半導(dǎo)體封裝技術(shù)及裝備研究

趙熙

摘要：半導(dǎo)體封裝技術(shù)的發(fā)展是人類社會(huì)進(jìn)步的重要標(biāo)志，它是一種新的實(shí)用技術(shù)，在工業(yè)領(lǐng)域中具有廣泛的應(yīng)用前景。本文主要介紹了幾種不同類型的半導(dǎo)體封裝的制備方法，以及對(duì)其的優(yōu)缺點(diǎn)的研究與探討。

關(guān)鍵詞：半導(dǎo)體;封裝技術(shù);裝備研究

引言

目前，我國(guó)的半導(dǎo)體封裝產(chǎn)業(yè)處于高速成長(zhǎng)期，但是在其生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品質(zhì)量上仍然存在許多問題，所以需要對(duì)半導(dǎo)體封裝的基本理論進(jìn)行深入的研究與分析，并結(jié)合實(shí)際的工作環(huán)境，設(shè)計(jì)出一個(gè)高精度的、高效率的集成電路板。為今后的科研工作者提供一定的參考價(jià)值。

一、半導(dǎo)體封裝概述

在半導(dǎo)體封裝的過程中，需要對(duì)其進(jìn)行封裝，這樣可以方便對(duì)其的操作和控制。在這個(gè)時(shí)候，就必須要把它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部的電路結(jié)合起來，從而使它的性能得到提升。半導(dǎo)體封裝的核心技術(shù)就是一種新型的無源器件，具有很好的耐高溫性，并且能夠很好的抵抗外界的干擾和溫度的變化;而且還能與其它的材料相配合，使其體積更小，重量更輕。目前，我國(guó)對(duì)于半導(dǎo)體的研究已經(jīng)有了很大的進(jìn)步與發(fā)展，但是由于國(guó)內(nèi)的制造工藝較落后以及生產(chǎn)設(shè)備的不足等原因，使得現(xiàn)在的RFID的應(yīng)用范圍比較小。

二、半導(dǎo)體封裝工藝現(xiàn)狀及問題分析

目前，我國(guó)已經(jīng)能夠生產(chǎn)出了具有高功率、高效率的半導(dǎo)體封裝設(shè)備，其主要的特點(diǎn)是體積小、重量輕。但是由于其制造工藝復(fù)雜，成本較高，所以在實(shí)際應(yīng)用中還存在著許多問題。例如：（1）在封裝過程中，需要對(duì)器件進(jìn)行保護(hù)，避免器件受到損壞，從而影響產(chǎn)品的質(zhì)量;（2）半導(dǎo)體封裝的材料大多為金屬，因此容易產(chǎn)生腐蝕現(xiàn)象，并且會(huì)導(dǎo)致電路的損耗增大;（3）半導(dǎo)體封裝的元器化的使用壽命較短，而且對(duì)環(huán)境要求很嚴(yán)格，這也是造成其在實(shí)際運(yùn)用中的弊端。這些缺陷的出現(xiàn)都是因?yàn)闆]有達(dá)到環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，而這也正是人們所關(guān)注的重點(diǎn)。為了解決這一弊端，可以從以下幾個(gè)方面入手：第一，提高能源利用率，降低污染，實(shí)現(xiàn)綠色化。第二，加強(qiáng)對(duì)環(huán)境保護(hù)的管理力度，減少不必要的浪費(fèi)和破壞。第三，加大科研投入，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整與優(yōu)化。第四，注重人才的培養(yǎng)和引進(jìn)。第五，完善相關(guān)法律法規(guī)，保障企業(yè)的合法權(quán)益。

三、半導(dǎo)體封裝的特點(diǎn)

（1）半導(dǎo)體封裝的工藝簡(jiǎn)單易行，生產(chǎn)成本低。由于采用的封裝器件都是由計(jì)算機(jī)控制，所以在制造過程中不會(huì)有任何的人為干涉，而且可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作，從而大大的提高了工作效率。（2）半導(dǎo)體封裝具有很強(qiáng)的可塑性，在使用時(shí)，只需要將其燒結(jié)就能得到所需的電子元，這就使得其制作難度降低，并且還能節(jié)約大量能源。（3）半導(dǎo)體封裝是一種新型材料，它不僅僅是由一個(gè)金屬片構(gòu)成，而是多個(gè)原子組成，這樣就會(huì)使其更加美觀。同時(shí)也能夠減少對(duì)環(huán)境造成污染，使人們生活變得舒適。（4）半導(dǎo)體封裝與 傳統(tǒng)的機(jī)械加工相比，有著很大不同，它不像之前那么繁瑣，只需將各個(gè)元件焊接在一起，便可直接進(jìn)行組裝。而這種技術(shù)則不存在這些問題，因?yàn)樗∪チ藦?fù)雜的人工勞作，省去了繁瑣的手工勞動(dòng)，節(jié)省資源。

四、半導(dǎo)體器件封裝設(shè)計(jì)

本課題的主要任務(wù)是利用現(xiàn)有的技術(shù)條件，對(duì)半導(dǎo)體封裝進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和研究。首先要對(duì)半導(dǎo)體器件的封裝工藝和材料的選擇有一個(gè)全面的了解;其次要對(duì)所選的器件有一定的認(rèn)識(shí)并能熟練使用，在操作過程中能夠靈活的運(yùn)用;最后就是在PCB板上焊接一些特殊的電路板，比如說LED燈、液晶顯示屏等，這樣可以方便后期的維護(hù)和更換。

（一）結(jié)溫

結(jié)溫是指將溫度控制在一定的范圍內(nèi)，使其達(dá)到一個(gè)較高的值時(shí)，而其內(nèi)部的熱效應(yīng)會(huì)被冷卻到室溫，并產(chǎn)生的現(xiàn)象為熱輻射。半導(dǎo)體封裝的結(jié)溫主要由以下幾個(gè)部分組成：

（1）熱傳導(dǎo)：當(dāng)封裝的器件處于高溫的條件下，由于外界的加熱和氣體的膨脹等因素的影響使得材料的分子發(fā)生移動(dòng)，從而使其表面的溫度升高，這種情況下的電流就會(huì)在封裝的過程中出現(xiàn)，這就是所謂的“發(fā)熱”。（2）電導(dǎo)率：通過改變半導(dǎo)體的電阻率，就可以得到了電導(dǎo)率。它與半導(dǎo)體的厚度有關(guān)，也與外阻的大小相關(guān)，因此把它叫做“阻值”。（3）絕緣性：絕緣性的工作狀態(tài)是指外電場(chǎng)的作用下，電子從一種導(dǎo)體的表面上向另一個(gè)金屬的表面上擴(kuò)散，這個(gè)時(shí)候的載流子的濃度比較大，所以載流子的損耗也較大，這也是導(dǎo)致了載流子的損耗增大的原因之一。

（二）半導(dǎo)體封裝的關(guān)鍵性指標(biāo)

對(duì)于半導(dǎo)體封裝來說，最重要的就是器件的質(zhì)量和穩(wěn)定性，這也是衡量其性能的一個(gè)主要標(biāo)準(zhǔn)。在實(shí)際的應(yīng)用過程中，由于各種因素的影響導(dǎo)致的結(jié)果是不同的;所以，需要對(duì)其進(jìn)行嚴(yán)格的控制和管理，以確保產(chǎn)品的品質(zhì)和精度。在半導(dǎo)體封裝的工藝設(shè)計(jì)中，要考慮到以下幾個(gè)方面的問題：

（1）選擇合適的材料;（2）對(duì)原材料的選取、加工以及包裝等環(huán)節(jié)的操作都有一定的要求;（3）對(duì)所選的材料必須具有良好的耐腐蝕性，并能承受高溫。在生產(chǎn)的每個(gè)步驟中，都會(huì)產(chǎn)生大量的熱量消耗，因此為了降低這部分的損耗就要減少這些部分的損失就需要采用一些措施來提高它們的溫度值。例如：可以使用熱熔焊法來焊接，這樣既能保證了元件的壽命，又能避免了因熱應(yīng)力而造成的損壞現(xiàn)象。此外還能夠通過增加導(dǎo)電率的方法來減小導(dǎo)電的耗散。

（三）半導(dǎo)體封裝技術(shù)的主要軟件

通過軟件的控制和顯示，可以對(duì)電路板進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控和調(diào)整，同時(shí)也能對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行情況做出及時(shí)的反饋和處理。在半導(dǎo)體封裝中，其主要的軟件包括：液晶顯示器、按鍵、觸摸屏等。這些硬件設(shè)備的功能是由計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)的;而在PC上的軟件則是由電腦來完成的;而在測(cè)試過程中，也會(huì)出現(xiàn)一些問題，比如說，屏幕上的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，或者由于操作不當(dāng)導(dǎo)致的錯(cuò)誤等。

對(duì)于以上的兩種器件，它們都具有一定的優(yōu)點(diǎn)：（1）體積小，重量輕，功耗低，穩(wěn)定性高，可靠性高。（2）它的價(jià)格低廉，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。（3）其內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于維護(hù)。但是缺點(diǎn)在于，因?yàn)樗某杀据^低，而且還不能與其他的電子產(chǎn)品相提并論。所以這就使得其的應(yīng)用范圍有限。隨著電子工業(yè)的不斷發(fā)展，人們開始利用各種傳感器來對(duì)產(chǎn)品的性能以及質(zhì)量作出判斷，從而使半導(dǎo)體封裝技術(shù)得到了進(jìn)一步的提高與完善。

（四）模態(tài)驗(yàn)算

利用電子學(xué)理論，可以對(duì)半導(dǎo)體封裝的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，從而對(duì)其性能做出判斷。在實(shí)際應(yīng)用中，由于存在一些不可確定的因素影響，所以在使用過程中，需要根據(jù)具體情況，采取相應(yīng)的措施來解決這些問題。

（1）檢測(cè)器件的參數(shù)值，如電流、電壓、電阻等，并將其記錄下來，以便于下一步的計(jì)算和驗(yàn)證。（2）通過實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)某處的輸出功率較大時(shí)，會(huì)導(dǎo)致該點(diǎn)的電導(dǎo)率較低，因此可將該點(diǎn)的電導(dǎo)率降低到最小值。（3）如果某處的輸出量大于這個(gè)數(shù)值，則會(huì)造成這種現(xiàn)象，那么就應(yīng)該考慮采用某種方法來減小該點(diǎn)的變化程度。（4）當(dāng)某個(gè)地方的溫度發(fā)生變化時(shí)就必須要調(diào)整電路，使其符合要求。而對(duì)于某些特殊的區(qū)域或設(shè)備，也要注意它的溫升。因?yàn)闇厣淖饔檬怯蔁嵩匆鸬?而溫升的作用是由氣路產(chǎn)生的;但溫升的作用則與冷源無關(guān)。

（五）半導(dǎo)體封裝的模塊設(shè)計(jì)

在半導(dǎo)體封裝的設(shè)備中，主要由以下幾個(gè)部分組成：（1）光電器件：光電子是半導(dǎo)體的核心元件，它是由半導(dǎo)體的半導(dǎo)體材料制成的;（2）集成電路：通過對(duì)各種不同的電路進(jìn)行集成，形成了一種新的芯片; （3）存儲(chǔ)器：在半導(dǎo)體的生產(chǎn)過程中，需要對(duì)其內(nèi)部的信息進(jìn)行處理，從而達(dá)到保護(hù)和管理的目的;（4）控制面板：將整個(gè)PCB板的各個(gè)功能模塊都連接起來，然后再把它們連接到一起，構(gòu)成一個(gè)整體的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

封裝模塊的主要功能是將器件的內(nèi)部進(jìn)行封裝，使其具有一定的形狀和尺寸，并能與其它部件的接口相互連接。所以在設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮到不同的元器件的特性和使用環(huán)境根據(jù)，需要對(duì)元器件的類型及型號(hào)的選取作出合理的選擇;對(duì)于常用的元件來說要有良好的耐腐蝕性，便于攜帶，同時(shí)也要保證其質(zhì)量，避免不必要的損耗;對(duì)特殊的設(shè)備也可以選用通用的組件來代替。電路的集成：在完成了所有的工作后，還應(yīng)該確保系統(tǒng)能夠正常的運(yùn)行并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的通信等。因此在實(shí)際的應(yīng)用中，必須將各個(gè)部分的參數(shù)都保持一致，這樣才能達(dá)到預(yù)期的效果;而如果沒有做到這一點(diǎn)，就會(huì)造成資源的浪費(fèi)以及成本的增加等問題。所以說，為了滿足以上的要求就得遵循以下原則：盡量減少各方面的耦合作用，使各部分的性能盡可能的相近或接近于零。

結(jié)語

本文通過對(duì)半導(dǎo)體封裝的理論和方法進(jìn)行了深入的研究和分析，并結(jié)合國(guó)內(nèi)外的一些成功的半導(dǎo)體封裝設(shè)備，對(duì)其在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用效果以及發(fā)展前景做了詳細(xì)的闡述;同時(shí)，也針對(duì)其在電子電路中的重要作用，如提高器件的性能、減少功耗、降低成本等，提出了相應(yīng)的解決方案。

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項(xiàng)目名稱：基于數(shù)字仿真技術(shù)的智能制造裝備力學(xué)性能和結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究（YJ-ZK2101）