芯片塑封(Molding)在封装技术中起到重要作用,芯片塑封可以保护着脆弱的芯片免受外界环境的侵扰,确保芯片与电路板之间可靠的电气连接。本文将梳理芯片塑封工艺流程,特别是Transfer Molding这一经典技术的每一步细节,并揭开封装外壳材料的奥秘。
一、多样的封装外壳材料
封装作为芯片从实验室走向市场的桥梁,其外壳材料的选择至关重要。这些材料不仅需具备优异的物理、化学性能,还需满足特定应用场景下的特定需求。目前,封装外壳材料主要包括环氧树脂、陶瓷和金属材料三大类。
环氧树脂
作为最常见的封装材料之一,环氧树脂以其成本低廉、加工性能好、绝缘性优良等优点,广泛应用于消费电子、汽车电子等领域。正如问题中提到的黑色壳体,它们多由环氧树脂制成,不仅外观美观,还能有效隔绝湿气、灰尘等有害物质,保护芯片内部结构的稳定。
陶瓷
陶瓷封装以其高热导率、高机械强度及优异的耐腐蚀性,在高性能、高可靠性要求的领域(如航空航天、军事电子)中大放异彩。尽管成本较高,但陶瓷封装能够提供更好的散热性能和更长的使用寿命。
金属材料
金属封装,如金属罐封装,主要用于极端环境或需要高度屏蔽电磁干扰的场合。金属的高导电性和良好的屏蔽性能,使其成为某些特定应用中的不二之选。然而,金属封装也存在重量大、加工复杂等缺点。
二、什么是传递模塑(Transfer Molding)
芯片塑封工艺有很多种,下面以传递模塑(Transfer Molding)为典型,介绍其工艺流程。Transfer Molding作为芯片塑封技术中的重要技术之一,以其高效、稳定、适合大规模生产的特性,成为现代半导体封装工艺的主流选择。下面树梳理了Transfer Molding的每一步工艺流程。
载入
在这一步,待封装的芯片和引线框架被小心翼翼地装入模具的模腔中。这一过程要求极高的精确度和清洁度,任何微小的偏差或污染都可能影响后续封装的质量和性能。因此,自动化的精密设备在这一环节发挥着至关重要的作用。
预热
模具下方的加热元件开始缓缓升温,对模具进行预热。这一步骤的目的是确保模具达到适合塑封的温度,使环氧树脂在注入时能够迅速且均匀地填充模腔,减少气泡和缺陷的产生。预热不仅提高了封装的质量,还加速了后续固化过程,提高了生产效率。
合模
当模具温度达到预设值时,模具上下两部分迅速而准确地合模,将芯片和引线框架牢牢锁定在模腔内。合模的紧密度直接影响到环氧树脂的填充效果和封装件的外观质量。因此,合模机构的设计和制造精度至关重要。
装载和材料转移
在模具外,预热至适宜温度的液态环氧树脂被放置在专门的锅中(Pot)。随后,在精确控制的压力和流量下,环氧树脂通过浇口(Gate Insert)被注入模具内。这一过程中,环氧树脂如同一位优雅的舞者,在模具内自由流动,完全包裹住芯片和引线框架,填充整个模腔。
固化
注入模具后的环氧树脂,在持续的高温作用下开始固化。这一过程中,环氧树脂分子间发生交联反应,形成坚固的保护外壳。固化的时间和温度需根据环氧树脂的种类和封装要求精确控制,以确保外壳具有足够的机械强度和稳定性。
脱模
固化完成后,模具被缓缓打开,完成塑封的器件如同新生儿般从模具中脱颖而出。脱模过程需要轻柔而迅速,以避免对封装件造成损伤。此时,封装件已经具备了初步的形态和功能,准备进入后续的测试和组装环节。
清除浇口料
最后一步,去除多余的环氧树脂(即浇口料)。这一步骤虽然看似简单,却直接关系到封装件的外观质量和后续加工的便捷性。通过精密的切割或打磨工艺,将浇口料彻底清除,使封装件表面更加平整、美观。