电子封装基本工艺

电子封装是微电子制造工艺中的重要组成部分，它负责将集成电路芯片（IC）保护起来，提高其可靠性和稳定性，同时提供电气连接与物理支撑。封装技术随着集成电路的进步而不断发展，目前常见的封装类型有塑料封装、陶瓷封装、金属封装等。电子封装的基本工艺包括以下几个主要环节： 1. 硅片减薄与切割 随着芯片尺寸的增大和厚度的增加，划片作业变得更为困难。硅片减薄是通过研磨剂在硅片背面进行研磨，以达到降低厚度的目的。硅片切割则是将大尺寸的硅圆片切割成小尺寸的芯片。切割工艺可以使用激光束、钻石尖或金刚石锯刀等设备，以确保切割精度和效率。 2. 芯片贴装 芯片贴装是将切割好的芯片固定到基板或其他载体上的过程。常见的芯片贴装方法有： - Au-Si低共熔合金贴装：将芯片背面沉积的金层与镀金的焊盘直接粘合，然后在370℃左右的保护气体中烧结，形成低共熔合金。其优点是刚性连接，不易产生焊接疲劳，但存在CTE失配、热应力导致芯片开裂和生产效率低等问题。 - Pb/Sn合金焊接法：通过合金焊料或焊膏将芯片背面的金属化层和焊盘连接起来。其优点是成本相对较低，但存在焊点可靠性较低的问题。 - 导电聚合物粘结法：以环氧树脂或聚酰亚胺为基体材料，填充银颗粒或银片制成导电粘结剂。这种方法具有良好的散热性能，但在高温存储环境下容易降解，界面空洞和吸潮问题可能导致焊接失效。 3. 芯片互连 芯片互连涉及将芯片焊区与电子封装外壳的I/O引线或基板上的金属布线焊区连接。常见的互连方法包括： - 引线键合（WB）：使用金属细丝如金丝、铝丝或硅铝丝将芯片焊区与封装外壳或基板连接起来。引线键合要求材料具有低电阻、化学稳定性和高电导率等特性。 - 载带自动焊（TAB）：将芯片焊区与特定的载带连接，通过载带实现与外部电路的连接。 - 倒装芯片焊（FCB）：芯片上设有凸点（Bump），通过凸点与基板或载体直接焊接。 引线键合的过程中，焊接方式的选择对质量有很大影响。常见的焊接方式包括热压焊、超声键合和热超声焊。每种方式各有优缺点，如热压焊能有效地破坏氧化层，但会在高温下产生金属间化合物，可能导致焊接失效。 引线键合可能会出现的失效类型包括脱焊、疲劳断裂等。金铝焊点在高温下容易生成金属间化合物，导致接触电阻增大和脆性增加。这些化合物在温度循环中会产生柯肯德尔空洞，最终可能导致焊点脱落失效。 在塑料封装中，封装成型是最终步骤。转移成型的基本工艺流程包括成型、打码、上焊锡、切筋、打弯、去飞边和毛刺等。随着硅片尺寸的增大和厚度的增加，封装模在划片过程中的难度也随之增加。 电子封装工艺复杂，需要考虑材料、温度、压力、机械应力、化学反应等多方面因素，以确保最终产品具有良好的电气性能和足够的物理稳定性。随着技术进步，封装工艺不断向着更小尺寸、更高密度、更低功耗和更高可靠性的方向发展。