说起芯片,大家都知道这是一个非常高科技和专业的领域,整个生产过程特别复杂。市场上的商品一般会经历从无到有、设计、制造、包装三个阶段。芯片行业也不例外。芯片的生产过程分为三个部分,即设计、制造和封装。很多企业只参与芯片制造的一个环节。比如华为、高通、苹果、联发科只设计芯片;例如,TSMC、SMIC和华虹半导体仅制造芯片,而日月和长电科技仅封装和测试芯片。中国在封装测试领域的全球份额也将从2018年的22%跃升至2025年的32%。芯片的设计和制造引起了人们的关注。今天我们就来介绍一下芯片生产的最后一道工序——芯片封装测试。
封装是指对生产出的合格晶圆进行切割、键合和塑封,使芯片电路与外部器件电连接,并为芯片提供机械和物理保护,利用集成电路设计企业提供的测试工具对封装后的芯片进行功能和性能测试。
为什么要封考?
密封和测试意义重大。从设计到制造获得IC芯片需要很长的过程。但是芯片比较小,比较薄,如果不在外面做保护,很容易被刮伤损坏。此外,由于芯片的尺寸非常小,如果没有更大的外壳,手动将其放置在电路板上不会很容易。这个时候,封测技术就派上用场了。
封装具有放置、固定、密封、保护芯片和增强电加热性能的功能,同时也是芯片内部世界和外部电路之间的桥梁——芯片上的触点通过导线连接到封装外壳的引脚上,这些引脚通过印制板上的导线与其他器件连接。因此,封装测试在集成电路中起着重要的作用。
密封和测试的功能解释如下。
1.保护
半导体生产车间对生产条件的控制非常严格,比如恒温、恒湿、严格控制粉尘粒径、严格的静电防护措施等。只有在这种严格的环境控制下,裸芯片才不会出现故障。但是,我们所处的周边环境是完全不可能满足这个条件的。低温可能是-40,高温可能是60,湿度可能达到100%。如果是汽车产品,其工作温度可能高达120^C或更高。同时还会有各种外界杂质、静电等问题侵入脆弱的芯片。因此,为了更好地保护芯片,为其创造良好的工作环境,有必要对芯片进行封装和测试。
2.支持
支架有两个作用:一是支撑芯片,固定芯片方便电路连接;另一种是在封装测试完成后形成一定的形状来支撑整个器件,使整个器件不易损坏。
3.关系
连接的作用是将芯片的电极与外部电路连接起来。引脚用于与外部电路通信,金线连接引脚与芯片的电路。载物台用来承载芯片,环氧胶用来把芯片粘在载物台上,引脚用来支撑整个器件,塑封起到固定和保护的作用。
4.热消散
增强散热是考虑到所有的半导体产品在工作时都会产生热量,当热量达到一定限度时,就会影响芯片的正常工作。其实包装的各种材料本身都能带走一部分热量。当然,对于大部分热量较高的芯片,除了通过封测材料散热外,还需要考虑在芯片上安装金属散热片或风扇,以达到更好的散热效果。
5.可靠性
任何包装都需要形成一定的可靠性,这是整个包装过程中最重要的措施。原来的芯片离开特定的生活环境就会损坏,需要进行封装。芯片的工作寿命主要取决于封装材料和封装工艺的选择。
包装和测试的类型和过程
目前,有数千种独立的密封和测试类型,并且没有统一的系统来识别它们。有些是以他们的设计命名的(DIP,flat type等。),有些以其结构技术命名(塑料包装、CERDIP等)。),有的以体积命名,有的以应用命名。
芯片封装测试技术经历了几代,技术指标一代比一代更先进,包括芯片面积与封装测试面积的比例越来越接近,使用频率更高,耐温性更好,引脚更多,引脚间距更小,重量更轻,可靠性更高,使用更方便等。这些都是看得见的变化。这里不做过多描述,有兴趣的可以自行查找学习封装类型。
下面解释密封和测试的主要过程:
一般封装过程可以分为两部分,塑封前的工艺步骤成为前工序,成型后的工艺步骤成为后工序。基本工艺流程包括:硅片减薄、硅片切割、芯片贴装、成型工艺、去毛刺、棒料切割成型、焊接编码等。以下步骤特定于每个步骤:
第一,前一段:
背面研磨:刚从工作台出来的晶圆在背面减薄,以达到封装所需的厚度。打磨背面的膜时,在正面贴上胶带以保护电路区域。打磨后,去除胶带。
晶圆锯:将圆镜贴在蓝膜上,然后将圆镜切割成独立的骰子,再将骰子清洗干净。
轻检:检查是否有废品出现。
芯片连接:芯片连接、银浆固化(防止氧化)和引线键合。
二、后半部分:
注塑:为防止外界冲击,产品采用EMC(塑料密封材料)密封测试,同时加热硬化。
>激光打字:在产品上刻上相应的内容。例如:生产日期、批次等等。
高温固化:保护IC内部结构,消除内部应力。
去溢料:修剪边角。
电镀:提高导电性能,增强可焊接性。
切片成型检查废品。
这就是一个完整芯片封测的过程。芯片封测技术我国已经走在世界前列,这为我们大力发展芯片提供了良好的基础。未来几年,芯片行业的整体增速将维持在30%以上。这是一个非常可观的增速,意味着行业规模不到3年就将翻一番。如此高速的增长,芯片行业3大细分领域――设计、制造、封装与测试(简称“封测”)均将受益。相信在国人的努力下,我们的设计和制造水平也会有一天能够走向世界,引领时代。
来源:半导体行业联盟
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