半導體封裝工藝的研究分析

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張鎏 苑明星 楊小渝

（重慶市聲光電有限公司）

摘 要：

對半導體封裝工藝的研究，先探析半導體工藝概述，能對其工作原理有一定的了解與掌握；再考慮半導體封裝工藝流程，目的是在作業階段嚴謹管控，能采用精細化管理模式，在細節上規避常規問題發生；再從新時代發展背景下提出半導體封裝工藝面臨的挑戰，建議把工作重心放在半導體封裝工藝質量控制方面，要對其要點內容全面掌握，才可有效提升半導體封裝工藝質量。

引言

從半導體封裝工藝質量控制方面分析，在實踐階段就有較大難度，主要考慮該工藝流程較多，各流程均有明確的內容及要求，工藝流程間還有相互的影響性，在實踐作業階段需嚴謹控制，工作人員能本著嚴謹的工作態度多角度探析，在科技手段的合理應用下，提高半導體封裝工藝質量與技術水平，關系到實踐應用綜合成效，確保良好的綜合效益。

1 半導體工藝概述

半導體工藝主要是應用微細加工技術、膜技術，把芯片及其他要素在各個區域中充分連接，如：基板、框架等區域中，有利于引出接線端子，通過可塑性絕緣介質后灌封固定，使其形成一個整體，以立體結構方式呈現，最終形成半導體封裝工藝。半導體工藝概念也屬于半導體芯片封裝的狹義定義。從廣義方面探究，是指封裝工程，要與基板連接固定，再配置相應的電子設備，構建成一個完整的系統，并有較強的綜合性能。

2 半導體封裝工藝流程

半導體封裝工藝流程所包括的工作內容較多，如圖 1 所示，各流程中的具體要求不同，但作業流程間存在密切關系，還需在實踐階段詳細分析，具體內容如下。

2.1 芯片切割

半導體封裝工藝中半導體封裝工藝芯片切割，主要是把硅片切成單個芯片，并第一時間處理硅片上的硅屑，避免對后續工作開展及質量控制造成阻礙。

2.2 貼片工藝

貼片工藝主要考慮到硅片在磨片過程避免其電路受損，選擇外貼一層保護膜的方式對其有效處理，始終都強調著電路完整性。

2.3 焊接鍵合工藝

控制焊接鍵合工藝質量，會應用到不同類型的金線，并把芯片上的引線孔與框架襯墊上的引腳充分連接，保證芯片能與外部電路相連，影響工藝整體性 [1] 。通常情況下，會應用搭配摻雜金線、合金金線。

例如：摻雜金線包括 GS、GW、TS 三種型號，均處于半硬態的狀態。其中，GS 摻雜金線適合應用在弧高大于 250 μm 的高弧鍵合范疇內；GW 摻雜金線適合應用在弧高 200~300 μm 的中高弧鍵合范疇內；TS 摻雜金線適合應用在弧高 100~200 μm 的中低弧鍵合范疇內。而合金金線主要包括兩種型號，分別是 AG2、AG3，適合應用在弧高 70~100 μm 的低弧鍵合范疇內。較特殊的是摻雜金線、合金金線直徑可選擇性較多，如：0.013 mm、0.014 mm、0.015 mm、…、0.045 mm、0.050 mm、0.060 mm、0.070 mm。在工藝質量控制階段需依據作業要求及標準，合理選擇金線類型及直徑，也能滿足工藝質量管控要求。

2.4 塑封工藝

塑封元件的主要線路是模塑，塑封工藝的質量控制，是為了對各元件進行相應的保護，尤其是在外力因素影響下，部分元件損壞程度不同，需在工藝質量控制階段就能對元件物理特性詳細分析。

當前，在塑封工藝處理階段會主要應用 3 種方式，分別是陶瓷封裝、塑料封裝、傳統封裝，考慮全球芯片生產要求，所有封裝類型的比例控制也是一項極其重要的工作，在整個操作的過程中對人員綜合能力提出較高要求，把已經完工的芯片在環氧樹脂集合物的應用條件下，與引線框架包封在一起，先對引線鍵合的芯片、引線框架預熱處理，然后放在封裝模上（壓模機），啟動壓膜、關閉上下模，使樹脂處于半融化狀態被擠到模當中，待其充分填充及硬化后可開模取出成品。

在操作環節中需要注意的是突發性問題，如：封裝方式、尺寸差異等，建議在模具選擇與使用階段均能嚴謹控制，不能單一化地考慮模具專用設備的價格，還需保證整個工藝質量與作業成效，其中就把控自動上料系統（如圖 2 所示），在實踐中做好質量控制工作，才能實現預期作業目標。

2.5 后固化工藝

待塑封工藝處理工作完成后，還需對其進行后固化處理，重點考慮工藝周圍或管殼附近有多余材料，如：無關緊要的連接材料，還需在此環節中也需做好工藝質量控制，尤其是把管殼周圍多余的材料必須去除，避免影響整體工藝質量及外觀效果。

2.6 測試工藝

待上述工藝流程均順利地完成后，還需對該工藝的整體質量做好測試工作，此環節中應用到先進的測試技術及配套設施，保證各項條件能滿足測試工作開展要求。同時，還能在測試過程中對各信息數據詳細記錄，核心要點是芯片是否正常工作，主要是根據芯片性能等級進行詳細分析。因測試設備采購價格較高，會在此方面產生較大的投資成本，為避免產生不利的影響，依然是把工作要點放在工序段工藝質控方面，主要包含外觀檢測、電氣性能測試兩部分。

例如：電氣性能測試，主要是對集成電路進行測試，會選擇自動測試設備開展單芯片測試工作，還能在測試的過程中把各集成電路快速地插入到測試儀所對應的電氣連接小孔中，各小孔均有針，并有一定的彈性，與芯片的管腳充分接觸，順利地完成了電學測試工作。而外觀檢測，是工作人員借助顯微鏡對各完成封裝芯片詳細觀察，保證其外觀無瑕疵，也能確保半導體封裝工藝質量。

2.7 打標工藝

打標工藝是把已經完成測試的芯片傳輸到半成品倉庫中，完成最后的終加工，檢查工藝質量，做好包裝及發貨工作。此工藝的流程包括三方面。

1）電鍍。待管腳成型后，要在其表面涂刷防腐材料，避免管腳出現氧化、腐蝕等現象。通常情況下，均會采用電鍍沉淀技術，是因為大部分的管腳在加工階段均會選擇錫材料，考慮此類材料自身的性質與特點，也需做好防腐、防蝕工作。

2）打彎。簡單是說，是把上述環節中處理后的管腳進行成型操作，待鑄模成型后，能把集成電路的條帶置于管腳去邊成型工具中，主要是對管腳加工處理，控制管腳形狀，一般為 J 型或 L 型，并在其表面貼片封裝，也關系工藝整體質量。

3）激光打印。主要就是在已經成型的產品印制圖案，是在前期設計階段就做好了圖案設計工作，也相當于半導體封裝工藝的一種特殊標志（如圖 3 所示）。

3 半導體封裝工藝面臨的挑戰

半導體封裝的現有工藝手段正在逐步得到改進，半導體封裝中的自動化設備與技術手段能否得到推廣普及運用，直接決定了半導體封裝的預期效果實現程度。目前現有的半導體封裝處理工藝仍然存在滯后性的缺陷，企業技術人員對于半導體的自動封裝處理設備系統沒有進行充分地利用。因此，缺少自動控制技術支撐的半導體封裝處理流程將會產生較多的人力成本與時間成本消耗，而且不利于企業技術人員嚴格控制半導體封裝的質量效果。

其中，在封裝工藝對低 k 產品可靠性的影響方面要詳細分析，通過該工藝在生產階段所產生的各項信息數據分析結果方面探究，金鋁焊線界面的完整性會受時間、溫度等因素影響，其可靠性會持續下降，其化倉物相態也發生改變，容易使工藝出現分層情況 [2] 。對此，還需在工藝質量控制階段引起重視，結合具體的工作內容，為在細節上做好工藝質量控制工作，建議在此問題處理中，需組建專業化的工作隊伍，在每項工作實施階段就能嚴謹管理，分析引發常規問題的具體因素，提出具體針對性、可靠性的實施方案，能及時處理，關系到工藝綜合質量。尤其是在初始焊線狀況發分析方面探究，要點內容包括焊線墊及其下方的材料、結構，要求焊線墊表面必須保持清潔，所選擇及應用的焊線材料、焊接工具、焊線參數等均要最大化地滿足工藝要求。建議對 k 銅工藝技術與細間距焊線充分結合，能保證金鋁 IMC 對封裝可靠性的影響程度更顯著地突出。如果使用的是細間距焊線，一旦出現變形情況，其焊球尺寸會產生不同程度的影響，并對 IMC 面積造成制約。對此，均需在實踐階段做好質量控制工作，要求各隊伍及工作人員均根據自身的工作內容與職責詳細探究，遵循工藝作業要求及流程規范性，才能解決更多問題。

半導體封裝的全面實施過程具有專業化特征，企業操作技術人員必須要嚴格結合半導體封裝的操作實施步驟來進行零部件的封裝處理。但是某些企業的操作實施人員沒有運用規范化的技術方法來完成半導體的封裝處理過程，企業人員甚至忽視了核對半導體的結構部件規格與型號。半導體的某些零部件被錯誤進行了封裝處理，造成經過封裝后的半導體無法發

揮基本的使用功能，影響到制造企業的經濟效益提升。

從總體角度來講，半導體封裝的技術水平仍然需要實現有序地提高。半導體制造的企業技術人員應當正確使用自動化的封裝設備系統，確保實現半導體的各個零部件正確組裝目標。企業產品的質檢人員通過實施全面嚴格的審查工作，應當能夠準確查找存在錯誤封裝情況的半導體儀器設備，及時督促企業技術人員進行有效的整改。

此外，從焊線工藝質量控制方面探究，受低 k 材料質地因素影響焊線區金屬層與 ILD 層易出現剝離現象，尤其是在焊線階段焊線墊及其下方金屬 /ILD層杯狀變形，主要原因是焊線機對焊線墊施加壓力、超聲波能量的影響，逐漸減弱超聲波能量，并傳輸到焊線區，使金鋁兩種原子相互擴散受阻 [3] 。尤其是在初始階段，低 k 芯片焊線評估顯示焊線程序參數較敏感，如果焊線參數設置較小，會引發斷焊、弱焊等情況。而選擇超聲波能量增大方式進行彌補，損失超聲波能量的同時，還會引發杯狀變形情況，甚至變形情況會更嚴重。再加上 ILD 層與金屬層較弱的粘接力、低 k 材料脆性，均成為引發金屬層與 ILD 層剝離問題的主要原因之一，也是當前半導體封裝工藝質量控制、工藝創新的主要原因之一。

4 半導體封裝工藝質量控制要點

在目前的情況下，半導體封裝的工藝技術手段已經獲得了明顯地優化改進。但是從總體角度來講，半導體封裝的工藝流程與工藝方法沒有達到最為完善程度。半導體的設備組成部件具有精密性的特征，對于半導體實施封裝操作的基本工藝流程步驟較為復雜。具體而言，確保半導體的封裝工藝達到良好質量要求應當包含以下的質量控制要點。

1）準確核對半導體的結構部件型號。半導體的產品組成結構具有復雜性，企業技術人員為了達到正確封裝半導體系統設備的目標，那么關鍵前提就要體現在嚴格核對半導體的部件型號與規格。作為企業的零件采購人員必須要負責全面審查半導體型號，避免采購的半導體組成部件型號出現錯誤。企業技術人員在全面組裝與密封半導體的結構件過程中，應當確保再

次核查半導體的結構件是否存在型號規格的錯誤，從而達到準確匹配半導體各種型號結構件的目的。

2）全面引進自動化的封裝工藝設備系統。自動化的產品封裝生產線目前已經在半導體企業中廣泛投入使用，半導體的制造生產企業在全面引進自動封裝生產線的前提下，編制完善的作業流程及管理方案，在生產階段就能做好質量處理工作，對于企業人工勞動的成本進行了合理控制。半導體的生產制造企業人員目前對于自動化的封裝工藝生產線應當能夠予以

實時性的控制監管，能對各工藝進展情況詳細掌握，進一步完善具體的信息數據，均是重要的參考依據，切實避免半導體的自動封裝操作過程存在錯誤。

3）確保半導體結構件的外包裝完整性。半導體的產品外包裝如果出現了損壞情況，那么半導體的正常使用功能就無法得到充分的發揮 [4] 。因此，企業技術人員對于半導體的外包裝完整程度應當進行全面檢測，避免半導體的外包裝出現破損或者嚴重腐蝕等情況，不僅要在工藝流程中做好質量控制工作，還需借助先進技術對常規問題細致處理，能在根源上處理好基本問題。同時，企業技術人員通過實施專業化檢測的方法，應當能夠有效保證半導體的密封程度良好，延長了半導體的儀器設備使用期限，擴大其應用范疇，能對應用領域創新發展帶來巨大影響。

4）加大現代化技術的引進與應用力度。主要是從半導體封裝工藝質量及技術水平提升方面探究，此項工藝實踐工作開展，所包括的作業流程較多，實施階段所面臨的影響因素也比較多，不僅會增大工藝質量控制難度，還會因某個環節的工藝質量處理不佳而影響后續作業成效及進度。對此，在半導體封裝工藝質量控制階段，還需加大現代化技術的引進與應用力度，要求生產部門能對此引起重視，儲備大量資金費用，能在新技術手段應用過程中，就能做好工作內容與職責劃分工作，保證每項工作環節中均具備專業化的技術人員，通過細節上的規范處理，避免常規問題持續發生，實施成效依然有良好的基礎保障，也能擴大新技術手段的應用及影響范疇，顯著提升半導體封裝工藝技術水平。

5 結語

半導體封裝工藝需從廣義、狹義角度分別探究，只有對其內涵充分理解與掌握，才能對該工藝的作業流程全面掌握，并在具體的工作環節中處理常規問題，始終都控制著整體質量。在此基礎上，也能加強芯片切割工藝、貼片工藝、焊接鍵合工藝、塑封工藝、后固化工藝、測試工藝、打標工藝的控制力度，面對新的挑戰能有具體的解決方案及措施，借助現代化技術手段，有效提升工藝質量與技術水平，也能影響著相關領域的發展成效。

審核編輯 黃宇