半導體技術論文

　　隨著對半導體材料的研究,半導體技術成為一種重要的技術,在推動經濟發(fā)展的過程中,起著重大的作用。這是學習啦小編為大家整理的半導體技術論文，僅供參考!

　　半導體器件封裝技術篇一

　　[摘要]半導體器件封裝技術是一種將芯片用絕緣的塑料、陶瓷、金屬材料外殼打包的技術。封裝技術對于芯片來說是必須的,也是非常重要的。

　　[關鍵詞]半導體器件 封裝技術

　　“半導體器件封裝技術”是一種將芯片用絕緣的塑料、陶瓷、金屬材料外殼打包的技術。以大功率晶體三極管為例,實際看到的體積和外觀并不是真正的三極管內核的大小和面貌,而是三極管芯片經過封裝后的產品。封裝技術對于芯片來說是必須的,也是非常重要的。因為芯片必須與外界隔離,以防止空氣中的雜質對芯片電路的腐蝕而造成電氣性能下降。另一方面,封裝后的芯片也更便于安裝和運輸。由于封裝技術的好壞直接影響到芯片自身性能的發(fā)揮和與之連接的PCB(印制電路板)的設計和制造,因此它是至關重要。

　　封裝也可以說是指安裝半導體芯片用的外殼,它不僅起著安放、固定、密封、保護芯片和增強導熱性能的作用,而且還是溝通芯片內部世界與外部電路的橋梁――芯片上的接點用導線連接到封裝外殼的引腳上,這些引腳又通過印刷電路板上的導線與其他器件建立連接。因此,對于大功率器件產品而言,封裝技術是非常關鍵的一環(huán)。

　　半導體器件有許多封裝形式,按封裝的外形、尺寸、結構分類可分為引腳插入型、表面貼裝型和高級封裝三類。從DIP、SOP、QFP、PGA、BGA到CSP再到SIP,技術指標一代比一代先進。總體說來,半導體封裝經歷了三次重大革新:第一次是在上世紀80年代從引腳插入式封裝到表面貼片封裝,它極大地提高了印刷電路板上的組裝密度;第二次是在上世紀90年代球型矩陣封裝的出現(xiàn),滿足了市場對高引腳的需求,改善了半導體器件的性能;芯片級封裝、系統(tǒng)封裝等是現(xiàn)在第三次革新的產物,其目的就是將封裝面積減到最小。高級封裝實現(xiàn)封裝面積最小化。

　　一、封裝材料

　　封裝的基材有陶瓷、金屬和塑料三種。從數(shù)量上看,塑料封裝占絕大部分,半導體塑料封裝用的材料是環(huán)氧塑封料,七十年代起源于美國,后發(fā)揚光大于日本,現(xiàn)在我國是快速掘起的世界環(huán)氧塑封料制造大國。塑料封裝多是用絕緣的環(huán)氧塑封料包裝起來,能起著密封和提高芯片電熱性能的作用。

　　二、封裝類型

　　1.金屬封裝。由于該種封裝尺寸嚴格、精度高、金屬零件便于大量生產,故其價格低、性能優(yōu)良、封裝工藝容易靈活,被廣泛應用于晶體管和混合集成電路如振蕩器、放大器、交直流轉換器、濾波器、繼電器等產品上。

　　2.陶瓷封裝。陶瓷封裝的許多用途具有不可替代的功能,特別是集成電路組件工作頻率的提高,信號傳送速度的加快和芯片功耗的增加,需要選擇低電阻率的布線導體材料及低介電常數(shù)、高導電率的絕緣材料等。

　　3.金屬-陶瓷封裝。它是以傳統(tǒng)多層陶瓷工藝為基礎,以金屬和陶瓷材料為框架而發(fā)展起來的。最大特征是高頻特性好、噪音低而被用于微波功率器件。

　　4.塑料封裝。塑料封裝由于其成本低廉、工藝簡單,并適于大批量生產,因而具有極強的生命力,自誕生起發(fā)展得越來越快,在封裝中所占的份額越來越大。目前我國環(huán)氧塑料封料年產9萬噸以上。

　　三、封裝時主要考慮的因素

　　1.芯片面積與封裝面積之比為提高封裝效率,盡量接近1:1。

　　2.引腳要盡量短以減少延遲,引腳間的距離盡量遠,以保證互不干擾,提高性能。

　　3.基于散熱的要求,封裝越薄越好。作為設備或整機的重要組成部分,器件的性能直接影響整機的整體性能。而器件制造工藝的最后一步也是最關鍵一步就是它的封裝技術,采用不同封裝技術的器件,在性能上存在較大差距。只有高品質的封裝技術才能生產出完美的產品。

　　四、主要封裝技術

　　半導體器件的封裝形式分為插入安裝式(DIP)和表面安裝式(SMD)兩大類。插入安裝式包括金屬外殼封裝、玻璃封裝、陶瓷封裝、塑料封裝和樹脂封裝等,使用較多的是塑料封裝和金屬外殼封裝。表面安裝式包括塑料封裝和樹脂封裝等,使用較多的是塑料封裝。

　　1.DIP技術

　　(Dual In-line Package),也叫直插式封裝技術,指采用直插形式封裝的器件芯片,絕大多數(shù)器件采用這種封裝形式,其引腳數(shù)一般為三條?？梢灾苯硬逶谟邢嗤缚讛?shù)的電路板上進行焊接。

　　DIP封裝具有以下特點:

　　(1)適合在PCB(印刷電路板)上穿孔焊接,操作方便。

　　(2)芯片面積與封裝面積之間的比值較大,體積也較大。

　　典型的DIP封裝晶體管形式有TO-92、TO-126、TO-220、TO-251、TO-263等,主要作用是信號放大和電源穩(wěn)壓。

　　2.SMD技術

　　SMD封裝也叫表面安裝技術,用這種形式封裝的芯片必須采用SMD(表面安裝設備技術)將芯片與主板焊接起來。采用SMD安裝的芯片不必在主板上打孔,一般在電路板表面上有設計好的相應管腳的焊點。將芯片各腳對準相應的焊點,即可實現(xiàn)與電路板的焊接。用這種方法焊上去的芯片,如果不用專用工具是很難拆卸下來的。

　　SMD封裝具有以下特點:

　　(1)適用于SMD表面安裝技術在PCB電路板上安裝布線。

　　(2)適合高頻使用。

　　(3)操作方便,可靠性高。

　　(4)芯片面積與封裝面積之間的比值較小。

　　五、封裝的作用

　　封裝(Package)對于芯片來說是必須的,也是至關重要的。封裝也可以說是指安裝半導體器件芯片用的外殼,它不僅起著保護芯片和增強導熱性能的作用,而且還是溝通芯片內部世界與外部電路的橋梁和規(guī)格通用功能的作用。封裝的主要作用有:

　　(1)物理保護。因為芯片必須與外界隔離,以防止空氣中的雜質對芯片電路的腐蝕而造成電氣性能下降,保護芯片表面以及連接引線等,使相當柔嫩的芯片在電氣或熱物理等方面免受外力損害及外部環(huán)境的影響;同時通過封裝使芯片的熱膨脹系數(shù)與框架或基板的熱膨脹系數(shù)相匹配,這樣就能緩解由于熱等外部環(huán)境的變化而產生的應力以及由于芯片發(fā)熱而產生的應力,從而可防止芯片損壞失效。另一方面,封裝后的芯片也更便于安裝和運輸。

　　(2)電氣連接。封裝的尺寸調整(間距變換)功能可由芯片的極細引線間距,調整到實裝基板的尺寸間距,從而便于實裝操作。例如從以亞微米(目前已達到0.1 3μm以下)為特征尺寸的芯片,到以10μm為單位的芯片焊點,再到以100μm為單位的外部引腳,都是通過封裝來實現(xiàn)的。封裝在這里起著由小到大、由難到易、由復雜到簡單的作用,從而可使操作費用及材料費用降低,而且能提高工作效率和可靠性,特別是通過實現(xiàn)布線長度和阻抗配比盡可能地降低連接電阻,寄生電容和電感來保證正確的信號波形和傳輸速度。

　　(3)標準規(guī)格化。規(guī)格通用功能是指封裝的尺寸、形狀、引腳數(shù)量、間距、長度等有標準規(guī)格,既便于加工,又便于與印刷電路板相配合,相關的生產線及生產設備都具有通用性。這對于封裝用戶、電路板廠家、半導體廠家都很方便。

　　六、半導體器件封裝技術發(fā)展

　　半導體器件有許多封裝形式,按封裝的外形、尺寸、結構分類可分為引腳插入型、表面貼裝型和高級封裝三類。從DIP、SOP、QFP、PGA、BGA到CSP再到SIP,技術指標一代比一代先進?？傮w說來半導體技術經歷了三次重大革新:第一次是在20世紀80年代從引腳插入式封裝到表面貼片封裝,它極大地提高了印刷電路板上的組裝密度;第二次是在20世紀90年代球型矩陣封裝的出現(xiàn),滿足了市場對高引腳的需求,改善了半導體器件的性能;芯片級封裝、系統(tǒng)封裝等是現(xiàn)在第三次革新的產物,其目的就是將封裝面積減到最小。

　　所謂封裝是指安裝半導體器件用的外殼,它不僅起著安放、固定、密封、保護芯片和增強電熱性能的作用,而且還是溝通芯片內部世界與外部電路的橋梁―芯片上的接點用導線連接到封裝外殼的引腳上,這些引腳又通過印制板上的導線與其他器件建立連接。因此,封裝對CPU和其他LSI集成電路都起著重要的作用。新一代CPU的出現(xiàn)常常伴隨著新的封裝形式的使 用。 芯片的封裝技術已經歷了好幾代的變遷,從DIP、QFP、PGA、BGA到CSP再到MCM,技術指標一代比一代先進,包括芯片面積與封裝面積之比越來越 接近于1,適用頻率越來越高,耐溫性能越來越好,引腳數(shù)增多,引腳間距減小,重量減小,可靠性提高,使用更加方便等等。

　　七、塑封器件封裝工藝簡介

　　劃片―粘片―壓焊―包封―打印―電鍍―切筋―測試―包裝―入庫

　　八、國內封裝技術存在的問題與不足

　　1.封裝技術人才嚴重短缺、急需封裝技術人員的培訓。

　　2.先進的封裝設備、封裝材料及其產業(yè)鏈滯后,配套不上且質量不穩(wěn)定。

　　3.封裝技術研發(fā)能力不足,生產工藝程序設計不周,可操作性差,執(zhí)行能力弱。

　　4.封裝設備維護保養(yǎng)能力差,缺少有經驗的維修工程師,且可靠性實驗設備不齊全,失效分析能力不足。

　　5.國內封裝企業(yè)普遍還處于規(guī)模小,技術低,從事低端產品生產的居多,可持續(xù)發(fā)展能力低,缺乏向高檔發(fā)展的技術和資金。

　　九、建議和對策

　　1.依靠技術創(chuàng)新占領高端市場,目前國內器件呈現(xiàn)兩極化的發(fā)展趨勢,即低端產品市場競爭激烈,高端市場增長迅速,產品供不應求。我們應積極進行技術研發(fā),及時向市場推出新產品,占領高端市場。

　　2.依靠高等院校,科技攻關和自然基金以及產業(yè)化項目培養(yǎng)人才,封裝目前已經成為一個支柱性的行業(yè)。封裝是一個典型的交叉學科,要提高封裝技術水平應從基礎做起,培養(yǎng)各個層次的人才,掌握核心技術。

　　3.利用外來技術帶動產業(yè)升級,目前跨國半導體企業(yè)紛紛加大在我國投資,擴大在國內的生產規(guī)模,這些國際企業(yè)制造水平處于世界領先水平,這對于提高國內器件行業(yè)整體技術水平,培養(yǎng)國內工程技術人員,進而帶動國內器件產業(yè)升級都有積極作用。

　　十、結束語

　　我國半導體器件封裝事業(yè)擔負著振興國內半導體行業(yè)的重任,面臨艱巨的挑戰(zhàn)和各種困難,半導體器件封裝技術目前還存在不少問題和困難,我們還是要堅持在科學發(fā)展中尋找解決困難的途徑,以積極的姿態(tài)、創(chuàng)新的工作,共同迎接中國半導體事業(yè)的美好明天。

　　參考文獻:

　　[1]中國半導體封裝產業(yè)調研報告.中國半導體行業(yè)協(xié)會封裝分會.2005年度,2009年度.

　　[2]半導體封裝形式介紹.百度>專業(yè)文獻/行業(yè)資料.

　　半導體封裝工藝技術的探討篇二

　　摘要：半導體生產流程由晶圓制造、晶圓測試、芯片封裝和封裝后測試組成。半導體封裝是指將通過測試的晶圓按照產品型號及功能需求加工得到獨立芯片的過程。

　　關鍵詞：半導體;封裝;工藝技術

　　中圖分類號：O471文獻標識碼： A

　　1、封裝的分類封裝(Package)種類繁多，而且每一種封裝都有它獨特的地方，它所用的封裝材料、封裝設備、封裝技術也都根據(jù)其需要有所不同。

　　(1)根據(jù)所用材料劃分半導體器件封裝形式有金屬封裝、陶瓷封裝、金屬一陶瓷封裝和塑料封裝。

　　(2)根據(jù)封裝密封性方式分為氣密性封裝和樹脂封裝兩類。他們的目的都是將晶體與外部溫度、濕度、空氣等環(huán)境隔絕，使電氣絕緣，并實現(xiàn)向外散熱及緩和應力。

　　(3)根據(jù)封裝外形、尺寸、結構分為引腳插入型、表面貼裝型和高級封裝。

　　2、封裝過程及工藝說明

　　來自晶圓前道工藝的晶圓通過芯片(Chip)切割(Saw)工藝后，被切割為小的晶片(Die)，然后將切割好的晶片貼裝(Die bond/mount)到相應的基板引線框架(Leadframe)上，用銀膠(Ag Epoxy)、焊錫等助焊劑進行粘接，再用超細的金屬(金、銅、鋁)導線或導電性樹脂將晶片的接合焊盤(Bond Pad)連接到基板的相應引腳(Lead),該工藝被稱為焊接鍵合(Wire bond);然后對獨立的晶片用塑料外殼加以封裝保護，塑封之后，還要進行后樹脂固化(Post Mold Cure)、切筋和成型(Trim&Form)、電鍍(Plating)以及測試(Test)等工藝。最后將測試的良品經過打標(Marking)和包裝(Packing)入庫出貨(Ship)。

　　(1)芯片切割(Wafer Saw)工藝

　　芯片切割工藝是將wafer上連接在一起的芯片，經切割機切割分離開，主要操作是貼膜、切割和清洗。貼膜是用藍、白膜將wafer 固定在繃環(huán)上，為下一步切割做準備。該工序用5MPa 的壓縮空氣為固定藍膜提供動力，用真空為承載臺吸附wafer 提供吸力，承載臺45℃的溫度使藍、白膜和wafer 及繃環(huán)更好的粘貼在一起。芯片切割是對貼膜后的wafer 進行切割。該工序使用5MPa 的壓縮空氣為主軸提供懸浮動力，真空為承載臺提供吸附力，參入二氧化碳的高純水對切割中的芯片進行靜電防護。清洗主要是對切割后的wafer 進行清洗，使劃片后的芯片表面無硅渣等異物殘留，以免影響后續(xù)壓焊及產品質量。

　　(2)貼片(Die bond/mount)工藝

　　貼片工藝分為熱焊接和冷焊接。熱焊接是在氮氫混合氣的保護下，用錫銀銻焊料將芯片粘貼到框架上，以保護芯片在工作狀態(tài)下散熱良好，冷焊接則不需要氣體的保護而進行，但在焊接完成后要進行固化烘干。粘片機使用壓縮空氣為進料和出料氣缸提供動力，用1︰10、1 ：5的氮氫混合氣對框架進行保護和還原。貼片工序主要由加熱、不加熱，點錫、膠，壓模，貼片四部分組成。加熱由長距離的軌道在傳送時完成，其加熱溫度為380℃左右，根據(jù)不同產品溫度稍有變化;點錫是在高溫的框架上將定量的焊錫熔在框架設定的位置上;壓模是在貼片前對熔解的焊錫進行整形，使貼片后錫層厚度，芯片的傾斜度能更好的控制在工藝范圍內，以保證芯片工作時散熱良好;點膠是在不加熱的軌道上進行的。貼片是將藍膜上好的芯片通過圖像識別，用邦頭吸取并貼在框架熔有焊錫、銀膠的位置上，使芯片與框架通過焊錫、銀膠焊接起來。

　　(3)焊接鍵合(Wire Bond)工藝

　　W/B在封裝工藝中最為關鍵。其運用超聲壓焊技術，用鋁線，金線或銅線將芯片與引線管腳連接起來。超聲壓焊是利用壓焊臺的換能器將電能轉化為機械能。超聲機械能通過劈刀使焊線和焊接面摩擦，除去焊接表面的氧化層并使焊接面發(fā)生塑性形變，同時互相擴散，形成良好的分子鍵合完成焊線和焊接面的焊接。焊接鍵合的成功與功率(Power)，時間(Time)，壓力(Force)和溫度(Temperature)相關，功率過大會使芯片彈坑(Crater)，過小會有虛焊，壓力過大會使芯片壓碎，過小也會虛焊，時間過長會使焊接過焊，在焊點兩側燒灼色，過小也將造成虛焊，因此好的鍵合需要根據(jù)芯片表面的鋁層，焊線的線徑制定出合理的參數(shù)，既能保證焊接良好，又不損壞芯片。在以上基礎上還要有一定的軌道基板溫度來實現(xiàn)焊接的完成。

　　(4)塑封(Mold)工藝

　　將鍵合后的芯片用塑料材料(EMC)包裝封閉，可以保護和隔熱。塑封工藝流程為：a、排片：用排片機將鍵合好的產品從料盒中拉至預熱臺;b、上料：用上料架將預熱好的整?？蚣芊胖糜谒芊饽＞邇?c、合模加壓：操作包封機，合閉上下模具，使模具內形成型腔;d、塑封料加熱：操作高頻預熱機，將塑封料軟化;e、加料：將軟化好的塑封料通過料筒添加至模具中;f、注塑：操作塑封壓機，用注塑組件將塑封料推擠至型腔中;g、塑封料固化：在180℃條件下，通過90 到150 秒使塑封料從玻璃化狀態(tài)轉為固態(tài);h、下料：將整模框架從模具上拿下，并將產品從塑料體上剝離。

　　(5)后固化工藝

　　后固化就是對塑封產品進行深度處理，使產品上的塑料粉更充分的粘結，使器件發(fā)揮最佳性能。后固化工藝流程：a、設備操作：設置烘箱加熱時間和加熱溫度;b、進料：待烘箱溫度穩(wěn)定在170℃時，佩戴耐高溫絕熱手套將產品連同老化盒放入烘箱中;c、出料：后固化4 小時后打開烘箱，佩戴耐高溫絕熱手套取出產品。

　　(6)電鍍(Plating)工藝

　　產品塑封完成后要去溢料，表面鍍錫。先將產品放入盛有軟化劑的不銹鋼軟化槽內，加熱到105 度。根據(jù)產品溢料嚴重情況加熱30至120 分鐘，將產品背部散熱片及其它部位的溢料泡軟。然后放入盛有清水的不銹鋼槽內，將框架表面的軟化劑清洗干凈，進入去溢料工序。將框架逐條放在去溢料機的進料軌道槽內，要求框架背部散熱片朝向操作者，鋼帶將產品帶入高壓水槽內，利用高壓水將框架上的溢料去除干凈。然后鋼帶將框架帶入吹干槽內吹干，再帶入烘干槽內烘干，然后下料進入鍍錫。將框架按照框架背部散熱片向外的原則將框架掛在掛架上。然后將掛架掛在軌道掛具上，以此經過除油槽、熱純水洗槽、冷純水洗槽、去氧化槽、二道自來水洗槽、一道自來水洗槽、二道純水洗槽、一道純水洗槽、酸預浸槽、鍍錫槽、二道自來水洗槽、一道自來水洗槽、中和槽、二道自來水洗槽、一道自來水洗槽、二道熱純水洗槽、一道熱純水洗槽、烘干槽。再將產品放入烘箱內，溫度設定175 度，烘烤1 小時，以消除鍍錫應力。

　　(7)切筋和成型(Trim&Form)工藝

　　切筋切斷是用切筋切斷設備將整條已電鍍的產品分割成型的過程。切筋切斷工藝流程：a、上料：將檢驗合格的產品按正確方向放到料盒內，并將料盒推入上料軌道中;b、沖切：操控自動沖切系統(tǒng)，將沖切軌道中的產品切割。成型是在切筋工藝完成后對產品的引腳成型的過程，以達到工藝需要求的形狀。

　　(8)測試(Test)工藝

　　測試工序：將切筋切斷好的產品按料管放入分選機上料槽內，根據(jù)產品測試規(guī)范連接好相應的測試機，然后打開相應測試站，產品依次經過1、2、3 測試站，最后分選機將合格產品根據(jù)分檔要求分別放入不同的下料槽內，測試完成。

　　(9)打標(Marking)工藝

　　打標是利用激光打標機將測試后的良性產品刻蝕上標記。打標工藝流程：a、設備預熱：打開設備氪燈開關，等待5 分鐘，設備進入穩(wěn)定工作狀態(tài);b、編程：使用標記軟件，按生產要求編輯標記內容;c、上料：按方向將產品放置于軌道上;d、標記：利用高能激光刻蝕塑封體表面，使塑封體表面留下痕跡;e、下料：將打標后的產品放置于傳遞盒之內。

　　(10)包裝(Packing)工藝

　　包裝是將測試，打標通過的產品根據(jù)不同檔位分開，按客戶的包裝規(guī)范要求裝料釘，裝盒，貼標簽，裝箱，貼標簽，打包，入庫，包裝完成。

　　3、結束語

　　綜上，封裝(Package)對芯片來說是必須也是至關重要的。封裝也可以說是安裝半導體集成電路芯片用的外殼，它不僅可以保護芯片、增強導熱性能，還有溝通芯片內部世界與外部電路的橋梁和規(guī)格通用的功能。因此我們只有熟練掌握各種封裝工藝，才能在以后的工作中提高效率，保證質量，并做到精益求精。