简析半导体封装生产线工艺流程

简析半导体封装生产线工艺流程

刘勇辉

身份证号码：43102319921019xxxx

摘要：半导体制造工艺过程包含前道与后道两部分。半导体前道制造工艺是复杂的工艺流程控制，动则几百步的流程，流程之间，流程与设备、批次、工艺相互影响，是半导体前道的主要特点，也是世界公认最复杂的制造过程之一。半导体后道工艺流程较简单，但由于多品种，小批量，加上分批、合批等必须步骤而导致复杂。半导体后道封装工序流程是同时具备流程型与离散型的混合型复杂制造过程。

关键词：半导体；封装生产线；工艺流程

引言

半导体是指常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料。半导体在收音机、电视机及测温上有广泛应用。半导体是指一种导电性可受控制，范围可从绝缘体至导体之间的材料。无论从科技或经济发展的角度来看，半导体的重要性都非常巨大。今日大部分电子产品，如计算机、移动电话或数字录音机中的核心单元都与半导体有着极为密切的关系。常见的半导体材料有硅、锗、砷化镓等。

一、半导体的分类

半导体材料很多，按化学成分可分为元素半导体与化合物半导体两大类。锗与硅是最常用的元素半导体；化合物半导体包括第Ⅲ与第Ⅴ族化合物（砷化镓、磷化镓等）、第Ⅱ与第Ⅵ族化合物（硫化镉、硫化锌等）、氧化物（锰、铬、铁、铜的氧化物），及由Ⅲ-Ⅴ族化合物与Ⅱ-Ⅵ族化合物组成的固溶体（镓铝砷、镓砷磷等）。除上述晶态半导体外，还有非晶态的玻璃半导体、有机半导体等。

半导体的分类按其制造技术可分为集成电路器件，分立器件、光电半导体、逻辑IC、模拟IC、储存器等大类，这些还会被分成小类。还有以应用领域、设计方法等进行分类，虽然不常用，但还是按照IC、LSI、VLSI（超大LSI）及其规模进行分类的方法。还有按照其所处理的信号，可分成模拟、数字、模拟数字混成及功能进行分类的方法。

二、半导体后道封装工艺流程

（1）磨片

也叫背面磨薄，芯片在装配前必须磨薄，磨片时需在片上喷撒上离子水，硅片被磨薄到200到500μm的厚度，较薄的硅片更容易划成小片并改善散热。更薄的芯片也减小最终集成电路管壳的外形尺寸与重量。设备自动化程度高，在半导体封装企业中现已采用自动化设备，并与划片工序在一个机器进行生产。

（2）分片

也叫划片，划片使用金刚石刀刃的划片锯把每个芯片从硅片切割下来。在划片前，将硅片从片架上取下来并放到一个固定在刚性框架的贴膜上。该贴膜保持硅片的完整性，直到下道装片工序将所有硅片小片取下来。实际当划片工序完成时，整个硅片看上去还是一整块，硅片被喷离子水的圆锯，然后用25μm厚的金刚石刀，在x与y方向分别划片。

（3）装片

也叫装架，划片后，硅片被放到盒子中，移动到装片工作区，自动贴片机从硅片上自动一次取下一片芯片，装到引线框架上，引线框架由一台自动引线框架机自动传送，引线框架机将成捆已做好的引线框架送到自动贴片机，自动贴片机根据有无墨点提供的硅片分布图数据来选出硅片上的芯片进行贴片。要在人工监视下进行，有液晶屏实时显示装片情况。一般使用环氧树脂粘贴、共晶焊粘贴与玻璃焊料粘贴。

引线框架是向下游厂家订制的。由于其规格业界已形成统一标准，除了一些特殊的新型芯片外一般不需要单独订购，因此引线框架的供应不会影响生产进度。但若是新型号的芯片，由于生产工艺需要重新定制与订购相关原材料，因此生成周期会变长。

（4）键合

将芯片表面的铝压点与引线框架上或基座上电极内端进行电气连接。键合线是铜或是±5μm。键合线是铜Au或是铝Al。通常引线直径在25μm到75μm之间。引线的标准直径是25，用在压点间距是70的芯片上。一般采用热压键合、超声键合与热超声球键合。由于芯片每个管脚都需要逐个键合，一个芯片至少两个管脚，有一些芯片管脚在300个以上，加工设备要在人工监视下进行，因此这个工序是系统的瓶颈之一。键合是生产线上设备最多的工序。

（5）塑封（塑料封装）

封装方式分成三种，传统封装、塑料封装与陶瓷封装。塑料封装方式在全世界芯片生产过程中占到封装的95%，使用环氧树脂集合物将已完成引线键合的芯片与引线框架完全包封起来。具体过程是将完成引线键合的芯片与引线框架预热，然后将其置于压模机的封装模上，压膜机启动后关闭上下模，将半融化的树脂挤入模中，待树脂填充硬化后，开模取出成品。塑料封装已成为业界主流。塑封能防止湿气入侵，起到支撑导线、散热与便于焊装的目的。关键是模具的问题。针对不同封装方式与尺寸需要选择不同的模具。模具虽然也是专用设备，但价钱适中，并不制约生产线的瓶颈。

塑封以后一直到装箱前工艺顺序不是固定的，根据设备情况与各种芯片的加工工艺路线而定，每种设备所能完成的工序也不相同。如生产双边直插阵列DIP、单边直插阵列SIP封装方式的设备，就是一起处理去飞边、打弯、测试、包装工序，还有将测试与包装工序合并在一起的一体机。

（6）去废边

也叫剪切与成型，或是去飞边。一旦塑封完成后，除了有从集成电路的管壳中伸出的为了装配到电路板上所必要的管脚，管壳周围还有多余材料，如不需要的连接材料及其部分突出树脂需去飞边的步骤。去飞边工序就是从管壳周围去除这些多余的材料。

（7）电镀

管脚成型后，接着施加上一层很薄的管脚涂层，以防止腐蚀与氧化，只要是电镀沉淀技术，通常焊料是锡。

（8）打弯

也叫管脚成型，铸模成型后的集成电路条带被放到管脚去边成型工具中，管脚加工成必要的形状，用于表面贴片（SMT）封装的L型脚与J型管脚，还有用于直插式的管脚。

（9）激光打印

根据订制的图案印在芯片上。

（10）测试

测试设备昂贵，也是影响产能的主要因素。工序段工艺描述：包括电气性能与外观检测。

电气性能测试：集成电路的测试要在自动测试设备（ATE）上进行单芯片测试。在测试过程中迅速将每个集成电路插入测试仪的电气连接小孔中，小孔中有弹性的针，被称为弹簧针，使芯片管脚通过接触这些针实现电学测试。

外观检测：检测人员使用显微镜观察每个封装好的芯片，是否有缺角等外观瑕疵。

（11）包装

将芯片包装成三种类型，料条、料盘与卷盘。料条是针对直插型的封装，料盘与卷盘只要针对贴片型的封装。设备自动化状况：设备自动化程度高。针对一些封装类型，包装与测试有时在一个设备上完成。

（12）人工装箱

工序段工艺描述：按着一定数量装到小包装的箱子里，如2000片放到一个小包装中，在箱子外边打印上条码与芯片信息，再将小包装根据订单装到大包装中，便于发货运输，并要在大包装外边打印上所有小包装的条码信息与发货地址。

结束语

通过对半导体后道生产线工艺流程的分析，可得出国内半导体生产企业已经大量采用自动化设备。但仍然存在制约生产率提高的瓶颈，未来半导体生产企业不断通过软硬件升级将会解决这些问题。

参考文献：

[1]王戟，王兵，李瑞东.半导体后段制造自动化[J].半导体行业，2010，（4）.

[2]郭雁冰，周军德。半导体封装行业ERP与MES融合初探[J].中国集成电路，2010，（6）.