半導(dǎo)體芯片組裝方法

半導(dǎo)體封裝方法主要分為傳統(tǒng)封裝和晶圓級(jí)封裝。傳統(tǒng)封裝組裝方法有其特定的流程，以塑料封裝（包含引線框架封裝和基板封裝）為例，其組裝步驟可分為多個(gè)部分。在組裝之前，需要先進(jìn)行晶圓制造（Wafer Fabr ication）、晶圓檢測(cè)/分選（wafer Probe/Sorting）等前置工序。在芯片組裝（Assemble）環(huán)節(jié)，涉及到將芯片放置到特定的封裝結(jié)構(gòu)中。例如，在引線框架封裝中，要把芯片安裝到引線框架上；在基板封裝中，則是將芯片安裝到基板上，這兩種封裝工藝的前半部分流程相同，而后半部分流程則在引腳連接方式上存在差異。之后還會(huì)進(jìn)行如密封（Post Mold Cure）、修剪（Trim）、成型（Form）、電鍍（Plating）等操作，再經(jīng)過老化（Burn In）、初始測(cè)試（Initial Test）以及最終測(cè)試（Final Test）等工序，最終得到成品（Finish Goods）。整個(gè)過程是在高度受控的干凈環(huán)境中進(jìn)行，以避免空氣中的外來顆粒對(duì)芯片造成影響。晶圓級(jí)封裝也有其自身的一套組裝邏輯和流程，不過同樣是圍繞著將芯片進(jìn)行有效的封裝和連接等操作來展開的，目的是將芯片與外界驅(qū)動(dòng)電路及其他電子元器件相連，同時(shí)為芯片提供支持和保護(hù)。

半導(dǎo)體芯片組裝常見問題

一、工藝方面

1. 芯片貼合問題

• 在將芯片貼合到基板或引線框架上時(shí)，如果貼合的精度不夠，可能會(huì)導(dǎo)致芯片與連接部分接觸不良。例如，在高精度的芯片組裝中，芯片與引腳的連接需要精確到微米級(jí)別，稍有偏差就可能影響芯片的電氣性能。這種偏差可能是由于貼片機(jī)的精度不夠，或者在操作過程中受到震動(dòng)等外界因素干擾。

• 貼合過程中的壓力控制也非常關(guān)鍵。如果壓力過大，可能會(huì)損壞芯片的脆弱結(jié)構(gòu)，如芯片內(nèi)部的線路或焊點(diǎn)；而壓力過小，則可能導(dǎo)致貼合不牢固，在后續(xù)的使用過程中出現(xiàn)芯片松動(dòng)的情況。

2. 引線鍵合問題

• 引線鍵合是芯片與外部連接的重要方式。鍵合的質(zhì)量直接影響芯片的電氣連接性。鍵合點(diǎn)的形狀、大小和位置都需要嚴(yán)格控制。如果鍵合點(diǎn)過大，可能會(huì)導(dǎo)致相鄰鍵合點(diǎn)之間短路；如果鍵合點(diǎn)過小或者形狀不規(guī)則，則可能會(huì)造成連接電阻過大，影響信號(hào)傳輸。

• 鍵合過程中的金屬絲（如金線）的質(zhì)量也很重要。金屬絲的純度、直徑和強(qiáng)度等特性會(huì)影響鍵合的穩(wěn)定性。例如，金屬絲純度不夠可能會(huì)導(dǎo)致其在鍵合過程中容易斷裂，或者在長(zhǎng)期使用過程中出現(xiàn)氧化等問題，從而影響芯片的可靠性。

二、測(cè)試相關(guān)

1. 檢測(cè)不完全

• 在芯片組裝過程中，需要進(jìn)行多次測(cè)試來確保芯片的質(zhì)量。然而，由于測(cè)試設(shè)備的局限性或者測(cè)試方法的不完善，可能會(huì)存在一些潛在的問題沒有被檢測(cè)出來。例如，一些細(xì)微的電路短路或者開路問題，可能由于測(cè)試信號(hào)的頻率或者幅度不夠，而無法被檢測(cè)到。

• 對(duì)于一些復(fù)雜的芯片功能，如高速信號(hào)處理或者多芯片集成后的協(xié)同功能測(cè)試，現(xiàn)有的測(cè)試方法可能無法全面覆蓋，導(dǎo)致一些功能缺陷的芯片流入下一個(gè)工序或者最終成品中。

2. 測(cè)試環(huán)境影響

• 測(cè)試環(huán)境的溫度、濕度和電磁干擾等因素也會(huì)對(duì)測(cè)試結(jié)果產(chǎn)生影響。例如，在高溫環(huán)境下測(cè)試芯片的性能，可能會(huì)導(dǎo)致芯片的某些參數(shù)超出正常范圍，而實(shí)際上在正常使用環(huán)境下這些參數(shù)是正常的。如果測(cè)試環(huán)境中的電磁干擾較大，可能會(huì)干擾測(cè)試信號(hào)，使得測(cè)試結(jié)果不準(zhǔn)確，誤判芯片的質(zhì)量。

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三、材料兼容性

1. 封裝材料與芯片的兼容性

• 封裝材料（如塑料、陶瓷或金屬外殼）如果與芯片的材料不兼容，可能會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。例如，某些塑料封裝材料中的化學(xué)物質(zhì)可能會(huì)侵蝕芯片表面的金屬層，導(dǎo)致芯片的電氣性能下降。這種化學(xué)侵蝕可能是緩慢的，在芯片使用一段時(shí)間后才會(huì)顯現(xiàn)出問題，影響芯片的使用壽命。

2. 不同連接材料之間的兼容性

• 在芯片組裝中，會(huì)用到多種連接材料，如焊料、導(dǎo)電膠等。如果這些材料之間的兼容性不好，可能會(huì)導(dǎo)致連接失效。例如，焊料與芯片引腳的金屬涂層之間如果不能很好地融合，可能會(huì)形成虛焊，影響芯片的電氣連接穩(wěn)定性。

半導(dǎo)體芯片保護(hù)措施

一、靜電防護(hù)

1. 靜電產(chǎn)生的危害

• 絕大多數(shù)半導(dǎo)體器件都是靜電敏感器件。在半導(dǎo)體器件的生產(chǎn)、傳遞、包裝、運(yùn)輸、貯存、使用等各環(huán)節(jié)都可能產(chǎn)生靜電。例如，工作服與工作臺(tái)面、座椅摩擦?xí)r，可在服裝表面產(chǎn)生6000V以上的靜電電壓；橡膠或塑料鞋底與地面摩擦、運(yùn)輸時(shí)器件表面與包裝材料摩擦、用高分子材料制作的各種料盒等因摩擦、沖擊都會(huì)產(chǎn)生靜電，而設(shè)備內(nèi)的高壓變壓器等也會(huì)感應(yīng)出靜電。靜電的危害主要包括靜電吸附和靜電放電（ESD）造成電擊穿。靜電吸附會(huì)使工作場(chǎng)所的浮游塵埃吸附于芯片表面，改變線條間的阻抗，影響半導(dǎo)體器件的功能與壽命。靜電放電可能造成器件硬擊穿或軟擊穿，引起元器件的電擊穿是靜電危害的主要方式，可能造成如熱二次擊穿、金屬鍍層熔融、介質(zhì)擊穿、氣弧放電、表面擊穿、體擊穿等損傷，而且靜電損傷具有隱蔽性、潛在性和累積性、隨機(jī)性、復(fù)雜性等特點(diǎn)。

2. 靜電防護(hù)措施

• 防靜電設(shè)計(jì)：在半導(dǎo)體器件的設(shè)計(jì)中，應(yīng)在器件內(nèi)部設(shè)置靜電防護(hù)元件，提供適當(dāng)?shù)妮斎氡Ｗo(hù)，使其避免ESD的傷害。常用的防護(hù)元件有電阻 - 二極管防護(hù)網(wǎng)絡(luò)、電容、雙極晶體管、可控硅整流器等。

• 控制靜電放電：從控制靜電的產(chǎn)生和促使靜電的消除兩方面入手?？刂品ㄊ菍?duì)工藝流程中材料的選擇、裝備安裝和操作管理等過程采取預(yù)防措施，抑制靜電電位和放電能量；泄漏法采用邊產(chǎn)生邊泄漏的辦法防止靜電荷的聚集，如通過靜電接地使電荷向大地泄漏；屏蔽法采用接地的屏蔽罩把帶電體與其他物體隔離開；復(fù)合中和法是用靜電消除器所產(chǎn)生的正負(fù)離子來中和帶電體的電荷。

• 具體防靜電設(shè)施：如埋設(shè)防靜電地線，應(yīng)獨(dú)立埋設(shè)，距建筑物和設(shè)備地20m以外，至少三點(diǎn)接地，接地電阻小于10Ω；鋪設(shè)防靜電地線，使用多股銅芯絕緣線，每個(gè)工作間設(shè)檢查點(diǎn)；鋪設(shè)防靜電地板，其下層為導(dǎo)電層與防靜電地連接，上層為絕緣防靜電產(chǎn)生層；使用防靜電工作臺(tái)面，采用特定表面電阻的材料，可通過專用靜電手環(huán)導(dǎo)線接地等。

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二、過流和過壓保護(hù)

1. 抗浪涌過流保護(hù)（TVS保護(hù)）

• 使用TVS保護(hù)器件，使電路或芯片免受電源或靜電等引發(fā)的電路浪涌過流的損害。當(dāng)電路中出現(xiàn)瞬間的高電流（如電源的突然接通或斷開、雷擊等情況引起的浪涌電流）時(shí)，TVS保護(hù)器件能夠迅速響應(yīng)，將多余的電流分流到地，從而保護(hù)芯片內(nèi)部的電路結(jié)構(gòu)不被過大的電流燒毀。

2. 其他過壓保護(hù)措施

• 對(duì)于芯片可能遇到的過壓情況，除了TVS保護(hù)器件外，還可以在電路設(shè)計(jì)中采用穩(wěn)壓二極管等元件。穩(wěn)壓二極管在正常電壓下處于截止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)電壓超過其穩(wěn)壓值時(shí)，它會(huì)導(dǎo)通，將多余的電壓鉗位在一個(gè)安全范圍內(nèi)，防止過高的電壓施加到芯片上，避免芯片內(nèi)部的晶體管等元件被擊穿。

三、物理保護(hù)

1. 封裝保護(hù)

• 半導(dǎo)體封裝是將制作好的半導(dǎo)體器件放入具有支持、保護(hù)的塑料、陶瓷或金屬外殼中。這種封裝外殼可以防止芯片受到外界的物理碰撞、劃傷等機(jī)械損傷。例如，在一些惡劣的使用環(huán)境中，如在工業(yè)設(shè)備或者移動(dòng)設(shè)備中，芯片可能會(huì)受到震動(dòng)、撞擊等情況，封裝外殼能夠起到緩沖和保護(hù)的作用。

• 封裝還可以防止芯片受到灰塵、水分等污染物的侵蝕。對(duì)于一些高精度的芯片，灰塵顆?？赡軙?huì)導(dǎo)致短路或者干擾芯片的正常工作，而水分可能會(huì)引起芯片的腐蝕或者短路，封裝能夠?qū)⑿酒c外界環(huán)境隔離開來，確保芯片的正常運(yùn)行。

2. 芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)加固

• 在芯片的設(shè)計(jì)和制造過程中，可以采用一些技術(shù)來加固芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。例如，采用更堅(jiān)固的材料或者更合理的芯片布局結(jié)構(gòu)，以提高芯片在受到外力或者溫度變化等情況下的穩(wěn)定性。對(duì)于一些多層結(jié)構(gòu)的芯片，合理設(shè)計(jì)層間的連接和支撐結(jié)構(gòu)，可以防止芯片在受到壓力時(shí)發(fā)生層間分離等損壞情況。

芯片封裝清洗劑選擇：

水基清洗的工藝和設(shè)備配置選擇對(duì)清洗精密器件尤其重要，一旦選定，就會(huì)作為一個(gè)長(zhǎng)期的使用和運(yùn)行方式。水基清洗劑必須滿足清洗、漂洗、干燥的全工藝流程。

污染物有多種，可歸納為離子型和非離子型兩大類。離子型污染物接觸到環(huán)境中的濕氣，通電后發(fā)生電化學(xué)遷移，形成樹枝狀結(jié)構(gòu)體，造成低電阻通路，破壞了電路板功能。非離子型污染物可穿透PC B 的絕緣層，在PCB板表層下生長(zhǎng)枝晶。除了離子型和非離子型污染物，還有粒狀污染物，例如焊料球、焊料槽內(nèi)的浮點(diǎn)、灰塵、塵埃等，這些污染物會(huì)導(dǎo)致焊點(diǎn)質(zhì)量降低、焊接時(shí)焊點(diǎn)拉尖、產(chǎn)生氣孔、短路等等多種不良現(xiàn)象。

這么多污染物，到底哪些才是最備受關(guān)注的呢？助焊劑或錫膏普遍應(yīng)用于回流焊和波峰焊工藝中，它們主要由溶劑、潤(rùn)濕劑、樹脂、緩蝕劑和活化劑等多種成分，焊后必然存在熱改性生成物，這些物質(zhì)在所有污染物中的占據(jù)主導(dǎo)，從產(chǎn)品失效情況來而言，焊后殘余物是影響產(chǎn)品質(zhì)量最主要的影響因素，離子型殘留物易引起電遷移使絕緣電阻下降，松香樹脂殘留物易吸附灰塵或雜質(zhì)引發(fā)接觸電阻增大，嚴(yán)重者導(dǎo)致開路失效，因此焊后必須進(jìn)行嚴(yán)格的清洗，才能保障電路板的質(zhì)量。

合明科技研發(fā)的水基清洗劑配合合適的清洗工藝能為芯片封裝前提供潔凈的界面條件。

合明科技運(yùn)用自身原創(chuàng)的產(chǎn)品技術(shù)，滿足芯片封裝工藝制程清洗的高難度技術(shù)要求，打破國(guó)外廠商在行業(yè)中的壟斷地位，為芯片封裝材料全面國(guó)產(chǎn)自主提供強(qiáng)有力的支持。

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