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半导体芯片封装的原理作用与步骤

2024.04.23 14:21:04   Clicks

封装技术是一种将集成电路用绝缘的塑料或陶瓷材料打包的技术。封装技术封装对于芯片来说是必须的,也是至关重要的。因为芯片必须与外界隔离,以防止空气中的杂质对芯片电路的腐蚀而造成电气性能下降。另一方面,封装后的芯片也更便于安装和运输。由于封装技术的好坏还直接影响到芯片自身性能的发挥和与之连接的PCB(印制电路板)的设计和制造,因此它是至关重要的。




半导体芯片封装




半导体芯片在作为产品发布之前要经过测试以筛选出有缺陷的产品。每个芯片必须通过的 “封装”工艺才能成为完美的半导体产品。封装主要作用是电气连接和保护半导体芯片免受元件影响。


为什么要进行封装?


封装的意义重大,获得一颗IC芯片要经过从设计到制造漫长的流程,然而一颗芯片相当小且薄,如果不在外施加保护,会被轻易的刮伤损坏。此外,因为芯片的尺寸微小,如果不用一个较大尺寸的外壳,将不易以人工安置在电路板上。而这个时候封装技术就派上用场了。

封装有着安放、固定、密封、保护芯片和增强电热性能的作用,而且还是沟通芯片内部世界与外部电路的桥梁——芯片上的接点用导线连接到封装外壳的引脚上,这些引脚又通过印制板上的导线与其他器件建立连接。因此,封装对集成电路起着重要的作用。


1) 保护
 

半导体芯片的生产车间都有非常严格的生产条件控制,恒定的温度、恒定的湿度、严格的空气尘埃颗粒度控制及严格的静电保护措施,裸露的装芯片只有在这种严格的环境控制下才不会失效。但是,我们所生活的周围环境完全不可能具备这种条件,低温可能会有-40°C、高温可能会有60°C、湿度可能达到100%,如果是汽车产品,其工作温度可能高达120^C以上。同时还会有各种外界的杂质、静电等等问题会侵扰脆弱的芯片。所以需要封装来更好的保护芯片,为芯片创造一个好的工作环境。


2) 支撑


支撑有两个作用,一是支撑芯片,将芯片固定好便于电路的连接,二是封装完成以后,形成一定的外形以支撑整个器件、使得整个器件不易损坏。


3) 连接


连接的作用是将芯片的电极和外界的电路连通。引脚用于和外界电路连通,金线则将引脚和芯片的电路连接起来。载片台用于承载芯片,环氧树脂粘合剂用于将芯片粘贴在载片台上,引脚用于支撑整个器件,而塑封体则起到固定及保护作用。


4) 散热


增强散热,是考虑到所有半导体产品在工作的时候都会产生热量,而当热量达到一定限度的时候便会影响芯片的正常工作。事实上,封装体的各种材料本身就可以带走一部分热量,当然,对于大多数发热量大的芯片,除了通过封装材料进行降温外,还需要考虑在芯片上额外安装一个金属散热片或风扇以达到更好的散热效果。


5) 可靠性


任何封装都需要形成一定的可靠性,这是整个封装工艺中最重要的衡量指标。原始的芯片离开特定的生存环境后就会损毁,需要封装。芯片的工作寿命,主要决于对封装材料和封装工艺的选择。
半导体芯片在作为产品发布之前要经过测试以筛选出有缺陷的产品。每个芯片必须通过的 “封装”工艺才能成为完美的半导体产品。封装主要作用是电气连接和保护半导体芯片免受元件影响。通过前面步骤完成的晶圆被切割成单独的半导体芯片。这些单独切割的芯片中的每一个都称为裸芯片或裸片。

但现阶段芯片无法与外界交换电信号,容易受到外界冲击而损坏。对于要安装在基板或电子设备上的半导体芯片(集成电路),首先需要进行相应的封装。为半导体芯片与外界交换信号并保护其免受各种外部因素影响而开辟“道路”的过程称为“封装”。封装的目的是将集成电路连接到电子设备,并保护电路免受以下因素的影响:高温、高湿度、化学试剂、冲击和振动等。


1)晶圆切割


首先,需要将晶圆分离成单独的芯片。一个晶圆包含数百个芯片,每个芯片都用划线标出。石划片机用于沿着这些划线切割晶圆。


2)贴片


划片过的芯片被移动到引线框或印刷电路板 (PCB) 上。引线框架作为保护和支撑芯片的框架,在半导体芯片和外部电路之间传输电信号。


3)引线键合   

    
使用细线将放置在基板上的半导体芯片的接触点与基板的接触点连接以赋予芯片电气特性称为引线键合。

除了传统的引线键合方法外,还有另一种封装方法,即使用球形凸点连接芯片和基板的电路。这提高了半导体速度。这种技术称为倒装芯片封装,与引线键合相比,它具有更低的电阻、更快的速度和更小的外形尺寸。凸点通常由金 (Au) 或焊料(锡、铅和银的化合物)制成。


4)注塑成型


引线键合步骤完成后,就该进行成型步骤了。注塑完成所需形状的芯片封装,并保护半导体集成电路免受热和湿气等物理因素的影响。使用环氧树脂密封引线键合芯片,这样就完成了我们所知道的半导体芯片。


5)封装测试

迈向完美半导体芯片的最后一步封装好的半导体芯片。完成的芯片在发布以广泛用于日常应用之前要经过最终测试。