半导体封装工艺的四个等级与半导体封装的作用

半导体封装工艺的四个等级

电子封装技术与器件的硬件结构有关。这些硬件结构包括有源元件【1】（如半导体）和无源元件【2】（如电阻器和电容器【3】）。因此，电子封装技术涵盖的范围较广，可分为0级封装到3级封装等四个不同等级。图1展示了半导体封装工艺的整个流程。首先是0级封装，负责将晶圆切割出来；其次是1级封装，本质上是芯片级封装；接着是2级封装，负责将芯片安装到模块或电路卡上；最后是3级封装，将附带芯片和模块的电路卡安装到系统板上。从广义上讲，整个工艺通常被称为“封装”或“装配”。然而，在半导体行业，半导体封装一般仅涉及晶圆切割和芯片级封装工艺。

【1】有源元件：一种需要外部电源才能实现其特定功能的器件，就像半导体存储器或逻辑半导体。

【2】无源元件：一种不具备放大或转换电能等主动功能的器件。

【3】电容器（Capacitor）：一种储存电荷并提供电容量的元件。

▲图1：半导体的封装等级（信息来源：“电子封装原理 (Principle of Electronic Packaging)”，第5页）

封装通常采用细间距球栅阵列（FBGA）或薄型小尺寸封装（TSOP）的形式，如图2所示。FBGA封装中的锡球【4】和TSOP封装中的引线【5】分别充当引脚，使封装的芯片能够与外部组件之间实现电气和机械连接。

【4】锡（Solder）：一种低熔点金属，支持电气和机械键合。

【5】引线（Lead）：从电路或元件终端向外引出的导线，用于连接至电路板。

▲图2：半导体封装示例（来源：ⓒ HANOL出版社）

半导体封装的作用

图3展示了半导体封装的四个主要作用，包括机械保护、电气连接、机械连接和散热。其中，半导体封装的主要作用是通过将芯片和器件密封在环氧树脂模塑料（EMC）等封装材料中，保护它们免受物理性和化学性损坏。尽管半导体芯片由数百个晶圆工艺制成，用于实现各种功能，但主要材质是硅。硅像玻璃一样，非常易碎。而通过众多晶圆工艺形成的结构同样容易受到物理性和化学性损坏。因此，封装材料对于保护芯片至关重要。

▲图3：半导体封装的作用（来源：ⓒ HANOL出版社）

此外，半导体封装可以实现从芯片到系统之间的电气和机械连接。封装通过芯片和系统之间的电气连接来为芯片供电，同时为芯片提供信号的输入和输出通路。在机械连接方面，需将芯片可靠地连接至系统，以确保使用时芯片和系统之间连接良好。

同时，封装需将半导体芯片和器件产生的热量迅速散发出去。在半导体产品工作过程中，电流通过电阻时会产生热量。如图3所示，半导体封装将芯片完全地包裹了起来。如果半导体封装无法有效散热，则芯片可能会过热，导致内部晶体管升温过快而无法工作。因此，对于半导体封装技术而言，有效散热至关重要。随着半导体产品的速度日益加快，功能日益增多，封装的冷却功能也变得越来越重要。

半导体芯片封装清洗：

研发的水基清洗剂配合合适的清洗工艺能为芯片封装前提供洁净的界面条件。

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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