半导体封测的重要地位
对器件性能而言,封测过程中的先进封装技术,如晶圆级封装、系统级封装等,可以提高芯片的集成度和性能表现。
例如,通过晶圆级封装,产品可以以圆片形式批量生产,利用现有的晶圆制备设备,缩短设计和生产周期,降低成本,同时提高产品性能。
在可靠性方面,封测能够保护芯片免受外界环境的影响,如温度、湿度、机械压力等。
同时,测试环节可以筛选出有结构缺陷或者功能、性能不符合要求的半导体产品,确保交付产品的正常应用。
例如,采用良好的塑封材料和工艺,具备优良的绝缘性、耐热性和耐湿性,能为芯片提供稳定的工作环境,提高其可靠性。
从成本角度来看,不同的封测技术有着不同的成本特点。如 DIP 封装成本低、可靠性高,但体积大、引脚数量有限;BGA 封装体积小、性能优越,引脚间距小,但工艺复杂、成本高。
半导体封测企业可以根据不同的产品需求选择合适的封测技术,在满足性能要求的同时,控制成本。
半导体封测在半导体产业链中起着关键作用,对器件性能、可靠性和成本都有着至关重要的影响。
从晶圆到引线键合的流程
(一)晶圆加工
晶圆是半导体制造的基础材料,其加工过程复杂且精细。铸锭是晶圆加工的第一步,将高纯度的电子级硅通过提拉法等方法形成单晶柱体,这个过程要求精度极高,达到纳米级。
接着进行切割,通常采用金刚石锯将锭切割成薄片,然后在薄片上加入 “平坦区” 或 “凹痕” 标记以便后续加工。
晶圆表面抛光是关键步骤,通过研磨和化学刻蚀去除表面瑕疵,再进行抛光和清洗,获得表面整洁的成品晶圆。这些步骤为后续的封测过程奠定了坚实的基础。
(三)光刻步骤
光刻包括涂覆光刻胶、曝光和显影三个关键步骤。涂覆光刻胶时,晶圆表面的光刻胶层越薄且越均匀,可印刷的图形就越精细,可采用 “旋涂” 方法。
光刻胶根据光反应性分为正胶和负胶,正胶在受光后分解消失留下未受光区域图形,负胶在受光后聚合使受光部分图形显现。
曝光是通过控制光线照射,当光线穿过包含电路图案的掩膜时,将电路印制到下方涂有光刻胶薄膜的晶圆上。显影则是在晶圆上喷涂显影剂,去除图形未覆盖区域的光刻胶,使印刷好的电路图案显现出来。
光刻步骤对电路图案的精细度起着决定性作用,精细度越高,成品芯片的集成度就越高。
(四)刻蚀工艺
刻蚀工艺分为湿法刻蚀和干法刻蚀。湿法刻蚀使用化学溶液去除氧化膜,具有成本低、刻蚀速度快和生产率高的优势,但各向同性的特点使其不适合处理精细电路图。
干法刻蚀可分为化学刻蚀、离子束蚀刻和反应离子蚀刻三种类型。化学刻蚀使用刻蚀气体,各向同性;
离子束蚀刻是物理干法蚀刻,选择性低;反应离子蚀刻是化学物理干法蚀刻,可精确控制蚀刻特性,是半导体制造中构造各种薄膜的重要工艺。
(五)晶圆切割
晶圆切割有多种技术,常见的有刀片切割、激光切割和等离子切割等。刀片切割如砂轮切割,成本相对较低,但对于一些特殊材质的晶圆可能会造成损伤。
激光切割分为激光半划、激光全划、激光隐形划切和异形芯片切割等。
激光半划适用于解理性较好的材料,可提高加工效率;激光全切割工艺流程简单,适合薄硅晶圆等材料;激光隐形划切表面无划痕、无粉尘污染,适合材料昂贵、抗污染能力差的器件生产。
异形芯片切割则面临多边形结构带来的挑战,需通过图像识别定位和位置计算进行加工。
(六)芯片贴装
芯片贴装是将单个芯片附着到基底上的过程。
基底通常由塑料或陶瓷制成,其作用是为芯片提供支撑和保护,并将芯片上蚀刻出的一些引接线端与基底底部伸出的插脚连接,以便与外界电路板连接。
在贴装过程中,需要使用胶水等材料将芯片固定在基底上,同时要确保芯片与基底之间的连接牢固可靠。
(七)引线键合
引线键合是半导体封测中的关键环节之一。它通过金属线将芯片电极与引脚连接起来,通常使用金线、铝线等材料。
引线键合过程包括以下步骤:首先,将金属线的一端焊接到芯片电极上,然后通过热压、超声等方式将金属线的另一端焊接到引脚上。
在引线键合过程中,需要控制焊接的温度、压力、时间等参数,以确保焊接质量。
同时,还需要对引线键合后的芯片进行检测,以确保连接的可靠性和稳定性。