一文读懂芯片封装技术

wushy · 发表于 2021-8-5 19:39

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由于中美贸易战的原因，导致产业链发生变化，最大的变化来自于华为，由于进口芯片受到限制，导致海思芯片出货量大大提升，海思芯片的封测订单转移到国内；其次为华为供应芯片的厂商也在寻求国内封测厂商来降低运输成本和沟通测试成本。国内半导体封测产业在规模和技术上都有能力满足客户需求。

说起芯片，大家都知道这是一个非常高科技且专业的领域，并且整个生产流程特别的复杂。市场上的商品从无到有一般要经历三个阶段，设计、制造和封装。芯片产业也不例外，芯片的生产流程分有三大组成部分，分别是设计、制造和封测。很多企业只参与芯片制造其中的某一个环节。比如像华为、高通、苹果、联发科、只设计芯片；像台积电、中芯国际、华虹半导体则只制造芯片，而像日月光、长电科技等则只封测芯片。中国封测占全球份额的占比也将从2018年的22%跃升至2025年的32%。芯片的设计和制造饱受人们关注，今天给大家介绍一下芯片生产的最后一个流程-芯片封测中的芯片封装技术。

什么是芯片封装

封装是指安装半导体集成电路芯片用的外壳。利用一系列技术，将芯片在框架上布局粘贴固定及连接，引出接线端子并通过可塑性绝缘介质灌封固定，构成整体立体结构的工艺。此概念为狭义的封装定义。通俗的说就是给芯片加一个外壳并固定在电路板上。

更广义的封装是指封装工程，将封装体与基板连接固定，装配成完整的系统或电子设备，并确保整个系统综合性能的工程。将前面的两个定义结合起来构成广义的封装概念。

为什么要进行封装呢

封装的意义重大，获得一颗IC芯片要经过从设计到制造漫长的流程，然而一颗芯片相当小且薄，如果不在外施加保护，会被轻易的刮伤损坏。此外，因为芯片的尺寸微小，如果不用一个较大尺寸的外壳，将不易以人工安置在电路板上。而这个时候封装技术就派上用场了。

封装有着安放、固定、密封、保护芯片和增强电热性能的作用，而且还是沟通芯片内部世界与外部电路的桥梁——芯片上的接点用导线连接到封装外壳的引脚上，这些引脚又通过印制板上的导线与其他器件建立连接。因此，封装对集成电路起着重要的作用。

封装的作用

　 1、保护

半导体芯片的生产车间都有非常严格的生产条件控制，恒定的温度、恒定的湿度、严格的空气尘埃颗粒度控制及严格的静电保护措施，裸露的装芯片只有在这种严格的环境控制下才不会失效。但是，我们所生活的周围环境完全不可能具备这种条件，低温可能会有-40°C、高温可能会有60°C、湿度可能达到100%，如果是汽车产品，其工作温度可能高达120^C以上。同时还会有各种外界的杂质、静电等等问题会侵扰脆弱的芯片。所以需要封装来更好的保护芯片，为芯片创造一个好的工作环境。

　2、支撑

支撑有两个作用，一是支撑芯片，将芯片固定好便于电路的连接，二是封装完成以后，形成一定的外形以支撑整个器件、使得整个器件不易损坏。

　 3、连接

连接的作用是将芯片的电极和外界的电路连通。引脚用于和外界电路连通，金线则将引脚和芯片的电路连接起来。载片台用于承载芯片，环氧树脂粘合剂用于将芯片粘贴在载片台上，引脚用于支撑整个器件，而塑封体则起到固定及保护作用。

4、散热

增强散热，是考虑到所有半导体产品在工作的时候都会产生热量，而当热量达到一定限度的时候便会影响芯片的正常工作。事实上，封装体的各种材料本身就可以带走一部分热量，当然，对于大多数发热量大的芯片，除了通过封装材料进行降温外，还需要考虑在芯片上额外安装一个金属散热片或风扇以达到更好的散热效果。

　 5、可靠性

任何封装都需要形成一定的可靠性，这是整个封装工艺中最重要的衡量指标。原始的芯片离开特定的生存环境后就会损毁，需要封装。芯片的工作寿命，主要决于对封装材料和封装工艺的选择。

封装的类型和流程

目前总共有上千种独立的封装类型并且没有统一的系统来识别它们。有些以它们的设计命名（DIP，扁平型，等等），有些以其结构技术命名（塑封，CERDIP，等等），有的按照体积命名，其他的以其应用命名。

芯片的封装技术已经历经好几代的变迁，技术指标一代比一代先进，包括芯片面积与封装面积之比越来越接近，使用频率越来越高，耐温性能越来越好，以及引脚数增多，引脚间距减小，重量减小，可靠性提高，使用更加方便等等，都是看得见的变化。本文在此不做过多叙述，感兴趣的可以自行寻找并学习封装类型。

下面讲解一下封装的主要流程：

封装工艺流程一般可以分为两个部分，用塑料封装之前的工艺步骤成为前段操作，在成型之后的工艺步骤成为后段操作。基本工艺流程包括：硅片减薄、硅片切割、芯片贴装、成型技术、去飞边毛刺、切筋成型、上焊锡打码等工序，下面就具体到每一个步骤：

一、前段：

背面减薄（back grinding）：刚出场的圆镜（wafer）进行背面减薄，达到封装需要的厚度。在背面磨片时，要在正面粘贴胶带来保护电路区域。研磨之后，去除胶带。

圆镜切割（wafer Saw）:将圆镜粘贴在蓝膜上，再将圆镜切割成一个个独立的Dice，再对Dice进行清洗。

光检查：检查是否出现废品

芯片粘接（Die Attach）：芯片粘接，银浆固化（防止氧化），引线焊接。

二、后段：

注塑：防止外部冲击，用EMC（塑封料）把产品封装起来，同时加热硬化。

激光打字：在产品上刻上相应的内容。例如：生产日期、批次等等。

高温固化：保护IC内部结构，消除内部应力。

去溢料:修剪边角。

电镀：提高导电性能，增强可焊接性。

切片成型检查废品。

这就是一个完整芯片封装的过程。芯片封装技术我国已经走在世界前列，这为我们大力发展芯片提供了良好的基础。未来几年，芯片行业的整体增速将维持在30%以上。这是一个非常可观的增速，意味着行业规模不到3年就将翻一番。如此高速的增长，芯片行业3大细分领域——设计、制造、封装与测试（简称“封测”）均将受益。相信在国人的努力下，我们的设计和制造水平也会有一天能够走向世界，引领时代。