封裝技術(shù)是一種將集成電路用絕緣的塑料或陶瓷材料打包的技術(shù)。封裝技術(shù)封裝對(duì)于芯片來(lái)說(shuō)是必須的,也是至關(guān)重要的。因?yàn)樾酒仨毰c外界隔離,以防止空氣中的雜質(zhì)對(duì)芯片電路的腐蝕而造成電氣性能下降。另一方面,封裝后的芯片也更便于安裝和運(yùn)輸。由于封裝技術(shù)的好壞還直接影響到芯片自身性能的發(fā)揮和與之連接的PCB(印制電路板)的設(shè)計(jì)和制造,因此它是至關(guān)重要的。
半導(dǎo)體芯片在作為產(chǎn)品發(fā)布之前要經(jīng)過(guò)測(cè)試以篩選出有缺陷的產(chǎn)品。每個(gè)芯片必須通過(guò)的 “封裝”工藝才能成為完美的半導(dǎo)體產(chǎn)品。封裝主要作用是電氣連接和保護(hù)半導(dǎo)體芯片免受元件影響。
為什么要進(jìn)行封裝?
封裝的意義重大,獲得一顆IC芯片要經(jīng)過(guò)從設(shè)計(jì)到制造漫長(zhǎng)的流程,然而一顆芯片相當(dāng)小且薄,如果不在外施加保護(hù),會(huì)被輕易的刮傷損壞。此外,因?yàn)樾酒某叽缥⑿?,如果不用一個(gè)較大尺寸的外殼,將不易以人工安置在電路板上。而這個(gè)時(shí)候封裝技術(shù)就派上用場(chǎng)了。
封裝有著安放、固定、密封、保護(hù)芯片和增強(qiáng)電熱性能的作用,而且還是溝通芯片內(nèi)部世界與外部電路的橋梁——芯片上的接點(diǎn)用導(dǎo)線連接到封裝外殼的引腳上,這些引腳又通過(guò)印制板上的導(dǎo)線與其他器件建立連接。因此,封裝對(duì)集成電路起著重要的作用。
1) 保護(hù)
半導(dǎo)體芯片的生產(chǎn)車間都有非常嚴(yán)格的生產(chǎn)條件控制,恒定的溫度、恒定的濕度、嚴(yán)格的空氣塵埃顆粒度控制及嚴(yán)格的靜電保護(hù)措施,裸露的裝芯片只有在這種嚴(yán)格的環(huán)境控制下才不會(huì)失效。但是,我們所生活的周圍環(huán)境完全不可能具備這種條件,低溫可能會(huì)有-40°C、高溫可能會(huì)有60°C、濕度可能達(dá)到100%,如果是汽車產(chǎn)品,其工作溫度可能高達(dá)120^C以上。同時(shí)還會(huì)有各種外界的雜質(zhì)、靜電等等問(wèn)題會(huì)侵?jǐn)_脆弱的芯片。所以需要封裝來(lái)更好的保護(hù)芯片,為芯片創(chuàng)造一個(gè)好的工作環(huán)境。
2) 支撐
支撐有兩個(gè)作用,一是支撐芯片,將芯片固定好便于電路的連接,二是封裝完成以后,形成一定的外形以支撐整個(gè)器件、使得整個(gè)器件不易損壞。
3) 連接
連接的作用是將芯片的電極和外界的電路連通。引腳用于和外界電路連通,金線則將引腳和芯片的電路連接起來(lái)。載片臺(tái)用于承載芯片,環(huán)氧樹(shù)脂粘合劑用于將芯片粘貼在載片臺(tái)上,引腳用于支撐整個(gè)器件,而塑封體則起到固定及保護(hù)作用。
4) 散熱
增強(qiáng)散熱,是考慮到所有半導(dǎo)體產(chǎn)品在工作的時(shí)候都會(huì)產(chǎn)生熱量,而當(dāng)熱量達(dá)到一定限度的時(shí)候便會(huì)影響芯片的正常工作。事實(shí)上,封裝體的各種材料本身就可以帶走一部分熱量,當(dāng)然,對(duì)于大多數(shù)發(fā)熱量大的芯片,除了通過(guò)封裝材料進(jìn)行降溫外,還需要考慮在芯片上額外安裝一個(gè)金屬散熱片或風(fēng)扇以達(dá)到更好的散熱效果。
5) 可靠性
任何封裝都需要形成一定的可靠性,這是整個(gè)封裝工藝中最重要的衡量指標(biāo)。原始的芯片離開(kāi)特定的生存環(huán)境后就會(huì)損毀,需要封裝。芯片的工作壽命,主要決于對(duì)封裝材料和封裝工藝的選擇。
半導(dǎo)體芯片在作為產(chǎn)品發(fā)布之前要經(jīng)過(guò)測(cè)試以篩選出有缺陷的產(chǎn)品。每個(gè)芯片必須通過(guò)的 “封裝”工藝才能成為完美的半導(dǎo)體產(chǎn)品。封裝主要作用是電氣連接和保護(hù)半導(dǎo)體芯片免受元件影響。通過(guò)前面步驟完成的晶圓被切割成單獨(dú)的半導(dǎo)體芯片。這些單獨(dú)切割的芯片中的每一個(gè)都稱為裸芯片或裸片。
但現(xiàn)階段芯片無(wú)法與外界交換電信號(hào),容易受到外界沖擊而損壞。對(duì)于要安裝在基板或電子設(shè)備上的半導(dǎo)體芯片(集成電路),首先需要進(jìn)行相應(yīng)的封裝。為半導(dǎo)體芯片與外界交換信號(hào)并保護(hù)其免受各種外部因素影響而開(kāi)辟“道路”的過(guò)程稱為“封裝”。封裝的目的是將集成電路連接到電子設(shè)備,并保護(hù)電路免受以下因素的影響:高溫、高濕度、化學(xué)試劑、沖擊和振動(dòng)等。
1)晶圓切割
首先,需要將晶圓分離成單獨(dú)的芯片。一個(gè)晶圓包含數(shù)百個(gè)芯片,每個(gè)芯片都用劃線標(biāo)出。石劃片機(jī)用于沿著這些劃線切割晶圓。
2)貼片
劃片過(guò)的芯片被移動(dòng)到引線框或印刷電路板 (PCB) 上。引線框架作為保護(hù)和支撐芯片的框架,在半導(dǎo)體芯片和外部電路之間傳輸電信號(hào)。
3)引線鍵合
使用細(xì)線將放置在基板上的半導(dǎo)體芯片的接觸點(diǎn)與基板的接觸點(diǎn)連接以賦予芯片電氣特性稱為引線鍵合。
除了傳統(tǒng)的引線鍵合方法外,還有另一種封裝方法,即使用球形凸點(diǎn)連接芯片和基板的電路。這提高了半導(dǎo)體速度。這種技術(shù)稱為倒裝芯片封裝,與引線鍵合相比,它具有更低的電阻、更快的速度和更小的外形尺寸。凸點(diǎn)通常由金 (Au) 或焊料(錫、鉛和銀的化合物)制成。
4)注塑成型
引線鍵合步驟完成后,就該進(jìn)行成型步驟了。注塑完成所需形狀的芯片封裝,并保護(hù)半導(dǎo)體集成電路免受熱和濕氣等物理因素的影響。使用環(huán)氧樹(shù)脂密封引線鍵合芯片,這樣就完成了我們所知道的半導(dǎo)體芯片。
5)封裝測(cè)試
邁向完美半導(dǎo)體芯片的最后一步封裝好的半導(dǎo)體芯片。完成的芯片在發(fā)布以廣泛用于日常應(yīng)用之前要經(jīng)過(guò)最終測(cè)試。