半導體封裝生產線工藝流程探討

丁小宏，楊春梅

(中國振華集團永光電子有限公司(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]，對于半導體的前道制造工藝來講，其實為一項比較繁雜且技術要求高的工藝流程控制，有時流程可達到數百步，而且在各個流程間以及流程與工藝、批次、設備之間，往往存在彼此互聯與相互影響的關系，此乃半導體前道的典型特征，而且還是被世界所公認的一類最為復雜的制造過程。而對于半導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，也比較復雜。需要指出的是，半導體后道封裝工序流程是一項混合型復雜制造過程，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體芯片[4]，現階段，我國許多半導體企業均為后道封裝生產商，因此，本文圍繞一些企業的封裝生產線，開展全面、深入調研，匯總其工藝流程，現對此探討如下。

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，因為較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。伴隨相關設備、系統自動化程度的不斷提高，半導體封裝企業在其日常生產中，開始大量采用自動化設備，且與劃片工序共同來生產。

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與完整性，直至后續裝片工序把全部硅片小片均取下為止。在現實操作中，當完成劃片工序后，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行劃片。一般情況下，鋸需要沿劃片線進行切透處理(90%～100%)。

3 裝片

又被稱之為裝架，當完成劃片處理之后，硅片會被放置在盒子當中，并向裝片工作區移動，此時，自動貼片機開始運作，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；當安裝完成后，引線框架便會由一臺自動引線框架機以一種自動方式進行傳送，并且還會把那些已經捆好并且做好的引線框架，向自動貼片機傳送；傳送后，自動貼片機會依據是否存在墨點所提供的硅片分布圖數據，將硅片上的芯片選出，然后實施貼片。需要強調的是，上述操作需在人工監視下來開展，而且還設置有液晶屏，用于裝片情況的實時顯示。通常來講，會利用三種東西進行粘貼，即玻璃焊料、共晶焊與環氧樹脂。

另外，還需說明的是，引線框架通常由下游廠家來進行制作。因其在業內已經有統一的規格，因此，除了那些比較特殊的芯片外，通常無須單獨訂購。因而對于引線框架的供應來講，不會對生產進度造成影響。但需指出的是，若芯片為新型號，由于需要重新定制生產工藝，重新選購生產原材料，因此會延長生產周期。

4 鍵合

把位于芯片表面的鋁壓點與位于基座或引線框架上的電極內端實施電氣連接。需要強調的是，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，部分芯片管腳數量可達到300個，因此，在使用加工設備時，需要在人工監視下來完成。鍵合為生產線上有著最多設備的工序。

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，其三為傳統封裝。在全球芯片生產當中，塑料封裝在所有封裝類型中的占比達到了95%；在實際操作中，需利用環氧樹脂集合物，把已經完工的芯片(引線鍵合)，與引線框架包封在一起。基本流程為：把已經進行引線鍵合的芯片，以一種比較合理、妥當的方式，與引線框架進行預熱，后把它放在封裝模上(壓模機)，啟動壓膜機，將上下模關閉，把樹脂(處于半融化狀態)擠到模當中，當數值充分填充且已經硬化后，便可開模將成品取出。針對此種封裝方式來講，其不僅能預防濕氣的侵入，而且還有利于散熱，以及支撐導線、方便焊裝等。但需要說明的是，在實際操作中，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。模具盡管是專用設備，但價格也算太貴，不會對生產線的運作造成制約。

6 去廢邊

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

7 電鍍、打彎與激光打印

(1)電鍍。當管腳已經成型之后，接下來便需要將一層管腳涂層加在上面，預防管腳出現氧化、腐蝕情況；需要說明的是，只要采用的是電鍍沉淀技術，那么所采用的焊料一般為錫。(2)打彎。又被稱之為管腳成型，當鑄模已經成型之后，集成電路的條帶便會被置于管腳去邊成型工具當中，然后會對管腳進行加工，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，就是把實現設計好的圖案，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，由于測試設備比較昂貴，因而會對產能造成影響。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，實際就是將需要進行測試的集成電路，置于自動測試設備上，開展單芯片測試。在實際測試時，快速把各集成電路插入到測試儀所對應的電氣連接小孔當中，而在各個小孔當中，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，能夠完成電學測試。而對于外觀檢測來講，實際就是檢測人員用顯微鏡對各完成封裝的芯片進行觀察，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。按照特定數量裝于小包裝的箱子當中，比如將2 000片芯片裝于一個小包裝當中，而在箱子的外邊，先將條碼、芯片信息打印在上面；然后把小包裝依據訂單，裝于大包裝當中，這樣能為運輸提供方便；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確的發貨地址。

10 結語

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