(wěn)定工作的關(guān)鍵，特別是在功率半導(dǎo)體等發(fā)熱較大的組件中。

車規(guī)級芯片封裝的關(guān)鍵技術(shù)

1. 倒裝芯片技術(shù)

倒裝芯片（Flip-Chip）是一種將芯片的電氣面朝下放置的技術(shù)，相比于傳統(tǒng)的金屬線鍵合技術(shù)，倒裝芯片具有更小的外形尺寸和更高的密度。倒裝芯片通過焊球陣列與基板進(jìn)行電氣連接，這種封裝方式在汽車行業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。

2. 密封材料和填充工藝

為了保證芯片在復(fù)雜環(huán)境下的穩(wěn)定性，封裝過程中需要使用密封材料填充芯片與基板之間的空隙。這種填充工藝不僅能夠提高封裝的機(jī)械強(qiáng)度，還能減少應(yīng)力集中和提高散熱效率。然而，填充工藝中需要注意避免氣泡的產(chǎn)生和填充物質(zhì)的過多或過少，以及控制填充溫度和方法。

3. 電磁屏蔽技術(shù)

車規(guī)級芯片在工作過程中會產(chǎn)生電磁干擾，因此在封裝過程中需要采用電磁屏蔽罩來減少對外部環(huán)境的影響。電磁屏蔽罩通常覆蓋在芯片的敏感區(qū)域，以降低電磁干擾的影響。

4. 絕緣材料的應(yīng)用

絕緣材料在車規(guī)級芯片封裝中扮演著重要角色。它不僅用于隔離不同電氣區(qū)域，防止短路，還可以作為熱絕緣材料，減少因熱膨脹系數(shù)不同而導(dǎo)致的機(jī)械失效風(fēng)險。絕緣材料的選擇和厚度設(shè)計至關(guān)重要，通常采用半固化樹脂或金屬氧化物等具有熱穩(wěn)定性的有機(jī)材料。

結(jié)論

車規(guī)級芯片封裝工藝是一項復(fù)雜而精密的工作，它涉及到材料科學(xué)、機(jī)械工程和電子學(xué)等多個領(lǐng)域的知識。隨著汽車智能化和網(wǎng)聯(lián)化的不斷發(fā)展，對車規(guī)級芯片封裝技術(shù)的要求也在不斷提高，未來的封裝技術(shù)將更加注重輕量化、小型化、高密度化以及環(huán)境適應(yīng)性。

汽車電子產(chǎn)品的價格普遍比較貴，其中的主要原因之一就是使用了車規(guī)級的電子元件，但什么樣的電子元件才是車規(guī)級的器件呢？我們先來看看電子元件在汽車上的應(yīng)用和一般的消費(fèi)電子在應(yīng)用有什么差異。

環(huán)境要求

溫度：汽車電子對元件的工作溫度要求比較寬，根據(jù)不同的安裝位置等有不同的需求，但一般都要高于民用產(chǎn)品的要求（據(jù)說 AEC Q100 在 H 版中刪除了 0℃-70℃ 這檔溫度的要求，因為沒有哪個汽車產(chǎn)品要求可以這么低）。

舉例：

發(fā)動機(jī)周邊：-40℃-150℃；

乘客艙：-40℃-85℃；

民用產(chǎn)品：0℃-70℃。

其它環(huán)境要求 濕度，發(fā)霉，粉塵，水，EMC 以及有害氣體侵蝕等等往往都高于消費(fèi)電子產(chǎn)品要求。

振動，沖擊

汽車在運(yùn)動的環(huán)境中工作，會相關(guān)很多產(chǎn)品來說，遭遇更多的振動和沖擊。這種要求可能會比擺放在家里使用的產(chǎn)品要高很多。

可靠性

為了說明汽車對可靠性的要求，我來換個其它方式來說明一下：

1. 設(shè)計壽命：一般的汽車設(shè)計壽命都在 15 年 20 萬公里左右，遠(yuǎn)大于消費(fèi)電子產(chǎn)品壽命要求。

2. 在相同的可靠性要求下，系統(tǒng)組成的部件和環(huán)節(jié)越多，對組成的部件的可靠性要求就越高。目前車上的電子化程度已經(jīng)非常高了，從動力總成到制動系統(tǒng)，都裝配了大量的電子裝置，每個裝置里面又由很多的電子元件組成。如果就簡單的把它們看成串聯(lián)關(guān)系，那么要保證整車達(dá)到相當(dāng)?shù)目煽啃裕瑢ο到y(tǒng)組成的每一個部分要求是非常高的，這也是為什么汽車零部件的要求經(jīng)常是用 PPM（百萬分之一）來描述。

一致性要求

現(xiàn)在的汽車已經(jīng)進(jìn)入到了一個大規(guī)模生產(chǎn)的階段的，一款車 1 年可以生產(chǎn)數(shù)十萬輛，所以這對產(chǎn)品質(zhì)量的一致性要求就非常高了。這在早些年對于半導(dǎo)體材料來說，是挺有挑戰(zhàn)的。

畢竟生產(chǎn)半導(dǎo)體中的擴(kuò)散等工藝的一致性是很難控制的，生產(chǎn)出來的產(chǎn)品性能易離散，早期只能依靠老化和篩選來完成，現(xiàn)在隨著工藝的不斷提高，一致性得到極大提高。質(zhì)量的一致性也是很多本地供應(yīng)商和國際知名供應(yīng)商的最大差異。對于組成復(fù)雜的汽車產(chǎn)品來說，一致性差的元件導(dǎo)致整車出現(xiàn)安全隱患是肯定不能接受的。

再來看幾點其它的需求：

制造工藝

汽車產(chǎn)品制造工藝的要求，雖然汽車的零件也在不斷的向小型化和輕量化發(fā)展，但相對消費(fèi)產(chǎn)品來說，在體積和功耗上還相對可以放松，一般使用的封裝較大，以保證有足夠的機(jī)械強(qiáng)度并符合主要的汽車供應(yīng)商的制造工藝。

產(chǎn)品生命周期

雖然近些年，汽車產(chǎn)品不斷的降價，但汽車還是一個耐用的大件商品，必須要保持相當(dāng)長的時間的售后配件的供應(yīng)能力。同時開發(fā)一個汽車零件需要投入大量的驗證工作，更換元件帶來的驗證工作也是巨大的，所以整車制造企業(yè)和零部件供應(yīng)商也需要維持較長時間的穩(wěn)定供貨。

標(biāo)準(zhǔn)

這樣看來，滿足汽車產(chǎn)品要求的確復(fù)雜，而且以上的要求是針對汽車零件的（對于電子元件來說就是系統(tǒng)了），如何去轉(zhuǎn)換成電子元件的要求就變得很困難，為解決這個問題就自然有一些規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)，比較得到公認(rèn)的就是 AEC 的標(biāo)準(zhǔn)：

AEC Q100 針對有源（Active Device）元件的要求

AEC Q200 針對無源（Possive Device）元件的要求

當(dāng)然我猜想很多人還會說，還有許多的整車廠的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。但這點我也想來說一下我的理解。在我以前工作過的整車廠確實是有相關(guān)的一般可靠性要求的標(biāo)準(zhǔn)，但它考核的是一個完整的汽車組件(由電子元件構(gòu)成的系統(tǒng))，而非直接針對組成這些組件的電子元件的要求（電阻，電容，三極管，芯片等），雖然它的要求是可以用來參考對下級元件的選型，但作為電子元件測試等來說還是非常的不合適的。

車規(guī)級芯片封裝清洗劑選擇：

水基清洗的工藝和設(shè)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(yùn)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(huán)境中的濕氣，通電后發(fā)生電化學(xué)遷移，形成樹枝狀結(jié)構(gòu)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(nèi)的浮點、灰塵、塵埃等，這些污染物會導(dǎo)致焊點質(zhì)量降低、焊接時焊點拉尖、產(chǎn)生氣孔、短路等等多種不良現(xiàn)象。

這么多污染物，到底哪些才是最備受關(guān)注的呢？助焊劑或錫膏普遍應(yīng)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(zhì)在所有污染物中的占據(jù)主導(dǎo)，從產(chǎn)品失效情況來而言，焊后殘余物是影響產(chǎn)品質(zhì)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(zhì)引發(fā)接觸電阻增大，嚴(yán)重者導(dǎo)致開路失效，因此焊后必須進(jìn)行嚴(yán)格的清洗，才能保障電路板的質(zhì)量。

合明科技研發(fā)的水基清洗劑配合合適的清洗工藝能為芯片封裝前提供潔凈的界面條件。

合明科技運(yùn)用自身原創(chuàng)的產(chǎn)品技術(shù)，滿足芯片封裝工藝制程清洗的高難度技術(shù)要求，打破國外廠商在行業(yè)中的壟斷地位，為芯片封裝材料全面國產(chǎn)自主提供強(qiáng)有力的支持。

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