半導體封裝工藝的等級、作用、發(fā)展趨勢和清洗介紹
發(fā)布日期：2023-06-09
發(fā)布者：合明科技
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一、半導體封裝工藝的四個等級
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（如半導體）和無源元件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級封裝到3級封裝等四個不同等級。圖1展示了半導體封裝工藝的整個流程。首先是0級封裝，負責將晶圓切割出來；其次是1級封裝，本質(zhì)上是芯片級封裝；接著是2級封裝，負責將芯片安裝到模塊或電路卡上；最后是3級封裝，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，整個工藝通常被稱為“封裝”或“裝配”。然而，在半導體行業(yè)，半導體封裝一般僅涉及晶圓切割和芯片級封裝工藝。1有源元件：一種需要外部電源才能實現(xiàn)其特定功能的器件，就像半導體存儲器或邏輯半導體。2無源元件：一種不具備放大或轉(zhuǎn)換電能等主動功能的器件。3電容器（Capacitor）：一種儲存電荷并提供電容量的元件。
▲圖1：半導體的封裝等級
封裝通常采用細間距球柵陣列（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分別充當引腳，使封裝的芯片能夠與外部組件之間實現(xiàn)電氣和機械連接。
4錫（Solder）：一種低熔點金屬，支持電氣和機械鍵合。5引線（Lead）：從電路或元件終端向外引出的導線，用于連接至電路板。
▲圖2：半導體封裝示例
二、 半導體封裝的作用
圖3展示了半導體封裝的四個主要作用，包括機械保護、電氣連接、機械連接和散熱。其中，半導體封裝的主要作用是通過將芯片和器件密封在環(huán)氧樹脂模塑料（EMC）等封裝材料中，保護它們免受物理性和化學性損壞。盡管半導體芯片由數(shù)百個晶圓工藝制成，用于實現(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性損壞。因此，封裝材料對于保護芯片至關(guān)重要。
▲圖3：半導體封裝的作用
此外，半導體封裝可以實現(xiàn)從芯片到系統(tǒng)之間的電氣和機械連接。封裝通過芯片和系統(tǒng)之間的電氣連接來為芯片供電，同時為芯片提供信號的輸入和輸出通路。在機械連接方面，需將芯片可靠地連接至系統(tǒng)，以確保使用時芯片和系統(tǒng)之間連接良好。同時，封裝需將半導體芯片和器件產(chǎn)生的熱量迅速散發(fā)出去。在半導體產(chǎn)品工作過程中，電流通過電阻時會產(chǎn)生熱量。如圖3所示，半導體封裝將芯片完全地包裹了起來。如果半導體封裝無法有效散熱，則芯片可能會過熱，導致內(nèi)部晶體管升溫過快而無法工作。因此，對于半導體封裝技術(shù)而言，有效散熱至關(guān)重要。隨著半導體產(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越重要。
三、半導體封裝的發(fā)展趨勢
圖4概述了近年來半導體封裝技術(shù)的六大發(fā)展趨勢。分析這些趨勢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重要因素，因此人們開發(fā)出了熱傳導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：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程。可支持高速電信號傳輸?shù)姆庋b技術(shù)也成為了一種重要發(fā)展趨勢，因為封裝會限制半導體產(chǎn)品的速度。例如，將一個速度達每秒20千兆 (Gbps) 的半導體芯片或器件連接至僅支持每秒2千兆(Gbps) 的半導體封裝裝置時，系統(tǒng)感知到的半導體速度將為每秒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，因此無論芯片的速度有多快，半導體產(chǎn)品的速度都會極大地受到封裝的影響。這意味著，在提高芯片速度的同時，還需要提升半導體封裝技術(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)應運而生，為高速電信號傳輸提供支持。7倒片封裝（Flip Chip）：一種通過將凸點朝下安裝于基板上，將芯片與基板連接的互連技術(shù)。8硅通孔（TSV）：一種可完全穿過硅裸片或晶圓實現(xiàn)硅片堆疊的垂直互連通道。
▲圖4：半導體封裝技術(shù)的發(fā)展趨勢
四、半導體封裝清洗
半導體芯片封裝過程中通常會使用助焊劑和錫膏等作為焊接輔料，這些輔料在焊接過程或多或少都會有部分殘留物，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，半導體組裝了鋁、銅、鉑、鎳等敏感金屬和油墨字符、電磁碳膜和特殊標簽等相當脆弱的功能材料。這些敏感金屬和特殊功能材料對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)合強度；對芯片半導體基材、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)驗的累積，因工藝問題內(nèi)容廣泛，沒有面面俱到，只對常見問題作分析，隨著電子產(chǎn)業(yè)的不斷更新?lián)Q代，新的工藝問題也不斷出現(xiàn)，本公司自成立以來不斷的追求產(chǎn)品的創(chuàng)新，做到與時俱進，熟悉各種生產(chǎn)復雜工藝，能為各種客戶提供全方位的工藝、設(shè)備、材料的清洗解決方案支持。
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