在上篇文章中我們講述了傳統封裝方法組裝工藝的其中四個步驟,這回繼續介紹剩下的四個步驟吧~
第五步:模塑
芯片在完成引線鍵合或倒片鍵合后,需進行封裝,以保護芯片結構免受外部沖擊。此類保護工藝涵蓋模塑、密封和焊接,但只有模塑工藝適用于塑料封裝。模塑工藝使用環氧樹脂模塑料,將熱固性樹脂(Thermosetting Resin)^10^與多種無機材料混合,封裝在芯片、引線等部件周圍進行保護,使這些部件免受外部物理性和化學性損害,并可根據實際需求制作成相應的封裝尺寸或形狀。
10 熱固性樹脂(Thermosetting Resin):一種穩定的聚合物材料,在加熱后會發生聚合反應從而硬化并形成聚合物。它主要用于制作環氧樹脂模塑料,通過防止熱損傷、機械損傷,及腐蝕以保護半導體電路的電子和電氣性能。
模塑工藝需在模具中進行。根據傳遞模塑法(Transfer Molding)的工藝,需要將引線鍵合連接芯片的基板放置在兩個模具上,同時將環氧樹脂模塑料片放置在中間,然后施加熱量和壓力,使固態環氧樹脂模塑料熔化為液態,流入模具并填充間隙。但使用傳遞模塑法工藝也面臨一些問題,隨著芯片與封裝頂部之間的空隙不斷變小,使用環氧樹脂模塑料等液體很難完成填充;此外,隨著基板尺寸越來越大,模具尺寸也需相應加大,同樣也加大了使用環氧樹脂模塑料填充間隙的難度。
近年來,傳遞模塑法工藝已達到極致。隨著封裝內堆疊的芯片數量不斷增加,封裝厚度逐漸變薄,芯片與封裝頂部之間的空隙持續縮小。為了降低制造成本,芯片被大批量加工,基板的尺寸也在不斷增大。因此,壓縮模塑法(Compression Molding)成為了填充小空隙的解決方案。在壓縮模塑法的工藝中,模具中會預先填充環氧樹脂模塑料粉末,基板放入模具中后,隨后施加熱量和壓力,模具中填充的環氧樹脂模塑料粉末會液化并最終成型。在這種情況下,環氧樹脂模塑料會即刻熔化為液體,無需流動便可填充間隙,因此成為了填充芯片與封裝頂部之間小空隙的理想選擇。
第六步:打標
打標(Marking)是指在半導體封裝表面刻印產品信息的工藝,包括半導體類型、制造商,以及客戶要求的圖案、符號、數字或字母等。這在封裝后的半導體產品出現故障時尤為重要,因為標記有助于追蹤產品故障原因等。打標既可以使用激光灼燒環氧樹脂模塑料等材料來進行刻印,也可以使用油墨壓印。
對于塑料封裝,必須在封裝表面刻印所需信息之前進行模塑。由于激光打標只是簡單的刻印行為,所以黑色環氧樹脂模塑料通常會作為首選,因為它可以增加標記的易讀性。考慮到刻印字符或符號不易著色,因此,在黑色背景上刻印會使標記更加明顯。接下來兩個步驟是基板封裝的最后階段,也是基板封裝和引線框架封裝工藝之間的區別所在。
第七步:植球
基板封裝中的錫球不僅可以作為封裝體和外部電路之間的電氣通路,還可提供機械連接。植球工藝是將錫球粘合至基板焊盤的過程。在該工藝的第一步,將助焊劑(Flux)11涂抹在焊盤上,并將錫球放置在焊盤上。然后通過回流焊工藝熔化并粘合錫球,之后清洗并去除助焊劑。助焊劑的作用是在回流焊過程中清除錫球表面雜質和氧化物,使錫球均勻熔化,形成潔凈表面。錫球熔化后便會流入基板上覆蓋的網板,即可填充網板上的每個孔隙。最后,將基板和網板分離,但因助焊劑具有黏附力,錫球仍然會留在基板上。由于焊盤上預先涂抹了助焊劑,因此錫球會暫時粘合并附著在焊盤上。
11 助焊劑(Flux):一種有助錫球附著在銅表面的水溶性和油溶性溶劑。
▲圖6:回流焊工藝的溫度曲線(? HANOL出版社)
通過回流焊工藝,在助焊劑的作用下附著于基板焊盤上錫球會熔化。圖6顯示了回流焊工藝的溫度曲線。在錫球達到熔化溫度之前,助焊劑會在吸熱區(Soak Zone)被激活,以清除錫球表面氧化物和雜質。當溫度高于熔化溫度時,錫球會熔化并粘合在焊盤上,但熔化后的錫球不會完全流走。相反,它們會在表面張力的作用下,在除了其與焊盤粘合在一起的金屬部分以外的所有區域,形成一個球形。隨著溫度逐漸下降,錫球會保持其形狀并再次凝固。
第八步:切單
切單(Singulation)是基板封裝工藝的最后一道工序。即使用刀片將成品基板切割為單獨的封裝。切單完成后,將封裝放在托盤上進行測試,并完成其余步驟。
傳統封裝工藝組裝涉及的各個步驟彰顯了精準對齊、最佳電氣連接、堅固保護措施以防止外部損壞等要素,這些步驟在封裝流程中都是不可或缺的。在下一篇文章中,我們將詳細探討半導體封裝的另一種主要類型—晶圓級封裝。
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原文標題:半導體后端工藝:傳統封裝方法組裝工藝的八個步驟(下)
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