半導(dǎo)體封裝工藝的等級(jí)、作用、發(fā)展趨勢(shì)和清洗介紹
發(fā)布日期：2023-06-09
發(fā)布者：合明科技
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一、半導(dǎo)體封裝工藝的四個(gè)等級(jí)
電子封裝技術(shù)與器件的硬件結(jié)構(gòu)有關(guān)。這些硬件結(jié)構(gòu)包括有源元件1（如半導(dǎo)體）和無(wú)源元件2（如電阻器和電容器3）。因此，電子封裝技術(shù)涵蓋的范圍較廣，可分為0級(jí)封裝到3級(jí)封裝等四個(gè)不同等級(jí)。圖1展示了半導(dǎo)體封裝工藝的整個(gè)流程。首先是0級(jí)封裝，負(fù)責(zé)將晶圓切割出來(lái)；其次是1級(jí)封裝，本質(zhì)上是芯片級(jí)封裝；接著是2級(jí)封裝，負(fù)責(zé)將芯片安裝到模塊或電路卡上；最后是3級(jí)封裝，將附帶芯片和模塊的電路卡安裝到系統(tǒng)板上。從廣義上講，整個(gè)工藝通常被稱(chēng)為“封裝”或“裝配”。然而，在半導(dǎo)體行業(yè)，半導(dǎo)體封裝一般僅涉及晶圓切割和芯片級(jí)封裝工藝。1有源元件：一種需要外部電源才能實(shí)現(xiàn)其特定功能的器件，就像半導(dǎo)體存儲(chǔ)器或邏輯半導(dǎo)體。2無(wú)源元件：一種不具備放大或轉(zhuǎn)換電能等主動(dòng)功能的器件。3電容器（Capacitor）：一種儲(chǔ)存電荷并提供電容量的元件。
▲圖1：半導(dǎo)體的封裝等級(jí)
封裝通常采用細(xì)間距球柵陣列（FBGA）或薄型小尺寸封裝（TSOP）的形式，如圖2所示。FBGA封裝中的錫4球和TSOP封裝中的引線5分別充當(dāng)引腳，使封裝的芯片能夠與外部組件之間實(shí)現(xiàn)電氣和機(jī)械連接。
4錫（Solder）：一種低熔點(diǎn)金屬，支持電氣和機(jī)械鍵合。5引線（Lead）：從電路或元件終端向外引出的導(dǎo)線，用于連接至電路板。
▲圖2：半導(dǎo)體封裝示例
二、 半導(dǎo)體封裝的作用
圖3展示了半導(dǎo)體封裝的四個(gè)主要作用，包括機(jī)械保護(hù)、電氣連接、機(jī)械連接和散熱。其中，半導(dǎo)體封裝的主要作用是通過(guò)將芯片和器件密封在環(huán)氧樹(shù)脂模塑料（EMC）等封裝材料中，保護(hù)它們免受物理性和化學(xué)性損壞。盡管半導(dǎo)體芯片由數(shù)百個(gè)晶圓工藝制成，用于實(shí)現(xiàn)各種功能，但主要材質(zhì)是硅。硅像玻璃一樣，非常易碎。而通過(guò)眾多晶圓工藝形成的結(jié)構(gòu)同樣容易受到物理性和化學(xué)性損壞。因此，封裝材料對(duì)于保護(hù)芯片至關(guān)重要。
▲圖3：半導(dǎo)體封裝的作用
此外，半導(dǎo)體封裝可以實(shí)現(xiàn)從芯片到系統(tǒng)之間的電氣和機(jī)械連接。封裝通過(guò)芯片和系統(tǒng)之間的電氣連接來(lái)為芯片供電，同時(shí)為芯片提供信號(hào)的輸入和輸出通路。在機(jī)械連接方面，需將芯片可靠地連接至系統(tǒng)，以確保使用時(shí)芯片和系統(tǒng)之間連接良好。同時(shí)，封裝需將半導(dǎo)體芯片和器件產(chǎn)生的熱量迅速散發(fā)出去。在半導(dǎo)體產(chǎn)品工作過(guò)程中，電流通過(guò)電阻時(shí)會(huì)產(chǎn)生熱量。如圖3所示，半導(dǎo)體封裝將芯片完全地包裹了起來(lái)。如果半導(dǎo)體封裝無(wú)法有效散熱，則芯片可能會(huì)過(guò)熱，導(dǎo)致內(nèi)部晶體管升溫過(guò)快而無(wú)法工作。因此，對(duì)于半導(dǎo)體封裝技術(shù)而言，有效散熱至關(guān)重要。隨著半導(dǎo)體產(chǎn)品的速度日益加快，功能日益增多，封裝的冷卻功能也變得越來(lái)越重要。
三、半導(dǎo)體封裝的發(fā)展趨勢(shì)
圖4概述了近年來(lái)半導(dǎo)體封裝技術(shù)的六大發(fā)展趨勢(shì)。分析這些趨勢(shì)有助于我們了解封裝技術(shù)如何不斷演變并發(fā)揮作用。首先，由于散熱已經(jīng)成為封裝工藝的一個(gè)重要因素，因此人們開(kāi)發(fā)出了熱傳導(dǎo)6性能較好的材料和可有效散熱的封裝結(jié)構(gòu)。6熱傳導(dǎo)：指在不涉及物質(zhì)轉(zhuǎn)移的情況下，熱量從溫度較高的部位傳遞到相鄰溫度較低部位的過(guò)程。可支持高速電信號(hào)傳輸?shù)姆庋b技術(shù)也成為了一種重要發(fā)展趨勢(shì)，因?yàn)榉庋b會(huì)限制半導(dǎo)體產(chǎn)品的速度。例如，將一個(gè)速度達(dá)每秒20千兆 (Gbps) 的半導(dǎo)體芯片或器件連接至僅支持每秒2千兆(Gbps) 的半導(dǎo)體封裝裝置時(shí)，系統(tǒng)感知到的半導(dǎo)體速度將為每秒2千兆 (Gbps)。由于連接至系統(tǒng)的電氣通路是在封裝中創(chuàng)建，因此無(wú)論芯片的速度有多快，半導(dǎo)體產(chǎn)品的速度都會(huì)極大地受到封裝的影響。這意味著，在提高芯片速度的同時(shí)，還需要提升半導(dǎo)體封裝技術(shù)，從而提高傳輸速度。這尤其適用于人工智能技術(shù)和5G無(wú)線通信技術(shù)。鑒于此，倒片封裝7和硅通孔（TSV）8等封裝技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，為高速電信號(hào)傳輸提供支持。7倒片封裝（Flip Chip）：一種通過(guò)將凸點(diǎn)朝下安裝于基板上，將芯片與基板連接的互連技術(shù)。8硅通孔（TSV）：一種可完全穿過(guò)硅裸片或晶圓實(shí)現(xiàn)硅片堆疊的垂直互連通道。
▲圖4：半導(dǎo)體封裝技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)
四、半導(dǎo)體封裝清洗
半導(dǎo)體芯片封裝過(guò)程中通常會(huì)使用助焊劑和錫膏等作為焊接輔料，這些輔料在焊接過(guò)程或多或少都會(huì)有部分殘留物，還包括制程中沾污的指印、汗液、角質(zhì)和塵埃等污染物。同時(shí)，半導(dǎo)體組裝了鋁、銅、鉑、鎳等敏感金屬和油墨字符、電磁碳膜和特殊標(biāo)簽等相當(dāng)脆弱的功能材料。這些敏感金屬和特殊功能材料對(duì)清洗劑的兼容性提出了很高的要求。
合明半水基清洗工藝解決方案，可在清洗芯片封裝基板的焊接殘留物和污垢的同時(shí)去除金屬界面高溫氧化膜，保障下一道工序的金屬界面結(jié)合強(qiáng)度；對(duì)芯片半導(dǎo)體基材、金屬材料擁有優(yōu)良的材料兼容性，清洗后易于用水漂洗干凈。
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以上便是芯片封裝基板清洗,封裝基板的主要結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)技術(shù)的介紹，希望可以幫到您！
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以上為本公司一些經(jīng)驗(yàn)的累積，因工藝問(wèn)題內(nèi)容廣泛，沒(méi)有面面俱到，只對(duì)常見(jiàn)問(wèn)題作分析，隨著電子產(chǎn)業(yè)的不斷更新?lián)Q代，新的工藝問(wèn)題也不斷出現(xiàn)，本公司自成立以來(lái)不斷的追求產(chǎn)品的創(chuàng)新，做到與時(shí)俱進(jìn)，熟悉各種生產(chǎn)復(fù)雜工藝，能為各種客戶(hù)提供全方位的工藝、設(shè)備、材料的清洗解決方案支持。
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