半導(dǎo)體封裝生產(chǎn)線工藝流程探討

丁小宏，楊春梅

(中國振華集團(tuán)永光電子有限公司(國營第八七三廠)，貴州 貴陽 550018)

0 引言

針對半導(dǎo)體制造而言，其工藝流程主要包含兩部分，其一為前道，其二是后道[1-2]，對于半導(dǎo)體的前道制造工藝來講，其實(shí)為一項(xiàng)比較繁雜且技術(shù)要求高的工藝流程控制，有時流程可達(dá)到數(shù)百步，而且在各個流程間以及流程與工藝、批次、設(shè)備之間，往往存在彼此互聯(lián)與相互影響的關(guān)系，此乃半導(dǎo)體前道的典型特征，而且還是被世界所公認(rèn)的一類最為復(fù)雜的制造過程。而對于半導(dǎo)體后道的工藝流程來講，相比前道，較為簡單，但因小批量、品種多[3]，外加一些必需步驟(比如合批、分批等)，因此，也比較復(fù)雜。需要指出的是，半導(dǎo)體后道封裝工序流程是一項(xiàng)混合型復(fù)雜制造過程，其中含有兩大類型，即離散型與流程型；后道主要用于封裝半導(dǎo)體芯片[4]，現(xiàn)階段，我國許多半導(dǎo)體企業(yè)均為后道封裝生產(chǎn)商，因此，本文圍繞一些企業(yè)的封裝生產(chǎn)線，開展全面、深入調(diào)研，匯總其工藝流程，現(xiàn)對此探討如下。

1 磨片

磨片又被稱之為背面磨薄，在裝配芯片之前，須先進(jìn)行磨薄，而在磨片過程中，需將離子水噴灑在片上，這樣更有利于磨薄；通常情況下，需要將硅片的厚度磨至200～500 μm之間，因?yàn)檩^薄的硅片在劃小片上更為容易，而且還有助于散熱的改善。此外，還需要指出的是，較薄的芯片有助于最終集成電路管殼重量、外形尺寸的減小。伴隨相關(guān)設(shè)備、系統(tǒng)自動化程度的不斷提高，半導(dǎo)體封裝企業(yè)在其日常生產(chǎn)中，開始大量采用自動化設(shè)備，且與劃片工序共同來生產(chǎn)。

2 分片

磨片又被稱作劃片，從根本上來講，就是利用劃片鋸(金剛石刀刃)，將各芯片自硅片上切割下來。在劃片操作之前，從片架上將硅片取下，且置于剛性框架的貼膜上，加以固定。此貼膜能夠始終保持硅片的原有狀態(tài)與完整性，直至后續(xù)裝片工序把全部硅片小片均取下為止。在現(xiàn)實(shí)操作中，當(dāng)完成劃片工序后，整個硅片便如同一個整體，此時，把硅片放在圓鋸(噴有離子水)上，然后用金剛石刀(厚度為25 μm)，分別在兩個方向上進(jìn)行劃片。一般情況下，鋸需要沿劃片線進(jìn)行切透處理(90%～100%)。

3 裝片

又被稱之為裝架，當(dāng)完成劃片處理之后，硅片會被放置在盒子當(dāng)中，并向裝片工作區(qū)移動，此時，自動貼片機(jī)開始運(yùn)作，自硅片上以一種自動方式取下一片芯片，安裝在引線框架上；當(dāng)安裝完成后，引線框架便會由一臺自動引線框架機(jī)以一種自動方式進(jìn)行傳送，并且還會把那些已經(jīng)捆好并且做好的引線框架，向自動貼片機(jī)傳送；傳送后，自動貼片機(jī)會依據(jù)是否存在墨點(diǎn)所提供的硅片分布圖數(shù)據(jù)，將硅片上的芯片選出，然后實(shí)施貼片。需要強(qiáng)調(diào)的是，上述操作需在人工監(jiān)視下來開展，而且還設(shè)置有液晶屏，用于裝片情況的實(shí)時顯示。通常來講，會利用三種東西進(jìn)行粘貼，即玻璃焊料、共晶焊與環(huán)氧樹脂。

另外，還需說明的是，引線框架通常由下游廠家來進(jìn)行制作。因其在業(yè)內(nèi)已經(jīng)有統(tǒng)一的規(guī)格，因此，除了那些比較特殊的芯片外，通常無須單獨(dú)訂購。因而對于引線框架的供應(yīng)來講，不會對生產(chǎn)進(jìn)度造成影響。但需指出的是，若芯片為新型號，由于需要重新定制生產(chǎn)工藝，重新選購生產(chǎn)原材料，因此會延長生產(chǎn)周期。

4 鍵合

把位于芯片表面的鋁壓點(diǎn)與位于基座或引線框架上的電極內(nèi)端實(shí)施電氣連接。需要強(qiáng)調(diào)的是，鍵合線通常選用的是銅線，而鍵合線一般選用的是鋁(Al)或者是銅(Au)。另外，在引線直徑上，通常為25 μm，主要用于的壓點(diǎn)間距為70 μm的芯片。另外，還需說明的是，在鍵合上，比較常用的有3種，分別為熱超聲球鍵合、超聲鍵合與熱壓鍵合。因芯片的各管腳均需逐一鍵合，而一個芯片中通常會有兩個管腳，部分芯片管腳數(shù)量可達(dá)到300個，因此，在使用加工設(shè)備時，需要在人工監(jiān)視下來完成。鍵合為生產(chǎn)線上有著最多設(shè)備的工序。

5 塑封

塑封就是塑料封裝，其方式主要有3種，其一為陶瓷封裝，其二是塑料封裝，其三為傳統(tǒng)封裝。在全球芯片生產(chǎn)當(dāng)中，塑料封裝在所有封裝類型中的占比達(dá)到了95%；在實(shí)際操作中，需利用環(huán)氧樹脂集合物，把已經(jīng)完工的芯片(引線鍵合)，與引線框架包封在一起。基本流程為：把已經(jīng)進(jìn)行引線鍵合的芯片，以一種比較合理、妥當(dāng)?shù)姆绞剑c引線框架進(jìn)行預(yù)熱，后把它放在封裝模上(壓模機(jī))，啟動壓膜機(jī)，將上下模關(guān)閉，把樹脂(處于半融化狀態(tài))擠到模當(dāng)中，當(dāng)數(shù)值充分填充且已經(jīng)硬化后，便可開模將成品取出。針對此種封裝方式來講，其不僅能預(yù)防濕氣的侵入，而且還有利于散熱，以及支撐導(dǎo)線、方便焊裝等。但需要說明的是，在實(shí)際操作中，所遇到的突出問題即為模具，由于封裝方式、尺寸存在差異，因此，在選用模具上會存在不同。模具盡管是專用設(shè)備，但價格也算太貴，不會對生產(chǎn)線的運(yùn)作造成制約。

6 去廢邊

又被稱作剪切與成型、去飛邊等。當(dāng)完成塑封之后，不僅有管腳(自集成電路管殼當(dāng)中伸出，裝配至電路板上)，而且在管殼附近，還有一些多余的材料，比如無關(guān)緊要的連接材料。而對于去飛邊工序而言，實(shí)際就是自管殼周圍，將多余的材料給去除掉。

7 電鍍、打彎與激光打印

(1)電鍍。當(dāng)管腳已經(jīng)成型之后，接下來便需要將一層管腳涂層加在上面，預(yù)防管腳出現(xiàn)氧化、腐蝕情況；需要說明的是，只要采用的是電鍍沉淀技術(shù)，那么所采用的焊料一般為錫。(2)打彎。又被稱之為管腳成型，當(dāng)鑄模已經(jīng)成型之后，集成電路的條帶便會被置于管腳去邊成型工具當(dāng)中，然后會對管腳進(jìn)行加工，使之成為所需要的形狀，用作J型管腳與L型腳(表面貼片封裝)，此外，還用作直插式的管腳。(3)激光打印。從根本上來講，就是把實(shí)現(xiàn)設(shè)計好的圖案，以一種比較合理的方式，印制在芯片上。

8 測試

需要指出的是，由于測試設(shè)備比較昂貴，因而會對產(chǎn)能造成影響。針對工序段工藝而言，其主要包含兩部分，第一為外觀檢測，第二是電氣性能。針對電氣性能測試來講，實(shí)際就是將需要進(jìn)行測試的集成電路，置于自動測試設(shè)備上，開展單芯片測試。在實(shí)際測試時，快速把各集成電路插入到測試儀所對應(yīng)的電氣連接小孔當(dāng)中，而在各個小孔當(dāng)中，均有針(有一定的彈性，又被稱作彈簧針)，如此一來，芯片的管腳與此些針相接觸，能夠完成電學(xué)測試。而對于外觀檢測來講，實(shí)際就是檢測人員用顯微鏡對各完成封裝的芯片進(jìn)行觀察，查看其有無外觀瑕疵(比如缺角等)。

9 包裝與人工裝箱

(1)包裝。把芯片進(jìn)行包裝，使之成為3種類型，分別為卷盤、料盤與料條。對于料條而言，多用于封裝直插型，而卷盤與料盤僅用于封裝貼片型。對于那些比較特殊的封裝類型，通常會在同一個設(shè)備上完成包裝與測試。(2)人工裝箱。工序段的基本工藝描述。按照特定數(shù)量裝于小包裝的箱子當(dāng)中，比如將2 000片芯片裝于一個小包裝當(dāng)中，而在箱子的外邊，先將條碼、芯片信息打印在上面；然后把小包裝依據(jù)訂單，裝于大包裝當(dāng)中，這樣能為運(yùn)輸提供方便；最后，在大包裝的外面，需要打印上全部小包裝的條碼信息以及準(zhǔn)確的發(fā)貨地址。

10 結(jié)語

綜上，通過深入且全面的分析半導(dǎo)體后道生產(chǎn)線工藝流程，從中可知，我國許多半導(dǎo)體生產(chǎn)企業(yè)均選用了一些比較先進(jìn)的自動化設(shè)備，但從總體上來講，仍有許多不利于生產(chǎn)效率提高的因素。因此，仍需要加大人、財、物的投入，推動此領(lǐng)域的更好發(fā)展。