熟悉整个封装工艺流程是认识封装技术的基础和前提,只有如此,才能对封装进行设计制造和优化通常芯片封装和芯片制造(IC Fabrication)并不是在同一工厂内完成的,它们可能在同一个工厂的不同生产区域,或在不同的地区,甚至在不同的国家因此,许多公司将芯片运送到几千公里以外的地方去进行封装

通常将芯片在硅片工艺线上进行片上测试,并将有缺陷的芯片打上记号——一个黑色墨点,这是为后面的封装过程做好准备,在进行芯片贴装时,自动拾片机可以自动分辨出合格的芯片和不合格的芯片

封装流程一般可以分成两个部分,用塑料封装(固封)之前的工艺步骤称为前段操作,在成型之后的工艺步骤称为后段操作在前段工序中,净化级别被控制在1000级在有些生产企业中,成型工艺也在净化的环境下进行但是,由于转移成型操作中机械水压机和预成型品中的粉尘,很难使净化环境达到1000级以上的水平一般来说,随着硅芯片越来越复杂和日益趋向微型化,将使得更多的装配和成型工艺在粉尘得到控制的环境下进行

目前,大部分使用的封装材料都是高分子聚合物,即所谓的塑料封装塑料封装的成型技术也有许多种,包括转移成型技术喷射成型技术预成型技术其中转移成型技术使用最为普遍

转移成型技术的典型工艺过程如下:将已贴装好芯片并完成芯片互连的框架带置于模具中,将塑料材料预加热(90～95),然后放进转移成型机的转移罐中在转移成型活塞压力之下,塑封料被挤压到浇道中,并经过浇口注入模腔(170～175)塑封料在模具内快速固化,经过一段时间的保压,使得模块达到一定的硬度,然后用顶杆顶出模块,并放入固化炉进一步固化

归纳起来芯片封装技术的基本工艺流程为硅片减薄硅片切割芯片贴装芯片互连成型技术去飞边毛刺上焊锡切筋成型打码等工序,如下图所示：

为了进一步降低生产成本,目前大批生产所用到的硅片多在150mm以上(如200mm300mm),尺寸较大,为了其不受到损害,厚度相应增加,这样就给切割以及划片带来了困难因此在封装之前,一定要对硅片进行减薄处理

以超薄小外形封装(TSOP)为例硅片上电路层的有效厚度一般为300μm,为了保证其功能,有一定的衬底支撑厚度,因此,硅片的厚度一般为900μm衬底材料是为了保证硅片在制造测试和运送过程中有足够的强度在电路层制作完成后,需要对硅片进行背面减薄(Back Side Thinning)处理,使其达到所需要的厚度,然后再对硅片进行划片加工,形成一个个减薄的裸芯片目前,硅片的背面减薄技术主要有磨削研磨化学机械抛光干式抛光电化学腐蚀湿法腐蚀等离子增强化学腐蚀(Plasma Enhanced Chemical Etching,PECE)常压等离子腐蚀(Atmosphere Downstream Plasma Etching,ADPE)等

减薄后硅片被粘在一个带有金属环或塑料框架的薄膜(常称为蓝膜)上,送到划片机进行划片较老式的划片机是手动操作的,目前一般的划片机都已实现了自动化划片机同时配备脉冲激光束或金刚石的划片刀具无论是部分划片还是完全分割划片,刀具的刃性都是最好的,因为它划出的边缘整齐,很少有碎削和裂口产生

芯片划片槽的断面往往比较粗糙,有少量微裂纹和凹槽存在,有些地方在划片时并未划到底,取片时,顶针顶力的作用致使芯片“被迫”分离,断口呈不规则形状实验显示,划片引起的芯片边缘的损害同样会严重影响芯片的碎裂强度

作为划片工艺的改进,人们相继开发了“先划片后减薄”(Dicing Before Grinding,DBG)和“减薄划片”(Dicing By Thinning,DBT)方法DBG法,即在背面磨削之前将硅片的正面切割出一定深度的切口,然后再进行背面磨削DBT法,即在减薄之前先用机械的或化学的方式切割出切口,然后用磨削方法减薄到一定厚度以后,采用ADPE技术去除掉剩余加工量,实现裸芯片的自动分离这两种方法都很好地避免或减少了减薄引起的硅片翘曲以及划片引起的芯片边缘损害,特别是对于DBT技术,各向同性的硅刻蚀剂不仅能去除硅片背面研磨损伤,而且能去除芯片引起的微裂和凹槽,大大增强了芯片的抗碎裂能力

（一）芯片粘接

芯片粘接也称为芯片贴装,它是将IC芯片固定于封装基板或引脚架芯片承载座上的工艺过程已切割下来的芯片要贴装到引脚架的中间焊盘上,焊盘的尺寸要与芯片大小相匹配若焊盘尺寸太大,则会导致引线跨度太大,在转移成型过程中就会由于流动产生的应力而造成引线弯曲及芯片位移等现象

芯片粘接的方法主要有4种,即共晶粘贴法(将金-硅共晶合金贴装到基板上)焊接粘贴法(铅-锡合金焊接)导电胶粘贴法(在塑料封装中最常用的方法是使用高分子聚合物将芯片贴装到金属框架上)和玻璃胶粘贴法下面分别进行分绍

1.共晶粘贴法

利用金-硅(Au-Si)共晶在IC芯片与封装基板之间的粘贴,在陶瓷封装中有广泛的应用共晶粘贴法是利用Au-Si合金(一般是69%Au,31%的Si)在363时的共晶熔合反应使IC芯片粘贴固定一般的工艺方法是将硅芯片置于已镀金膜的陶瓷基板芯片座上,再加热至约425,借助Au-Si共晶反应液面的移动,使硅逐渐扩散至金中而形成紧密接合在共晶粘贴之前,封装基板与芯片通常有交互摩擦的动作,用以除去芯片背面的硅氧化层,使共晶溶液获得最佳润湿反应必须在热氮气的气氛中进行,以防止硅的高温氧化,避免反应液面润湿性降低润湿性不良将减弱界面粘贴强度,并可能在接合面产生孔隙,若孔隙过大,则将使封装的热传导质量降低而影响IC电路运作的功能,也可能造成应力不均匀分布而导致IC芯片的破裂

2.焊接粘贴法

焊接粘贴法是另一种利用合金反应进行芯片粘贴的方法,其优点是热传导性好这种工艺是将芯片背面淀积一定厚度的Au或Ni(镍),同时在焊盘上淀积Au-Pd(钯)-Ag(银)和Cu的金属层这样就可以使用锡/铅(Sn/Pb)合金制作的合金焊料很好地将芯片焊接在焊盘上焊接温度取决于Sn/Pb合金的具体成分

焊接粘贴法与前述的共晶粘贴法均利用合金反应形成贴装因为粘贴的媒介是金属材料,良好的热传导性质使其适合高功率元器件的封装焊接粘贴法所使用的材料可区分为硬质焊料与软质焊料两大类,硬质的金-硅金-锡金-锗等焊料塑变应力值高,具有良好的抗疲劳与抗潜变特性,但使用硬质焊料的接合难以缓和热膨胀系数差异所引发的应力破坏若使用软质的铅-锡铅-银-铟焊料,则可以改变这一缺点,但使用软质焊料时必须先在IC芯片背面镀上类似制作焊锡凸块时的多层金属薄膜,以利焊料的润湿焊接粘贴法的工艺应在热氮气或能防止氧化的气氛中进行,以防止焊料的氧化及孔洞的形成