半导体塑封工艺详细介绍

半导体塑封（Plastic Encapsulation）是半导体封装的关键工艺之一，主要用于保护芯片免受外界环境（如湿度、机械应力、化学腐蚀等）的损害，同时实现电气连接和散热功能。以下是半导体塑封工艺的详细介绍： 一、 塑封工艺的基本流程半导体塑封通常包括以下步骤： 1.1 晶圆切割（Dicing）目的：将已完成制造的晶圆切割成单个芯片（Die）。方法：使用激光切割或金刚石刀片切割，切割后芯片通过胶膜固定。 1.2 芯片贴装（Die Attach）目的：将芯片固定在引线框架（Lead Frame）或基板上。材料：导电胶（银胶）或非导电胶（环氧树脂）。工艺：通过点胶或印刷方式涂覆粘合剂，加热固化。 1.3 引线键合（Wire Bonding）目的：通过金属导线（金线、铜线或铝线）连接芯片焊盘与引线框架。技术：热压键合（Thermocompression Bonding）：高温加压形成连接。超声键合（Ultrasonic Bonding）：利用超声波振动实现金属间焊接。 1.4 塑封成型（Molding）核心步骤：将芯片和引线框架包裹在环氧模塑料（EMC, Epoxy Molding Compound）中。工艺方法：将EMC预加热至软化状态，注入模具中。高温（170-180°C）高压（5-10 MPa）下固化，形成保护外壳。转移成型（Transfer Molding）：压缩成型（Compression Molding）：适用于高密度或薄型封装。 1.5 后固化（Post Mold Cure）目的：进一步固化EMC，消除内部应力，提升封装可靠性。条件：在烤箱中以150-175°C烘烤数小时。 1.6 去飞边（Deflash）目的：去除塑封过程中溢出的多余材料（飞边）。方法：高压水喷射、激光或化学溶剂清洗。 1.7 电镀与打印（Plating & Marking）电镀：对引线框架进行镀锡或镀银，提高焊接性能。打印：激光或油墨打印产品标识（如型号、批次号）。 1.8 切筋成型（Trim & Form）切筋：切除引线框架的多余连接部分。成型：将引脚弯曲成特定形状（如SOP、QFP等）。 1.9 最终测试（Final Test）电性能测试、可靠性测试（如温度循环、湿度测试）。 2. 塑封材料与技术2.1 环氧模塑料（EMC）成分：环氧树脂（基体）、二氧化硅（填料）、固化剂、阻燃剂等。特性：高耐热性（Tg：玻璃化转变温度>150°C）。低吸湿性（防止分层和爆米花效应）。良好流动性（填充微小间隙）。 2.2 其他塑封材料聚酰亚胺（PI）：用于高温环境。液态塑封料（Liquid Molding Compound）：适用于复杂结构。环保材料：无卤素、无磷阻燃剂。 2.3 先进技术多芯片封装（MCP）：在同一封装内集成多个芯片。3D封装：通过塑封实现垂直堆叠（如PoP, Package-on-Package）。扇出型封装（Fan-Out）：无需基板直接塑封，提高I/O密度。 3. 塑封工艺的挑战气泡与空洞：模具设计或注塑参数不当导致，影响可靠性。分层（Delamination）：EMC与芯片/基板界面分离，需优化粘接性。翘曲（Warpage）：材料热膨胀系数（CTE）不匹配导致，需调整配方。散热问题：高功率器件需添加散热片或导热填料。 4. 应用领域消费电子：手机、电脑芯片。汽车电子：发动机控制单元（ECU）、传感器。工业与医疗：高可靠性要求的场景。 5. 未来趋势绿色材料：减少环境污染。高密度封装：适应5G、AI芯片需求。异质集成：结合不同材料（如SiC、GaN）的封装技术。 总结半导体塑封工艺通过低成本、高效率的方式为芯片提供机械保护、电气连接和散热功能，是现代电子设备小型化和高性能化的核心支撑技术。随着新材料和新工艺的发展，塑封技术将持续推动半导体行业的创新。