介绍了芯片封装的前六步,本篇我们将继续图解后六步:塑封成型、引脚处理、激光打标、切筋成型、最终测试和包装出货。
▲ 芯片封装流程图
7. 塑封成型(Molding)
塑封成型是指将键合完成的芯片用环氧树脂等塑封材料包裹,形成保护性外壳的过程。其作用是提供机械保护、电气绝缘和辅助散热。
▲ 塑封前后的引线框架(左图为示意图,右图为实物图)
塑封成型的工艺流程为:预热→注塑→固化→后处理,这些都可以在全自动塑封设备内完成。
▲ 全自动塑封系统
具体来说,塑封成型就是先将引线框架放入模具,使每个芯片对应一个模腔;随后投入块状的EMC(Epoxy Molding Compound, 环氧树脂模塑料)材料;加热到150~180°C后,EMC材料就会熔化并流入模腔,逐渐覆盖并最终完整包裹芯片;最后再降温固化成型即可。
▲ 注塑流程示意图
▲ 塑封模具的上下模
我们知道注塑封成型的温度是150~180°C,而SMT回流焊的峰值温度高达230~250°C,那么为什么芯片塑封不会熔化呢?答案就在于塑封材料:EMC(环氧树脂模塑料)的特性。
EMC由环氧树脂、二氧化硅粉末和固化剂等成分组成。环氧树脂本身可以加热熔融,注塑时它与固化剂发生不可逆的交联反应,形成稳定的三维网状结构,耐温性能可达260℃,因此芯片在回流焊时仍能保持结构完整。
▲ 环氧树脂模塑料(EMC)
▲ 塑封完成后的引线框架
8. 引脚处理(Lead Processing)
引脚处理包括去溢料(Deflashing)和电镀(Plating)两部分。
去溢料(也称“去飞边”)是指清除塑封时溢出的多余模塑料。常用的去溢料方法有机械方式(包括干式喷砂、湿式喷砂和高压水流)、激光处理、化学电解和溶剂浸泡等。
▲ TO封装去溢料前后对比
▲ 芯片散热焊盘区域去溢料前后对比
干式喷砂(Dry Blasting)去溢料是通过压缩空气来喷射研磨介质(如氧化铝或塑料颗粒),以机械方式去除溢料。
▲ 干式喷砂去溢料设备:外观与内部图
高压水流(High-Pressure Water Jet)去溢料是采用超高压水(可达600 bar以上)冲刷来去除溢料,可以避免热/机械应力对芯片的损伤,清洁度高。
▲ 高压水流去溢料设备:外观与内部图
电镀是通过电化学沉积的方式在芯片引脚表面形成一层金属镀层,用于提升引脚的导电性、可焊性和抗腐蚀性。常用的电镀工艺是化学镀镍和电镀锡。
▲ 电镀车间
9. 激光打标(Laser Marking)
激光打标(也叫激光雕刻,Laser Engraving)就是用激光在芯片表面刻字,可以打上厂家logo、型号、生产批次这些信息。
传统封装一般会在切筋成型前,直接在引线框架上统一给所有芯片打标,提高效率。而像BGA、WLCSP这类先进封装,可以在切割成单个芯片后再打标,或者把芯片放在托盘内批量打标。
▲ 激光打标过程
▲ 芯片丝印示例
10. 切筋成型(Trim & Form)
切筋成型是针对引线框架芯片的特有工序,其中切筋是切除引线框架外围的连接筋和溢料;成型是将引脚压弯成形(如直插形、鸥翼形和J形)。
▲ 切筋成型过程
▲ 切筋成型全自动设备
11. 最终测试(Final Test)
最终测试是对封装完成的芯片进行的全面检测,一般使用自动测试设备(ATE, Automatic Test Equipment),测试内容包括电参数测试、功能测试、高低温测试和老化测试等。
▲ 自动测试设备(ATE)
12. 包装出货(Packaging)
芯片测试完成后就是最后的包装步骤了,常见的包装形式有载带卷盘(Tape & Reel, T&R,俗称卷带)和托盘(Tray)两种。
卷带包装是通过塑料载带和透明塑料膜来固定芯片,再卷绕成盘,便于SMT自动化贴片,适合小尺寸封装的芯片。
托盘包装采用矩阵式凹槽塑料托盘来放置芯片,适用于大尺寸和高引脚数的芯片,也可用于SMT自动化贴片。
▲ 卷带包装(左)与托盘包装(右)
为了满足芯片防潮、防静电的需求,卷带和托盘要放入铝塑防静电袋中真空密封,并加入湿度指示卡(HIC)和干燥剂。
▲ 卷带(左)与托盘(右)的真空密封包装
总结
经过上下篇文章对12道封装工序的逐步图解,现在再看芯片结构图,您是否觉得每个部分的功能和位置都变得一目了然了呢?
▲ QFP封装芯片结构示意图与实物剖面图
最后,将芯片封装的每个步骤用一句话概括:
1. 来料检查:检测晶圆等原材料的质量。
2. 晶圆减薄:降低晶圆厚度,便于后续加工。
3. 晶圆贴膜:贴蓝膜,防止切割时芯片散落。
4. 晶圆切割:将晶圆分割为裸芯片。
5. 芯片贴装:将裸芯片粘接到引线框架上。
6. 引线键合:用金属线连接裸芯片与引线框架。
7. 塑封成型:用EMC材料包裹芯片。
8. 引脚处理:去溢料与引脚电镀。
9. 激光打标:在芯片表面刻印标识信息。
10. 切筋成型:切除多余框架并塑形引脚。
11. 最终测试:测试芯片的功能和性能。
12. 包装出货:使用卷带或托盘包装芯片。