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半导体封装关键工艺技术

昨天 09:50 浏览：37 来源：小萍子

半导体封装关键工艺技术

一、概述

半导体工艺主要利用微细加工及薄膜技术，通过光刻、刻蚀、沉积等工艺步骤，将芯片及其他功能单元高精度地布置并有效连接至基板、引线框架等载体结构上的指定区域。这一过程不仅便于后续引出电气接线端子，还通过填充可塑性绝缘介质进行灌封固定，使各部件在物理与电气上集成为一体，最终形成具有特定保护功能与结构稳定性的立体封装体。该工艺流程构成了半导体芯片封装的狭义技术内涵。

从广义的系统工程角度而言，半导体封装不仅涵盖芯片与基板的机械连接和电气互连，更延伸至与被动元件、散热结构、电磁屏蔽等配套电子设备的集成与优化。其目标是构建具备完整功能、优良电气性能、可靠热管理及稳定机械结构的系统级封装方案，从而实现从单一芯片到功能完备的电子系统的综合性能提升。

二、芯片生产制造技术

半导体封装工艺流程

半导体封装工艺流程

1. 芯片切割工艺

芯片切割是半导体封装工艺流程中的关键步骤，其主要任务是将完成前道制程的整片晶圆分割为独立的单个芯片。该工序通常采用高精度划片机，配合金刚石刀片或激光切割技术，沿着晶圆上预先设计的切割道进行分离。切割过程中产生的硅屑需立即通过高压去离子水冲洗和真空吸附等方式彻底清除，以防止残留颗粒污染芯片表面或损伤电路结构，确保后续贴装、键合等工序的顺利实施与最终产品的质量可靠性。

2. 贴片工艺

贴片工艺的核心目标是在切割后的芯片背面进行研磨减薄前，对芯片正面电路实施有效保护。通常采用在芯片正面贴附一层专用保护膜的方式，该保护膜需具备优良的黏附性、化学稳定性与机械强度，能够在后续的磨片、清洗等环节中保护芯片表面的金属布线、介质层及微结构免受物理损伤与化学侵蚀。该工序始终以维持芯片电路的完整性为首要原则，是确保芯片在减薄后仍保持电学性能稳定的重要保障。

3. 焊接键合工艺

焊接键合工艺的质量控制对封装整体性能具有决定性影响。该工艺利用不同规格的金线，将芯片表面的引线键合焊盘与框架衬垫上的引脚进行电气互连，从而实现芯片与外部电路的信号传输。根据键合弧高与应用场景的不同，主要选用掺杂金线与合金金线两类材料：

掺杂金线包括GS、GW、TS三种型号，其材料状态属于半硬态。其中GS型适用于弧高大于250 μm的高弧键合，GW型适用于200–300 μm的中高弧合，TS型适用于100–200 μm的中低弧键合。

合金金线主要包括AG2、AG3等型号，适用于70–100 μm的低弧键合场景。金线直径规格覆盖范围广泛，从0.013 mm至0.070 mm不等。在实际工艺中，需依据具体的封装结构、电气要求及可靠性标准，科学选择金线类型与直径参数，以实现对焊接键合工艺质量的精准控制，确保互连连接的机械强度与电气稳定性。

4.塑封工艺

是半导体封装流程中的关键保护环节，其核心工序为模塑成型。该工艺旨在为芯片及其他内部元件提供机械支撑与环境隔离，尤其需抵御外部应力、湿度及污染物可能带来的损伤。因此在工艺控制过程中，需针对各元件的物理特性进行细致分析，以实现有效防护。

目前主流的塑封工艺主要包括陶瓷封装、塑料封装和传统封装三大类。为适应全球芯片生产多样化的需求，各类封装形式所占比例的调控也至关重要，这对工艺人员的综合能力提出了较高要求。具体操作中，通常先将已完成引线键合的芯片与引线框架整体预热，再将其置于封装模具内。通过压模机构闭合上下模具，使半熔融状态的环氧树脂基料被注入型腔，充分填充并固化后，开模获得包覆完整的封装体。

在此过程中需注意应对封装形式、尺寸差异等可能引发的突发问题。模具的选型与使用必须严格把控，不能仅依据设备成本作单一决策，而应综合考量其对工艺质量与整体成效的影响。例如，需对自动上料系统等关键环节（如图2所示）实施精准控制，通过全过程的质量管理，方可确保塑封工艺达成预期的封装性能与可靠性目标。

塑封工艺自动上料系统

5 后固化工艺

待塑封工艺处理工作完成后，还需对其进行后固化处理，重点考虑工艺周围或管壳附近有多余材料，如：无关紧要的连接材料，还需在此环节中也需做好工艺质量控制，尤其是把管壳周围多余的材料必须去除，避免影响整体工艺质量及外观效果。

6. 测试工艺

待上述工艺流程均顺利地完成后，还需对该工艺的整体质量做好测试工作，此环节中应用到先进的测试技术及配套设施，保证各项条件能满足测试工作开展要求。同时，还能在测试过程中对各信息数据详细记录，核心要点是芯片是否正常工作，主要是根据芯片性能等级进行详细分析。因测试设备采购价格较高，会在此方面产生较大的投资成本，为避免产生不利的影响，依然是把工作要点放在工序段工艺质控方面，主要包含外观检测、电气性能测试两部分。

7.打标工艺

是封装流程的最后环节，旨在对已完成测试的芯片进行终加工、质量检查、包装及发货准备。该工艺主要包括以下三方面流程：

1）电镀：在管脚成型后，需在其表面进行电镀处理，涂覆防腐层以防止管脚氧化或腐蚀。由于多数管脚采用锡基材料，其自身易受环境影响，因此通过电镀沉积技术形成保护层是必要步骤。

2）成型：该步骤是对已完成电镀的管脚进行塑形加工。将集成电路条带置于专用成型工具中，将管脚加工为J型或L型等指定形状，以便后续表面贴装。此环节直接影响封装结构的机械兼容性与工艺整体质量。

3）激光打印：在成型后的产品表面，通过激光技术印制预先设计的图案、标识或代码。该印记是产品在封装工艺完成后的重要身份标识，兼具追溯与品牌标识功能，如图3所示。

激光打印作业图

三、封装工艺质量控制要素

现阶段，半导体封装工艺技术虽已取得显著进步，但其整体工艺流程与方法仍有持续优化的空间。由于半导体器件结构精密、封装工序复杂，为确保工艺质量满足要求，需重点把控以下环节：

1）严格核验部件型号与规格。半导体产品结构复杂，实现精准封装的前提是确保所有部件型号准确匹配。采购环节需对物料型号进行全面审查，组装阶段应再次核对结构件规格，从源头杜绝错件风险，保障各组件正确装配。

2）全面推进自动化封装产线应用。当前自动化封装生产线已在业内广泛使用。企业在引入自动产线的同时，应建立完善的作业流程与管理体系，从而在生产过程中有效实施质量控制并节约人力成本。此外，需对自动化产线进行实时监控与数据采集，及时掌握工艺状态，为持续优化提供依据，避免自动化作业过程中出现偏差。

3）确保外包装完整性与密封质量。外包装破损会直接影响半导体器件的功能与可靠性。因此，需加强对外包装完整性的检测，防止其在物流与储存中出现破损或腐蚀。通过采用先进检测技术对常见问题进行系统防治，可保障产品密封性，延长器件使用寿命，拓展其应用范围。

4）加强先进技术引进与落地。封装工艺链条长、影响因素多，质量控制难度大。企业应重视对现代化封装技术的投入，在引入新技术时明确责任分工，配备专业人员进行规范实施。通过系统性提升工艺技术水平，可有效避免质量问题的发生，为工艺稳定性和产品可靠性提供坚实保障。

四、结语

经过上述分析可见，半导体封装工艺是一项融合了精密制造、材料科学与系统工程的综合性技术。从芯片切割、贴片、键合到塑封、测试及打标，每一环节都深刻影响着最终产品的性能与可靠性。在集成电路持续向高密度、高性能、高可靠性方向发展的背景下，封装技术已从传统的保护与连接功能，演进为提升系统整体效能的关键环节。

面向未来，随着先进封装技术的不断创新与应用，封装工艺将在异构集成、系统级封装及芯片级散热等领域发挥更核心的作用。企业不仅需持续优化工艺细节、强化质量管控，更应着眼技术发展趋势，积极推动自动化、智能化与绿色制造在封装产线中的深度融合，从而在日益激烈的产业竞争中构筑坚实的技术壁垒与质量优势，赋能电子信息产业的持续革新与发展。