一文看懂芯片的封装工艺（传统封装篇）-创站实验室

今天这期，懂芯小枣君重点来聊聊封装的片的篇具体工艺流程。

之前介绍了，封装封装封装有很多种形式，工艺包括传统封装和先进封装。传统

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不同的懂芯封装，流程和工艺不一样。片的篇我整个写完之后，封装封装发现字数太多（1万多字）。工艺为了降低阅读难度，传统我决定拆成两篇（传统封装篇、懂芯先进封装篇）来发。片的源码下载篇

今天先发的封装封装，是工艺传统封装篇。

传统封装的传统工艺流程

传统封装，大致流程是这样的：

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我们一个个来看。

减薄

传统封装的第一步，是对晶圆进行减薄（）——通过研磨晶圆背面的方式，减少晶圆的厚度（从原始的免费模板600–800μm减薄到几十至一百μm，甚至更薄）。

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减薄的目的主要有三个：

一是减小芯片的尺寸，满足封装的要求。

二是获得更好的散热效果。

三是提升电学性能，降低寄生效应（芯片过厚会增加寄生电容和信号传输延迟）和导通电阻。

减薄也需要注意，源码库避免影响晶圆的机械强度，否则可能导致晶圆在后面的工艺中发生破裂。另外，减薄过程中产生的热应力，也可能导致晶圆弯曲、报废。

目前减薄所采用的工艺，就是晶圆制造那期说的CMP机械化学研磨那些。

减薄ing

切割（划片、锯切、模板下载划裂）

减薄之后，要开始正式切割（Dicing）了。

切割前，在晶圆的正面覆盖一层保护蓝膜，以防止在切割过程中晶粒受损。

晶圆非常脆弱。随着时间的推移，芯片的精密度越来越高，晶圆上芯片的间隙越来越小，对切割技术的要求也就随之增加。

早期常用的建站模板切割方式，是机械切割。通过高速旋转的超薄金刚石刀片，沿着晶圆上预先设定的沟槽（即晶圆划线），就可以完成切割。

切割过程中，会用纯水冲洗，进行冷却，同时去除碎屑。

机械切割比较简单、成本较低，但是，服务器租用切割精度不高、速度慢、容易出现崩边等问题，所以，逐渐被淘汰。

后来，就有了激光切割，也就是通过高能量激光束进行切割。

激光切割也分为全切和隐切两种。

全切：激光束直接照射在晶圆表面，贯穿整个晶圆厚度，完全切断晶圆。这种方法切割速率极快，但会产生碎屑和热量，需要进行清理和冷却。

隐切：分为两步，首先使用激光束聚焦于晶圆的内部，在晶圆内部形成微细的裂纹，而表面保持完整。然后，通过机械手段，均匀拉伸贴在晶圆背后的胶带。随着胶带的扩展，晶圆上的单个芯片沿着激光预切割的路径分离开来，完成切割。

激光隐切避免了传统激光切割的热损伤问题，非常适用于超薄半导体硅片的高速和高质量切割。

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再后来，又出现了等离子切割。

它通过将气体等离子化，使等离子与切割道内的硅反应，完成切割。

等离子切割速度快、损伤小，特别适用于超小尺寸芯片的切割。同时，它可以减少切割道的宽度，增加圆片设计的芯片数量，进一步降低芯片成本。

贴片（粘连、粘接）

晶粒切割下来之后，需要进行贴片（粘连，Die Attach）。

传统封装的贴片，是把晶粒和封装基板（Substrate）粘接起来。

封装基板，又叫IC载板，是一种特殊的PCB印刷线路板。

它具有高密度、高精度、轻薄化的特点，能够为芯片起到支撑、连接、散热和保护的作用。

传统封装中常用的粘接方式包括胶粘剂粘接、焊接粘接、共晶粘接。

环氧树脂，是常用的有机胶粘剂。通过热固化，可以达到粘接目的。

环氧树脂本身绝缘，如果掺入一定比例的银粉，就具备了导电的能力，变成导电胶，也称为银胶，应用更广泛。

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焊接粘接，是通过熔融焊料实现芯片与基板连接，包括软钎焊（使用低熔点的焊料，如锡铅合金）和硬钎焊（使用高熔点的焊料，如金硅合金）。

共晶粘接，利用两种或多种金属在共晶温度下形成共晶合金，来实现连接。连接强度高、导热性能好，但是工艺复杂、成本较高。

共晶粘接

贴片会用到贴片机。贴片机也有很多种，包括SMT贴片机、先进封装贴片机等。

贴片对精度的要求很高，如果发生哪怕很小的偏差，都可能导致芯片无法工作。

在贴片的过程中，也需要考虑可能造成的机械损伤，以及贴片材料可能引起的热传导问题（无法正常散热）。

（再次提醒注意：这篇讲的是传统封装。现在普遍使用的是先进封装，工艺有很大的区别。大家千万不要生搬硬套。）

焊线

贴片之后，还要将晶粒与基板进行电气连接。

传统封装都是通过金属线进行连接，所以也叫焊线工艺。

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焊线

焊接的时候，需要通过加热、加压和超声波能量，破坏表面氧化层和污染，产生塑性变形，使界面亲密接触，形成电子共享和原子扩散，从而形成稳定的焊点。

热超声焊过程

焊线所使用的材料，一般是金、银、铜、铝。

黄金具有导电性能好、化学性能稳定、球焊速度快、抗氧化、不与酸和碱发生反应等优点，但价格昂贵，使用占比在不断下降。

银比金便宜，但也还是有点贵。

铝虽然成本较低，但稳定性较差，良率相对较低。

铜的成本和性能比较均衡，目前使用较为普遍（尤其是在中低端产品）。

高密度引线的示例

清洗、光检

清洗就不用说了。

检测，除了借助低倍放大镜对产品外观进行检查之外，还可以进行AOI（自动光学检测）。

AOI检测

AOI具有三大显著优势：

一是检测效率特别高，可实现每分钟数百个元器件的全检。

二是具备量化检测能力，能记录缺陷尺寸、位置等数据，便于工艺追溯与改进。

三是可以检测人眼难以识别的微观缺陷，如焊点虚焊、微裂纹等。

在半导体封测领域，AOI一般有四次（四道）。

第一道光检是晶圆检测，第二道光检是颗粒外观缺陷检测，第三道光检贴片/引线键合检测（就是现在这次），第四道光检是塑封外观检测（待会会做）。

模封（塑封、注塑）

下一步，就要进行模封。

这里要说一下，根据材料的不同，封装可以分为塑料封装、陶瓷封装和金属封装三种类型。

陶瓷封装和金属封装的密封性好、散热性好，但价格昂贵、生产周期长，所以主要用于航空航天和军事领域。

塑料封装的散热性、稳定性、气密性相对较差，但是重量轻、体积小、价格便宜，所以目前仍然是民用商业化领域的主流选择。

我国半导体封装中，有90%以上采用塑料封装。而在塑料封装中，有97%以上利用环氧塑封料作为包封材料。

环氧塑封料（Epoxy Molding Compound ，简称EMC），全称为环氧树脂（就是前面贴片工艺提到的那个）模塑料，是用于半导体封装的一种热固性化学材料。它能够很好地保护芯片，免受外界环境（水汽、温度、污染等）的影响，实现导热、绝缘、耐湿、耐压、支撑等复合功能。

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模封有转移成型和液态封装两种工艺。前者，是将环氧树脂塑封料熔融，在压力和温度的作用下，注入模具中，把裸芯片给封起来。后者，主要用于超薄或柔性封装。

为确保芯片的稳定性和安全性，在一些特殊需求下，会在其上安装一个金属保护盖，这一过程称为Lid Attach。此保护盖通常采用散热性能优异的合金制成。

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去溢料（去飞边）

模封之后，还要经过去溢料（De-flash）工艺，目的是去除模封后在芯片周围的溢料。

去溢料的方法，主要是弱酸浸泡，高压水冲洗。

后固化

去溢料之后，是后固化（Post-Mold Cure）工艺，在150–180°C下烘烤数小时，使塑封材料完全固化，提升机械强度。

植球

对于传统封装里的BGA（球栅阵列）封装，还要在芯片表面精确地放置焊料球（锡球），以实现芯片与电路板之间的电气连接。这个工艺叫做植球。

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这个球不是直接往基板上焊的，会用到锡膏或者助焊膏。

先用锡膏印刷到焊盘上，再在上面加上一定大小的锡球。这时，锡膏会粘住锡球。通过加热升温，可以让锡球的接触面更大，使锡球的受热更快更全面。这就使锡球熔锡后与焊盘焊接性更好，降低虚焊的可能性。

（下期我们讲先进封装Bumping凸点工艺的时候，还会再讲到焊球。）

电镀（浸锡）

为了提升管脚的导电性、可焊性并增强其耐腐蚀性，减少外界环境潮湿和热的影响，会利用金属和化学的方法，在管脚上镀上一层锡、镍、钯、金等材料。

现在因为欧盟Rohs的要求，一般都采用无铅电镀，用的是99.95%的高纯度锡（Tin）。

无铅电镀后的产品，会要求在高温下烘烤一段时间（退火），消除电镀层潜在的晶须生长（Whisker Growth）问题。

切筋、成型（打弯）

切除多余框架材料。对于有引脚的封装类型（如SOP、QFP），需要将引脚弯折成标准形状。

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成品测试

在封装完成之后，会再次进行测试。

在封装工艺之前的测试，是晶圆检测（CP ，Circuit Probing），又称中测。

在封装工艺之后的测试，是成品测试（FT ，Final Test），又称终测。

成品测试是针对封装好的芯片，进行设备应用方面的全面检测。这是一个重要环节，旨在确保芯片在正式出货前，其功能和质量均达到预期标准。

与CP测试类似，FT测试同样依赖于ATE自动测试机台设备，同时辅以测试版和分选机等工具，共同确保测试的精准度和效率。

为了弥补ATE测试在复杂度和故障覆盖率方面的不足，还会引入SLT系统级测试。

SLT测试基于芯片的实际应用场景进行设计，通过精心打造的测试板和严谨的测试流程，力求模拟出真实的业务流环境，从而将芯片产品的缺陷率降至更低，提升用户的信任度。

打标

测试结束之后，可以打标（Marking）了。

通过激光打印的方式，在芯片表面印上芯片生产商的Logo、产品名称、生产批次等信息，方便后续使用过程中的辨识。

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出厂

根据客户的要求，将待测品从标准容器内分类包装到客户指定的包装容器内，并粘贴必要的商标，就可以发货出厂。要么是零售，要么是发给OEM厂商。