芯片封装工艺流程概述

芯片封装是半导体生产的后段加工制作工序，其目的在于确保芯片经过封装之后具有较强的机械性能、良好的电气性能和散热性能，从而对芯片起到机械和环境保护的作用，保证芯片能够保持高效稳定的正常工作。

芯片封装工艺流程主要包括以下步骤：

• 芯片切割：先在芯片背面贴上蓝膜并置于铁环之上，之后再送至芯片切割机上进行切割，目的是用切割机将晶圆上的芯片切割分离成单个晶粒。这一步骤是将晶圆上众多的芯片分割开来，为后续的单个芯片封装做准备。例如在大规模生产中，晶圆上可能有成百上千个芯片，通过精确的切割才能得到独立的芯片单元。在切割过程中，需要借助精密的设备和技术，以确保每个晶粒的完整性和质量，避免切割过程中对芯片造成损伤 。

• 晶粒黏贴：先将晶粒黏着在导线架（也叫作晶粒座，预设有延伸IC晶粒电路的延伸脚）上，用银胶对晶粒进行黏着固定。这一步将切割后的晶粒准确地放置在特定的位置上，为后续的电路连接等操作奠定基础。银胶具有良好的导电性和黏附性，能够确保晶粒牢固地粘贴在导线架上，并且能够实现有效的电气连接 。

• 焊线：将晶粒上之接点设为第一个焊点，内部引脚上接点为第二焊点，先把金线之端点烧成小球，再将小球压焊在第一焊点上，然后依设计好的路径拉金线，把金线压焊在第二点上完成一条金线之焊线动作。焊线的目的是将晶粒上的接点用金线或者铝线铜线连接到导线架上之内的引脚，从而将ic晶粒之电路讯号传输到外界。这一过程实现了芯片内部电路与外部引脚的电气连接，是芯片能够与外部电路进行信号交互的关键步骤。在实际操作中，需要精确控制焊接的位置和力度，以确保焊接的质量和稳定性 。

• 封胶：将导线架预热，再将框架置于压铸机上的封装模具上，再以半溶化后的树脂挤入模中，树脂硬化后便可开模取出成品。封胶能够防止湿气等由外部侵入，有效地将内部产生的热量排出外部，提供能够手持的形体。它为芯片提供了物理保护，使其能够抵御外界的物理冲击、潮湿、灰尘等不利因素的影响，同时也有助于芯片的散热管理 。

• 切脚成型：封胶之后，需要先将导线架上多余的残胶去除，经过电镀以增加外引脚的导电性及抗氧化性，而后再进行切脚成型。这一步骤对芯片的引脚进行处理，使其符合特定的电气和机械要求，便于芯片与电路板等外部设备的连接。例如，通过切脚成型可以将引脚调整到合适的长度和形状，确保在电路板上的安装精度和电气连接的可靠性 。

此外，在整个芯片封装流程完成后，还可能需要进行一些后续处理，如去胶、去纬、去框等等，最后再进行测试检验，只有当所有流程走完并且确保芯片没有问题时，芯片才能够正常的工作。

常见芯片封装工艺类型

芯片封装的类型多种多样，以下是一些常见的芯片封装工艺类型：

• DIP直插式封装：

• DIP是指采用双列直插形式封装的集成电路芯片，这种封装类型历史悠久。例如51单片机、AC - DC控制器、光耦运放等都采用这种封装类型。

• 采用DIP封装的CPU芯片有两排引脚，可以通过专用底座进行使用，也可以直接插在有相同焊孔数和几何排列的电路板上进行焊接。这种封装方式对于插在底座上使用的芯片来说易于更换，焊接难度很低，只需要电烙铁便可以进行焊接装配，这使得它在一些对成本要求较低、对焊接技术要求不高的应用场景中广泛应用，如一些简单的电子设备原型制作或对维修便利性要求较高的设备中 。

• LGA封装：

• LGA封装为底部方形焊盘，区别于QFN封装，在芯片侧面没有焊点，焊盘均在底部。

• 这种封装对焊接要求相对较高，对于芯片封装的设计也有很高的要求，否则批量生产很容易造成虚焊以及短路的情况。不过，在小体积、高级程度的应用场景中这种封装的使用较多，因为它能够满足一些对空间和性能要求较高的设备需求，例如一些高性能的计算机处理器或小型化的智能设备芯片 。

• LQFP/TQFP封装：

• PQFP/TQFP封装的芯片四周均有引脚，引脚之间距离很小、管脚很细。这种形式封装的芯片可通过回流焊进行焊接，焊盘为单面焊盘，不需要打过孔。

• 它在焊接上相对DIP封装的难度较大，但目前许多单片机和集成芯片都在使用这种封装。由于此封装自带突出引脚，在运输焊接过程中需要小心，防止引脚弯曲或损坏。这种封装形式适合于对芯片引脚密度要求较高的应用，如一些复杂的集成电路板上的芯片封装，能够在有限的芯片周边面积上提供较多的引脚连接 。

• QFN封装：

• QFN是一种无引线四方扁平封装，是具有外设终端垫以及一个用于机械和热量完整性暴露的芯片垫的无铅封装。在芯片底部大多数会设计一块较大的地平面，对于功率型IC，该平面会很好的解决散热问题，通过PCB的铜皮设计，可以将热量更快的传导出去，该封装可为正方形或长方形。

• 封装四侧配置有电极触点，由于无引脚，贴装占有面积比QFP小，高度比QFP低，为目前比较流行的封装类型，广泛应用于各种对空间和散热有要求的芯片封装场景，如一些小型化的移动设备中的芯片封装 。

• BGA(球栅阵列)封装：

• 随着集成技术的进步、设备的改进和深亚微米技术的使用，硅单芯片集成度不断提高，对集成电路封装要求更加严格，I/O引脚数急剧增加，功耗也随之增大。BGA封装是一种电子元件封装技术，它是指将电子元件封装在一个多层、由金属和陶瓷组成的球形结构中。

• BGA封装可以提供更好的热传导性能和更小的封装尺寸，它能够提供更多的连接点，比普通的插件封装多出几倍，因此可以提供更高的信号完整性和更低的电阻，还可以提供更高的功率密度，以及更低的电磁干扰(EMI)。这种封装类型在现代高性能、高集成度的芯片封装中得到广泛应用，如计算机的中央处理器、高端图形处理芯片等 。

• SO类型封装：

• SO类型封装有很多种类，可以分为:SOP(小外形封装)、TOSP(薄小外形封装)、SSOP(缩小型SOP)、VSOP(甚小外形封装)、SOIC(小外形集成电路封装)等类似于QFP形式的封装，只有两边有管脚的芯片封装形式，该类型的封装是表面贴装型封装之一，引脚从封装两侧引出呈"L"字形。

• 这种类型封装的典型特点就是在封装芯片的周围做出很多引脚，封装操作方便、可靠性比较高、焊接也比较方便，如常见的SOP - 8等封装在各种类型的芯片中被大量使用，特别适用于一些对封装尺寸和引脚数量有一定要求的普通电子设备中的芯片封装，如消费类电子产品中的一些小型芯片 。

芯片封装工艺的关键步骤

芯片封装工艺包含多个关键步骤，每个步骤都对最终芯片的性能、可靠性等有着重要影响：

• 芯片切割：

• 准备工作：在切割之前，需要先在芯片背面贴上蓝膜并置于铁环之上。蓝膜的作用是在切割时固定芯片，防止芯片在切割过程中发生位移，确保切割的精度。铁环则为芯片提供支撑，便于将芯片送入切割机进行切割操作。

• 切割设备与技术：通常使用芯片切割机进行切割，切割的目的是将晶圆上的芯片切割分离成单个晶粒。这一过程需要精确控制，因为晶圆上的芯片密度很高，切割时要避免对芯片造成损伤。一些先进的切割设备会采用高速旋转的刀具，并配合精密的视觉定位系统，确保切割路径的准确性。例如，在大规模生产中，对于直径较大的晶圆（如12英寸晶圆），要将上面的芯片准确切割成单个晶粒，就需要高精度的切割设备和技术。如果切割出现偏差，可能会导致芯片边缘破损，影响芯片的性能和成品率 。

• 晶粒黏贴：

• 黏着材料选择：晶粒黏贴时使用银胶对晶粒进行黏着固定。银胶具有良好的导电性和黏附性，能够确保晶粒与导线架之间形成牢固的连接，并且能够实现有效的电气传导。银胶的质量直接影响到晶粒黏贴的牢固程度和电气性能，如果银胶的导电性不好，可能会导致信号传输受阻；如果黏附性差，则可能会出现晶粒松动的情况。

• 粘贴位置准确性：需要将晶粒准确地黏着在导线架（也叫晶粒座，预设有延伸IC晶粒电路的延伸脚）上。导线架的延伸脚是为了后续连接外部电路而设计的，因此晶粒粘贴的位置必须精确，以保证后续焊线等操作能够顺利进行。例如，在一些多芯片封装的情况下，如果晶粒粘贴位置不准确，可能会导致芯片之间的信号传输出现问题，影响整个芯片模块的功能 。

• 焊线：

• 焊点形成与焊接：将晶粒上之接点设为第一个焊点，内部引脚上接点为第二焊点。先把金线之端点烧成小球，再将小球压焊在第一焊点上，然后依设计好的路径拉金线，把金线压焊在第二点上完成一条金线之焊线动作。这个过程中，金球的形成质量和焊接的压力、时间等参数对焊接质量至关重要。如果金球大小不均匀或者焊接压力过大、时间过长，可能会导致焊点不牢固或者出现短路等问题。

• 焊接材料特性：通常使用金线或者铝线、铜线进行连接。金线具有良好的导电性、抗氧化性和延展性，能够满足芯片内部微小间距的焊接要求。在一些对成本较为敏感的应用中，也会考虑使用铝线或铜线。不同的焊接材料在导电性、熔点、机械强度等方面存在差异，需要根据芯片的具体要求进行选择。例如，金线的导电性优于铝线，但成本也相对较高，所以在一些对成本要求严格的大规模生产芯片中，可能会在满足性能要求的前提下选择铝线进行焊线操作 。

• 封胶：

• 材料准备与预热：封胶使用的是树脂材料。在封胶之前，需要将导线架预热，这是为了使树脂在注入模具后能够更好地填充和固化。预热的温度和时间需要根据树脂的特性和封装的要求进行精确控制。如果预热温度过高或时间过长，可能会导致导线架变形；如果预热不足，则可能会影响树脂的填充效果和固化质量。

• 注入与固化：将预热后的框架置于压铸机上的封装模具上，再以半溶化后的树脂挤入模中，树脂硬化后便可开模取出成品。在树脂注入过程中，要确保树脂均匀地填充到模具中，避免出现气泡或空洞。这些缺陷可能会影响芯片的散热性能和机械保护性能。树脂的固化过程也需要合适的条件，如温度、压力和时间等，以保证固化后的树脂具有足够的强度和稳定性，能够有效地保护芯片免受外界环境的影响，同时提供良好的散热通道 。

• 切脚成型：

• 残胶去除与电镀：封胶之后，首先要将导线架上多余的残胶去除干净。残胶如果不去除，可能会影响后续的电镀效果和引脚的电气性能。去除残胶后进行电镀，电镀的目的是增加外引脚的导电性及抗氧化性。电镀的工艺参数，如电镀液的成分、电镀的电流密度、电镀时间等，都会影响电镀层的质量。例如，如果电镀层厚度不均匀，可能会导致引脚的导电性不一致，影响芯片与外部电路的连接效果。

• 切割与成型操作：经过电镀后进行切脚成型。这一操作是将导线架上已封装完成的晶粒，剪切分离并将不需要的连接用材料切除，然后将引脚调整到合适的形状和长度。在切脚成型过程中，要确保切割的精度和引脚形状的准确性，以满足芯片在电路板上的安装要求。如果引脚长度过长或过短，可能会导致焊接困难或者与电路板上的其他元件发生短路等问题 。

芯片封装工艺流程实例分析

以传统的打线封装工艺为例：

• 初始准备：

• 首先要有晶圆，晶圆是芯片的基础材料，上面集成了众多的芯片电路。在封装之前，晶圆可能已经经过了前段制程的加工，如光刻、蚀刻、掺杂等工序，这些工序在晶圆上形成了复杂的电路结构。例如，在一个12英寸的晶圆上，可能已经制作好了数以百计的芯片电路，这些电路需要通过封装工序来实现与外部的连接并获得保护。

• 同时，需要准备好封装所需的材料和设备，如用于晶粒黏贴的银胶、用于焊线的金线、导线架、封装模具、树脂等材料，以及芯片切割机、压铸机、焊线机等设备。这些材料和设备的质量和性能直接影响到封装的质量和效率。

• 芯片切割：

• 按照前面提到的芯片切割步骤，先在芯片背面贴上蓝膜并置于铁环之上，再将其送至芯片切割机进行切割。在这个过程中，假设晶圆上有500个芯片，通过精确的切割操作，将每个芯片从晶圆上分离出来，形成单个的晶粒。这个步骤的切割精度要求非常高，例如切割的误差可能需要控制在微米级别，以确保每个晶粒的完整性和性能。如果切割出现问题，比如某个晶粒被切割损坏，那么这个晶粒就无法进行后续的封装操作，从而影响成品率。

• 晶粒黏贴：

• 将切割好的晶粒黏着在导线架上，使用银胶进行固定。假设导线架是一种具有特定引脚布局的金属框架，晶粒需要准确地粘贴在预设的位置上。例如，对于一个具有特定功能的芯片，其晶粒上的电路接点需要与导线架上的延伸脚精确对应，这样才能保证后续的焊线操作能够正确地将芯片内部电路与外部引脚连接起来。如果晶粒粘贴位置出现偏差，可能会导致焊线无法正常连接，或者连接后信号传输出现问题。

• 焊线：

• 把晶粒上的接点作为第一个焊点，内部引脚上的接点作为第二个焊点。先将金线端点烧成小球，然后将小球压焊在第一个焊点上，再按照设计好的路径拉金线并压焊在第二个焊点上完成焊线动作。例如，对于一个具有多个引脚的芯片，可能需要进行几十条金线的焊接操作。在这个过程中，每一条金线的焊接质量都至关重要。如果某一条金线焊接不牢固或者出现短路情况，都会影响芯片的正常功能。焊接完成后，芯片内部的电路就通过金线与导线架上的引脚建立了电气连接，从而可以与外部电路进行信号传输。

• 封胶：

• 对导线架进行预热，然后将框架置于压铸机上的封装模具上，以半溶化后的树脂挤入模中。假设使用的是一种具有良好散热和绝缘性能的环氧树脂，树脂在模具中填充并包围芯片和导线架。在这个过程中，要确保树脂均匀地填充到模具的各个角落，避免出现气泡或空洞。例如，如果出现气泡，可能会在芯片工作时影响散热效果，甚至可能导致芯片局部过热而损坏。树脂硬化后开模取出成品，此时芯片就被封装在树脂内部，得到了物理保护和一定的散热管理。

• 切脚成型：

• 去除导线架上多余的残胶，然后进行电镀以增加外引脚的导电性及抗氧化性。假设电镀层采用的是一种金属镀层，如镍或金。电镀完成后，进行切脚成型操作，将不需要的连接部分切除，并将引脚调整到合适的形状和长度。例如，对于要安装在电路板上的芯片，引脚的长度需要符合电路板的设计要求，形状可能需要弯曲成特定的角度，以便能够顺利插入电路板的焊孔或者与表面贴装技术相匹配。如果切脚成型操作不当，可能会导致芯片无法正确安装在电路板上，或者在使用过程中出现引脚松动等问题。

• 后续处理与测试：

• 在完成切脚成型后，还可能需要进行一些后续处理，如去胶、去纬、去框等操作，以确保芯片的外观和性能符合要求。然后进行测试检验，测试包括一般的目检、电气性能测试和老化试验等。目检主要是检查芯片的外观是否有缺陷，如引脚是否弯曲、封装是否有破损等；电气性能测试则是检测芯片的各项电气参数是否符合标准，如电压、电流、电阻等；老化试验是通过模拟芯片在长时间工作后的情况，检测芯片的可靠性和稳定性。只有经过所有测试并且合格的芯片才能够正常投入使用。

最新芯片封装工艺流程发展

随着技术的不断发展，芯片封装工艺流程也在不断演进：

• 晶圆级封装技术的发展：

• 扇入型晶圆级芯片封装（Fan - In WLCSP）：在扇入型晶圆级芯片封装中，合格晶圆

芯片封装清洗剂选择：

水基清洗的工艺和设备配置选择对清洗精密器件尤其重要，一旦选定，就会作为一个长期的使用和运行方式。水基清洗剂必须满足清洗、漂洗、干燥的全工艺流程。

污染物有多种，可归纳为离子型和非离子型两大类。离子型污染物接触到环境中的湿气，通电后发生电化学迁移，形成树枝状结构体，造成低电阻通路，破坏了电路板功能。非离子型污染物可穿透PC B 的绝缘层，在PCB板表层下生长枝晶。除了离子型和非离子型污染物，还有粒状污染物，例如焊料球、焊料槽内的浮点、灰尘、尘埃等，这些污染物会导致焊点质量降低、焊接时焊点拉尖、产生气孔、短路等等多种不良现象。

这么多污染物，到底哪些才是最备受关注的呢？助焊剂或锡膏普遍应用于回流焊和波峰焊工艺中，它们主要由溶剂、润湿剂、树脂、缓蚀剂和活化剂等多种成分，焊后必然存在热改性生成物，这些物质在所有污染物中的占据主导，从产品失效情况来而言，焊后残余物是影响产品质量最主要的影响因素，离子型残留物易引起电迁移使绝缘电阻下降，松香树脂残留物易吸附灰尘或杂质引发接触电阻增大，严重者导致开路失效，因此焊后必须进行严格的清洗，才能保障电路板的质量。

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