半导体“封装过程”工艺技术的详解；

【博主简介】本人“爱在七夕时”，系一名半导体行业质量管理从业者，旨在业余时间不定期的分享半导体行业中的：产品质量、失效分析、可靠性分析和产品基础应用等相关知识。常言：真知不问出处，所分享的内容如有雷同或是不当之处，还请大家海涵。当前在各网络平台上均以此昵称为ID跟大家一起交流学习！

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。

而我们常说的半导体封装就是将通过测试的晶圆按照产品型号及功能需求加工得到独立芯片的这一过程。在这个封装过程中，首先是来自晶圆前道工艺的晶圆通过划片工艺后被切割为小的晶片（Die），然后将切割好的晶片用胶水贴装到相应的基板（引线框架）架的小岛上，再利用超细的金属（金锡铜铝）导线或者导电性树脂将晶片的接合焊盘（Bond Pad）连接到基板的相应引脚（Lead）,并构成所要求的电路；然后再对独立的晶片用塑料外壳加以封装保护，塑封之后还要进行一系列操作，封装完成后进行成品测试，通常经过入检Incoming、测试Test和包装Packing等工序，最后入库出货。

接下来，我要跟大家分享的就是半导体封装工艺的过程。本人特意用了大量图片和现场工程经验来分享，希望大家能深刻领会到半导体封装工艺的魅力。

一、半导体产业链情况

半导体链中的集成电路封装

二、半导体封装的层级

电子包装体系—包装层次结构

三、集成电路封装（IC Packaging）的目的

1、Mechanic Protection for Chip 保护晶片

2、Power & Singal Transportation 与外脚连接

3、Heat Dissipation 提供散热

4、Assist Testing and Mounting 方便测试与上板

四、半导体封装的功能与目的

1、提供电气传导路径（包括金线、引线框架及铜导线),让微细的集成电路彼此做连结

2、保护IC晶片不受外力的破坏

3、避免湿气渗透到IC内部

4、提供IC晶片散热路径

五、集成电路封装的分类

1、IC构装种类依其上板方式之差异，则可区分为:

（1） PTH (Pin Through Hole) 封装

（2）SMT ( Surface Mount Technology)封装

2、若以外连接脚之几何外观作分类则有，直立脚、海鸥脚、J-Lead、球型脚与Leadless等五种。

3、单就IC外面之封装材料而言， 又可分为陶瓷、 塑胶两类主要封装方式。

六、集成电路(IC)封装的分类

SMT (Surface Mount Technology)

PTH (Pin Through Hole)

IC元件上板模式

七、集成电路封装的发展趋势

1、ASE Package Trajectory

2、Lead Frame Package

Lead frame package 是以金属(导线架)为基板,并将晶片黏于导线架上进而进行引线键合,封胶及成型所完成的半导体封 装 体 称 为 Lead frame package。

3、P‐DIP封裝

4、QFP Package

5、SOP vs QFP

四方扁平封装IC

6、Lead Frame 各部名称介绍

7、Lead-frame Structure

目前塑胶封装佔有九成以上之市场，塑胶构装方式之主要制程：

（1）封装前晶圆处理 (Back Grinding & Wafer Mount)

（2）晶圆切割(Dicing)

（3）固晶(Die Bonding)

（4）引线键合(Wire Bonding)

（5）封胶(Molding)

（6）去胶去纬(Dejunk/Deflash)

（7）盖印(Marking)

（8）电镀(Plating)

（9）剪切成型(Trim/Form)

（10）检测(Testing)

八、集成电路（IC）封装的过程

1、封裝前晶圆处理

(Wafer Testing / Back Grinding /Back Grinding& Wafer Mount)

－ 晶圆在晶圆厂生产后厚度约在675µm左右,因考虑封裝的包裝产品厚度而必須加以研磨成540µm / 380µm / 280µm / 200µm或者不做研磨，依厚度之不同，亦可考虑一次或二次磨。

Wafer Grinding

Purpose: To reduce wafer thickness depending onthe package type the wafer will be built into.

2、晶圆切割(Die Saw)

晶圆切割的目的， 主要是要将晶圆上的每一顆晶粒加以完全(100%)切割分离，首先將晶圆贴片( Wafer Mount )送至晶圆切割机， 以圆形鉅切刀进行切割，切割完成后一颗颗晶粒即井然有序地排列於晶圆蓝膜上， 且经由蓝膜张力与框架之支撑，晶粒可完全分离不致发生碰撞同时易于搬运。

Wafer Saw

Purpose: To cut the wafer according to the die sizes.

3、固晶(Die Bonding)

固晶的目的，主要是要将上一站切割完成之晶粒置放于导线架上,並利用环氧树脂(业界俗称银胶)或热固共晶（ eutetic）接著(热固式温度大约在400℃ ~500℃ )等方式加以黏著固定于导线架之晶座(Die Pad)上。

Die Attach

Purpose: To attah the die to the lead frame ( pad) using epoxy.

Epoxy

（1）Component : Resin (liquid)

（2）Purpose : Attach dice on L/F pad

（3）Properties : Needs to store under - 40℃ and thaw for 30 minutes (min.) beforeusing.

（1）Die Bonder

（2）Die Pick-Up

（3）Die Pick & Attach

4、引线键合( Wire Bonding)

引线键合的目的,是要將晶粒上的讯号点,以金属线(通常微金线)连接到导线架的内引脚，藉此将IC的讯号传递到外界， 焊线又分成金线 /铝线 / 铜线，引线所用之金线直径从25µm到50µm。

（1）Ball Bond (球焊)

（2）Wire bonding

Purpose: To connect the die and the leads using Goldwire.

（3）Gold Wire

1.Component : 99.99% gold

2 Diameter: 0.7 ~ 2.0 mil (Thinner than hair)

3.Function : To connect the die and the leads.

（4）Wire Bonding M/C

5、封胶(Moldiing)

封胶最主要是要将晶粒与外界隔离，以避免其上与外连接讯号之金线被破坏， 同时亦需具有防止湿气进入之功能，以避免产生腐蚀与讯号破坏。其过程是将完成焊线之导线架置放于治具框架上，並加以预热，再将此框架放入压模机之封装模具，並将半熔融态之环氧樹脂注入模具中， 待冷卻硬化后即可取出。

（1）Moldiing

（2）Mold

Purpose: To encapsulate the wire bonded die to protect from moisture and physical damage.

（3）Molding Equipment

（4）Mold Compound

A：Component : Resin (solid)

B：Purpose : Encapsulate the die for protection against moisture and physical damage.

（5）Conventional Mold

（6）Conventional Mold

Unbalanced Flow (Christmas tree)

（7）Conventional Mold(Gang-Pot Mold)

Schematic of Single Chase

（8）Multi-Plunger Mold (Gang-Pot Mold)

Balance Flow

（9）Molding SAT Inspection

30C,60%RH,192hrs,IR*3 SAT result die surface delamination<10%

lead frame delamination <100%

LEVEL 3

6、去胶去纬(Dejunk/Deflash)

去胶去纬是将封胶后残留在导线架上接脚与接脚间之溢胶连同脚间纬桿(Dam Bar)利用Punch之方式一起切除。而Deflash是要清除沾覆於接脚或连接杠表面之废胶薄膜， 昔日有用人工刮除方式，毛刷轮机械刷除，喷砂去除或用高压水(Water Jet)喷净等。但随着Molding与铸模技术之提升Flash量趋少，从有存在亦渐薄化， 故有些过程将Deflash移至电镀过程中，进行强酸清洗过程时将胶膜软化自然脱落。

De-junk / Trim

Purpose: Trim - to cut dam bar

De-junk – to remove side flash.

7、盖印(Marking)

盖印主要是要於封胶体的上表面或背面印制IC型式编号广告牌， 盖印方式分印漆（INK）、镭射（ Laser），其中印漆式则考虑不会漏/ 漆，镭射则需控制镭射深度。

Bottom Mark (Ink/Laser)

Purpose: To mark molded units for tracing purposes of the device, lot no, date manufactured, etc.

8、电镀(Plating)

为使IC元件成品容易上板(On Board)与配合表面接著技术(SMT)须与IC外接脚上镀上一层锡铅层电镀。因考虑测试机刮锡的问题，锡铅比已从 80% 比 20% 改 为 85% 比 或 90%比10%，且因应欧盟RoHS之实施，目前改善为Pb-free。

（1）Solder Plating

Purpose: To protect external leads from corrosi d on and to have good connection during board mount.

（2）Solder Plating Equipment

9、剪切成型(Trim/Form)

其主要目的是将导线架上封胶完成的IC体进行外接脚长剪切(Lead Length Triming)，弯脚成型(Bending)与分离(Singulation)等工作。沖切弯脚机依导线架是单条或多条（ matrix） 之设计方式而有不同的沖切方式（如Punch / roller Bend / cam Form），此站的品质要求为不能有毛边 / 沖切不对称 /平面度管制。而其中平面度在QFP产品尤其重要，至于BGA则有沖切（ punch） 及切割（ saw）二种方式。

（1）Trimming & Forming

（2）Form / Singulation

Purpose: To form the shape of the lead (J-bend, gull wing) and detach each unit from the lead frame.

（3）Solid Forming:

Molding 完成后之导线架由 L/F Magazine(线架匣) 送入输送流道侦测方向，衝切外角尖端连接边，切外接腳长度尺寸，再进入下一站作弯脚成型，最終成型，後送入塑胶管盒。

（4）Swimming Cam Forming：

Molding 完成后之导线架由 L/F Magazine(线架匣) 送入输送流道侦测方，衝切外角尖端連接边，再进行悬浮摆动凸輪弯脚成型，切外接腳长度尺寸，最终成型，后送入塑胶管盒。

10、测试(Testing/Inspection)

测试的目的主要是要确定经过封装完毕之晶粒是否功能正常与符合规格，检测項目包括：Go / Nogo、外引脚平整性、共面性、引脚曲、电镀层均匀度，胶体完整与盖印清晰度等。

总结一下

在电子信息化产业进一步完善和市场发展过程中,半导体生产企业应尽可能地提升其封装工艺,通过半导体内部封装连接方式相互关系的总结与梳理以及半导体前端制造工艺对整个封装技术应用的影响关系梳理,充分感知半导体封装技术的现阶段应用现状及未来创新方向，为半导体封装技术应用水平的快速提升打下扎实基础。

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审核编辑 黄宇