一、封裝測試在半導(dǎo)體行業(yè)的重要作用
封裝測試在半導(dǎo)體行業(yè)中占據(jù)?核心戰(zhàn)略地位?,是芯片生產(chǎn)流程的最后環(huán)節(jié),負責(zé)保護芯片裸片并提供電氣連接,確保芯片的可靠性、功能性和與外部系統(tǒng)的交互?。這一環(huán)節(jié)不僅直接影響芯片性能,還推動整個半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的技術(shù)迭代與市場布局。

在全球市場中,封裝測試行業(yè)展現(xiàn)出?高增長與激烈競爭態(tài)勢?。2024年數(shù)據(jù)顯示,全球前十封測企業(yè)營收超330億美元,市場集中度高達80%(前五企業(yè)),中國企業(yè)如長電科技、通富微電、華天科技占據(jù)全球前十中的四席,中國大陸市場份額提升至近30%,遠超美國并實現(xiàn)10%的同比增速。
二、封裝形式的劃分
在我看來,封裝的作用就像是給Tony Stark穿上一身盔甲變身成為鋼鐵俠。就像把一個易碎的玻璃藝術(shù)品裝進定制禮盒:禮盒外殼(封裝材料)保護它免受碰撞、灰塵侵蝕,同時禮盒上的連接端口(如引腳或焊球)讓它能輕松“握手”外部世界,傳遞指令和數(shù)據(jù)。
按照PCB板連接方式分為:
PTH—Pin Through Hole,通孔式;通常適用于一些功率器件
SMT—Surface Mount Technology表面貼裝式;

按照封裝材料劃分:
①塑料封裝的優(yōu)缺點
塑料封裝是目前半導(dǎo)體封裝中主流的形式,占全球市場的90%以上,主要采用環(huán)氧樹脂、聚酰亞胺等高分子材料。其優(yōu)點包括:低成本和高產(chǎn)能?:適合消費電子、移動設(shè)備等大批量生產(chǎn)需求,制作工藝簡單且成本低廉。輕量化和易設(shè)計?:封裝重量通常只有陶瓷封裝的一半,便于小型化設(shè)計,如薄型封裝(TSOPs)形式。良好的介電性能?:介電常數(shù)較低(可小于3),有助于減小信號傳輸延遲。然而,其缺點也較顯著:散熱性能差?:熱導(dǎo)率較低(通常0.2–2 W/(m·K)),在高功率或高溫應(yīng)用中易導(dǎo)致器件過熱失效。吸濕性高?:在高濕環(huán)境下可能引發(fā)“爆米花效應(yīng)”(水分膨脹導(dǎo)致封裝破裂),影響可靠性。機械強度低?:在惡劣環(huán)境(如高溫或高壓)下耐久性較弱,不適合航空航天等高要求場景。②陶瓷封裝的優(yōu)缺點
陶瓷封裝以氧化鋁、氮化鋁等材料為主,屬于氣密性封裝,能提供芯片密封保護。優(yōu)點突出在可靠性和性能穩(wěn)定性:高可靠性和耐環(huán)境性?:氣密結(jié)構(gòu)防止?jié)駳馇秩?,耐高溫?amp;gt;250°C)、抗腐蝕,適用于惡劣環(huán)境如航空航天和軍事設(shè)備。優(yōu)異的熱學(xué)和電學(xué)特性?:熱導(dǎo)率高(氮化鋁可達180 W/(m·K)),熱膨脹系數(shù)小,散熱佳且避免焊點開裂;絕緣性能好,適合高頻RF器件。機械強度高?:結(jié)構(gòu)堅固,抗震抗壓能力強。但缺點在于:成本高昂?:材料和制造工藝(如共燒陶瓷)復(fù)雜,測試成本高,產(chǎn)能較低。設(shè)計靈活性受限?:相比塑料封裝,不易實現(xiàn)超薄或多層復(fù)雜結(jié)構(gòu)。
③金屬封裝的優(yōu)缺點
金屬封裝采用銅、鋁或合金材料,適用于高強度保護場景。其優(yōu)勢包括:優(yōu)異的散熱和機械性能?:散熱效率高,抗震抗壓能力強,適合高功率器件和嚴苛環(huán)境。高密封性和耐久性?:金屬外殼提供良好電磁屏蔽,延長器件壽命。缺點主要涉及:重量和成本問題?:金屬材料密度高,增加整體重量;制造過程復(fù)雜,成本相對較高。應(yīng)用局限性?:在輕量化或高頻信號傳輸需求中表現(xiàn)不如陶瓷或塑料靈活。綜上所述,塑料封裝以經(jīng)濟性取勝,陶瓷封裝注重可靠性和性能,金屬封裝則強調(diào)機械保護。下面內(nèi)容我們主要講述塑料封裝:


三、封裝原材料的介紹
如圖所示,展現(xiàn)為一顆簡單二級管的封裝外形與內(nèi)部打線;下面開始介紹一下封裝的原材料:
3.1晶圓

如圖為一顆二級管的Die,例如:正面為P,背面為N襯底;
一般正面與背面會做金屬化處理,便于封裝工序的裝片與打線;
3.2引線框架

一款SOT23的框架提供電路連接和芯片的固定作用主要材料為銅,會在放芯片或打線的位置進行鍍銀、NiPdAu等材料銅易氧化,需存放于氮氣柜中除了引線框架,還有一種基板用來替代它,一般用在比較高等產(chǎn)品上。
3.3焊線
這里就不放實物圖片了,看了也看不出啥實現(xiàn)芯片和外部引線框架的電性和物理連接;一般會有金線、銅線、銀合金線與鋁線,出于成本考慮,目前有采用銅線和鋁線工藝。有些功率器件需要大電流的,會用到鋁帶、銅片(Clip)作為焊接線線的橫截面越大,線阻越小,通過的電流也就越大
3.4塑封料
主要成分:環(huán)氧樹脂及各種添加劑(固化劑、改性劑、脫模劑、染色劑、阻燃劑等)

某款塑封料的主要成分在熔融狀態(tài)下將固晶后的晶圓和框架包裹起來。提供物理和電氣保護,防止外界干擾。需要在5℃以下冷庫保存
一般常溫下需要回溫24小時,36小時內(nèi)使用完就長這樣子

3.5銀膠
銀膠成分:環(huán)氧樹脂填充金屬粉末(Ag);將Die固定在Die Pad上、散熱功能、導(dǎo)電功能。-50℃存放,使用前回溫24小時。

還有一種是大功率的,一般會用焊錫料作為裝片材料(比如SMA/B/C,或者TO系列的)
四、封裝工藝的流程
4.1 BGBM
Back Grinding背面減薄Back Metallization背面金屬化將從晶圓廠出來的晶圓進行背面研磨,來減薄晶圓達到封裝需求的厚度。磨片時,需要在正面貼膠帶保護電路區(qū)域同時研磨背面。然后就是對晶圓背面進行金屬化處理,比如背面鍍TiNiAg;


藍膜貼在晶圓正面,背面進行研磨與金屬化
4.2晶圓切割


這是用來使藍膜平展擴張的鐵環(huán)
將晶圓貼在藍膜上,即使被切開后,不會散落。通過切割片將整片晶圓切割成一個個獨立的Die,方便后面的裝片工序。
4.3裝片/固晶
話不多說,直接看圖!

前固化:175℃,1小時;N2環(huán)境,防止氧化?
1、實現(xiàn)晶粒與框架長期粘接?:通過環(huán)氧樹脂或粘接劑的點膠固化,使液態(tài)材料轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài),形成不可逆的力學(xué)固定結(jié)構(gòu),防止芯片在后續(xù)工藝中位移或脫落?
2、保障芯片性能?:固化后的粘接層提供均勻應(yīng)力分布,減少熱膨脹系數(shù)差異導(dǎo)致的微裂紋,確保信號傳輸完整性和散熱效率
4.3壓焊/引線鍵合
利用高純度的金線(Au)、銅線(Cu)、或鋁線(Al)把Pad和Lead通過焊接的方法連接起來。Pad是芯片上電路的外接點,Lead是Lead Frame上的連接點W/B是封裝工藝關(guān)鍵的一步工藝。Key Words(以下摘錄自網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資料):Capillary:陶瓷劈刀。W/B工藝中核心的Bonding Tool,內(nèi)部為空心,中間穿上金線,并分別在芯片的Pad和Lead Frame的Lead上形成一和二焊點;EFO:打火桿。用于形成一焊點時的燒球。打火桿打火形成高溫,將外露于Capillary前端的金線高溫熔化成球形,以便在Pad上形成一焊點(Bond ball);Bond Ball:一焊點。指金線在Cap的作用下,在Pad上形成的焊接點,一般為球形;Wedge:二焊點。指金線在Cap的作用下,在lead Frame上形成的焊接點,一般為月牙形(或魚尾狀);*W/B四要素:壓力(Force)、超聲(USG Power)、時間(Time)、溫度(Temperature);

至此,以上就是封裝的前半段,成為封裝前段,后面的都是封裝后端。前段工序的車間比后端工序的車間,潔凈度要求更高,所有人員進入車間都需要穿連體服、戴口罩與帽子。對了,還有個比較重要的知識點,就是裝片與打線后,分別要做推拉力測試,還有彈坑實驗、IMC的驗證。這些重要的知識不是本人這種半吊子水平可以闡述的,畢竟也不是工廠一線人員,哈哈...上圖,不喜勿噴!

4.4塑封
塑封好比就是將固態(tài)塑料加熱至液化后,推動流向模具中,最后再降溫形成固態(tài);此過程比較類似鋁鑄造工藝,它通過將鋁加熱融化后,倒入特制的模具中冷卻定型,形成精細的人物雕塑,常用于制作裝飾品、收藏品或藝術(shù)擺件

后固化:用于塑封后物料的固化,保護產(chǎn)品內(nèi)部結(jié)構(gòu),消除內(nèi)部應(yīng)力、排除內(nèi)部水汽。固化溫度:175±5℃;固化時間:8Hrs芯片后固化的要求主要涉及溫度、時間、氣氛控制及材料特性等方面,以確保封裝過程中的粘接劑(如環(huán)氧樹脂、導(dǎo)電膠等)完全固化,從而保障芯片的機械強度和電氣性能。關(guān)鍵要求總結(jié)如下:?溫度準(zhǔn)確控制?:固化溫度通常在120–180°C范圍內(nèi),需根據(jù)材料類型調(diào)整;溫度過高易引發(fā)膠層應(yīng)力開裂,過低則導(dǎo)致固化不完全,影響粘接強度。例如,環(huán)氧樹脂粘接溫度需匹配其熱穩(wěn)定性上限,而塑封料固化常設(shè)為175°C以觸發(fā)交聯(lián)反應(yīng)??時間優(yōu)化匹配?:固化時間需要與溫度協(xié)同,時間不足會降低膠層機械強度(如環(huán)氧樹脂需充分固化以抵抗后續(xù)工藝應(yīng)力),時間過長則增加能耗和熱損傷風(fēng)險;典型時間范圍從數(shù)分鐘到30分鐘不等,需通過實驗確定優(yōu)值??氣氛與壓力管理?:惰性氣氛(如N?)可防止氧化污染,真空環(huán)境能減少氣泡生成,確保膠層致密性;部分工藝(如塑封或共晶焊接)需施加5–20 MPa壓力,以促進材料流動和界面結(jié)合??材料性能適配?:選用低熱膨脹系數(shù)(CTE)材料(如改性環(huán)氧樹脂)以減少熱應(yīng)力,同時要求高導(dǎo)熱性(如銀漿粘接)以改善散熱;材料需通過流變特性測試,保證固化后形態(tài)穩(wěn)定且無邊緣溢膠??工藝參數(shù)監(jiān)控?:需實時檢測固化終點(如通過熱分析儀控制殘留溶劑<5%),并優(yōu)化溫度曲線(包括預(yù)熱、峰值和冷卻階段)以匹配材料反應(yīng)動力學(xué),避免固化收縮或電性能下降
4.5電鍍
芯片引腳電鍍工藝的核心目標(biāo)是增強引腳的抗腐蝕性、可焊性,并滿足表面貼裝(SMT)制程和環(huán)保要求(如RoHS無鉛標(biāo)準(zhǔn))?1.?除渣(Deflash)工藝要求?在電鍍前需要完全去除塑封殘渣(毛邊),以避免干擾電氣連接或引發(fā)焊接不良??操作方法?:采用高壓純水噴頭(壓力約250 kg/cm2)對封裝表面及引線框架邊緣進行全角度沖刷??關(guān)鍵控制點?:噴頭角度與路徑需準(zhǔn)確編程,確保無殘留區(qū)域。水壓穩(wěn)定性:壓力不足導(dǎo)致清潔不完全,過高則損傷封裝體或引線純水過濾與回收:防止雜質(zhì)二次污染?2.?電鍍工藝要求?電鍍階段在引腳表面沉積金屬層(通常為無鉛純錫),確保引腳性能達標(biāo)?流程包括化學(xué)清洗和電解沉積:化學(xué)清洗?:去除引腳表面氧化層、油污及微塵,激活金屬表面以提高鍍層附著力?電解沉積?:①電鍍液含錫離子,通電后錫從陽級遷移至陰級(引腳),形成均勻保護層?;②添加劑調(diào)控?:使用加速劑、抑制劑和整平劑優(yōu)化填充效果,防止空洞或粗糙?
4.6切筋/成型
切筋:將一整條框架切割成單獨Unit(散粒)的過程。成型:對切筋后的產(chǎn)品進行引腳成型,達到工藝需求的形狀,并放置Tube或者Tray盤中,或以散料流入下一工序;

如圖框架切筋后,可通過成型沖壓,成為三種不同的形態(tài),例如海鷗腳、直插式、SMA式抱腳式。
4.7結(jié)尾測試
直接上圖,畢竟之前寫過我的來時路?。。?/p>

【文章轉(zhuǎn)載于半導(dǎo)體小燈】