半导体封装工艺流程的主要步骤

文章来源：学习那些事

原文作者：前路漫漫

本文介绍了半导体封装工艺流程的主要步骤。

概述

半导体的典型封装工艺流程包括芯片减薄、芯片切割、芯片贴装、芯片互连、成型固化、去飞边毛刺、切筋成型、上焊锡、打码、外观检查、成品测试和包装出库，涵盖了前段（FOL）、中段（EOL）、电镀（plating）、后段（EOL）以及终测（final test）等多个关键环节。

芯片减薄

首先是芯片减薄，芯片减薄环节这对应着实际操作中的背面减薄（back grinding）。具体而言，就是把从晶圆厂产出的晶圆进行背面研磨处理，将晶圆的厚度精准减薄至封装所要求的范围。在实施磨片操作时，为了保护晶圆正面的电路区域（active area），需要在正面贴上胶带，然后同步进行背面的研磨工作。当研磨完成后，小心地去掉胶带，并对晶圆的厚度进行精确测量。

背面减薄

芯片切割

接下来是芯片切割步骤，也就是晶圆切割（wafer saw），该步骤又细分为三个子步骤：晶圆安装（wafer mount）、晶圆切割及清洗（wafer wash）。第一步是将晶圆牢固地粘贴在蓝膜（mylar）之上，确保即使在后续的切割过程中，晶圆也不会出现散落的情况。第二步，通过锯片（saw blade）将整片晶圆细致地切割成一个个独立的方块（dice），以便为后续的芯片贴装（die attach）等工序做好准备。第三步的晶圆清洗，主要是为了清除在切割过程中产生的各类粉尘，避免这些粉尘进入到后续的工序中，影响产品质量。

芯片贴装

完成芯片切割后，紧接着进行第一次外观检查，即第二道光检（2nd optical inspection）。这一步骤主要是在显微镜下对切割后的晶圆进行全面的外观检查，仔细查看是否存在废品。当检查完毕且确认无废品后，便进入到芯片贴装环节（die attach）。芯片贴装又可细分为点银浆（write epoxy）、芯片粘接及银浆固化（epoxy cure）这三个具体步骤。银浆需要在极为低温的-50℃环境下妥善保存，在使用之前，要先进行回温处理，以彻底除去其中的气泡，之后才可以进行点银浆的操作。在银浆固化时，需要将温度保持在175℃，并持续1小时，同时为了避免银浆被氧化，该过程需要在氨气环境中进行。

芯片互连

芯片互连是将芯片焊区与电子封装外壳的O引线或基板上的金属布线焊区相连接，实现芯片功能的制造技术。其服务对象包括芯片与芯片间、芯片与封装衬底间以及器件与基板间的物理连接。

芯片互连的常见方法包括引线键合（leadbonding，LB；又称打线键合）技术、载带自动键合（TAB）技术和倒装芯片键合（flip chipbonding，FCB）技术三种。其中，倒装芯片键合技术又称C4--可控塌陷芯片互连技术。

成型固化

完成芯片互连后，进入到成型固化步骤，这其中包含了注塑（molding）和模后固化（post mold cure）两个部分。注塑所使用的塑封料呈现为黑色块状，与银浆类似，在使用前需要进行低温存储，使用时则要先进行回温处理。塑封料具有特殊的特性，在高温环境下，它会先处于熔融状态，然后逐渐硬化，通常经过60~120秒之后就会成型。在进行注塑操作时，先将引线框（L/F）放置于模具之中，确保每个芯片都准确位于相应的腔体中，合模后，把块状塑封料放入模具孔内。在高温的作用下，塑封料会迅速熔化并流入腔体，从底部开始逐渐覆盖芯片。模后固化是指在注塑之后，将产品置于（175±5）℃的温度环境下，经过大约8小时的时间，对塑封料进行充分固化，这样做的目的是为了更好地保护IC的内部结构，并有效消除内部应力。

去飞边毛刺

在注塑工序完成后，产品表面往往会残留多余的塑封材料，此时便需进入去飞边毛刺环节，对应实际生产中的去溢料（de-flash）工艺。该步骤通过组合式处理方法，先利用弱酸溶液对器件进行浸泡，使溢料部分发生适度化学溶蚀，削弱其与主体结构的结合力；再借助高压水冲洗，以强劲的水流冲击力将溶蚀后的溢料彻底清除，从而让管体周围及引线间的多余物质完全剥离，使产品外观达到洁净规整的标准，为后续加工奠定良好基础。

上焊锡

紧接着的上焊锡工序，专业术语称为电镀（plating），这是提升器件性能与可靠性的关键步骤。电镀工艺运用电化学或化学沉积原理，在引线框表面构建起一层均匀致密的金属镀层。这层防护层如同坚固的铠甲，能够有效抵御潮湿空气、高温等外界环境因素对器件的侵蚀；同时显著改善元器件与印刷电路板（PCB）之间的焊接适配性，降低接触电阻，增强导电性能。

当前，电镀技术主要分为无铅电镀与铅锡合金电镀两大类型。无铅电镀采用纯度超99.95%的高纯度锡作为镀层材料，凭借环保优势与优异的电气性能，成为符合ROHS环保指令要求的主流工艺，广泛应用于各类电子产品制造。而铅锡合金电镀，因其合金成分中含15%的铅与85%的锡，因不符合环保规范，在绿色制造趋势下已逐渐退出市场。

完成电镀后，还需进行电镀退火（post annealing bake）处理。将经过无铅电镀的产品置于（150±5）℃的高温环境中烘烤特定时长，这一过程能够有效释放电镀层内部应力，抑制晶须生长风险。晶须作为金属镀层表面自发形成的针状晶体，若任其生长，可能引发短路等严重电气故障，通过退火工艺可从根本上消除此类潜在隐患，确保产品长期稳定运行 。

打码

之后是打码步骤，即激光打字（laser mask），该步骤是指利用激光技术，将产品名称、生产日期、批次等重要信息清晰地刻到产品的背面或正面。

切筋成型

再之后是切筋成型步骤，即切筋/成型（trim & form）。切筋是指将一整条片的引线框精确切割成单独的单元，而成型则是指对切筋之后的IC产品进行引脚成型处理，使其达到工艺要求的特定形状，最后将成型后的产品放置到管或者盘中。然后是第三次外观检查，即第四道光检（final visual inspection），这是在低倍放大镜下，对产品的外观进行全面检查，主要针对后段工艺可能产生的注塑缺陷、电镀缺陷以及切筋/成型缺陷等问题进行仔细排查。

成品测试与包装出库

完成外观检查后，进入成品测试环节，对产品的各项性能指标进行全面且严格的测试，确保产品符合质量标准。

最后是包装出库步骤，将通过测试的产品进行精心包装，然后按照相关流程出库，准备交付客户使用。