半导体封装工艺的研究分析

张鎏 苑明星 杨小渝

（重庆市声光电有限公司）

摘 要：

对半导体封装工艺的研究，先探析半导体工艺概述，能对其工作原理有一定的了解与掌握；再考虑半导体封装工艺流程，目的是在作业阶段严谨管控，能采用精细化管理模式，在细节上规避常规问题发生；再从新时代发展背景下提出半导体封装工艺面临的挑战，建议把工作重心放在半导体封装工艺质量控制方面，要对其要点内容全面掌握，才可有效提升半导体封装工艺质量。

引言

从半导体封装工艺质量控制方面分析，在实践阶段就有较大难度，主要考虑该工艺流程较多，各流程均有明确的内容及要求，工艺流程间还有相互的影响性，在实践作业阶段需严谨控制，工作人员能本着严谨的工作态度多角度探析，在科技手段的合理应用下，提高半导体封装工艺质量与技术水平，关系到实践应用综合成效，确保良好的综合效益。

1 半导体工艺概述

半导体工艺主要是应用微细加工技术、膜技术，把芯片及其他要素在各个区域中充分连接，如：基板、框架等区域中，有利于引出接线端子，通过可塑性绝缘介质后灌封固定，使其形成一个整体，以立体结构方式呈现，最终形成半导体封装工艺。半导体工艺概念也属于半导体芯片封装的狭义定义。从广义方面探究，是指封装工程，要与基板连接固定，再配置相应的电子设备，构建成一个完整的系统，并有较强的综合性能。

2 半导体封装工艺流程

半导体封装工艺流程所包括的工作内容较多，如图 1 所示，各流程中的具体要求不同，但作业流程间存在密切关系，还需在实践阶段详细分析，具体内容如下。

2.1 芯片切割

半导体封装工艺中半导体封装工艺芯片切割，主要是把硅片切成单个芯片，并第一时间处理硅片上的硅屑，避免对后续工作开展及质量控制造成阻碍。

2.2 贴片工艺

贴片工艺主要考虑到硅片在磨片过程避免其电路受损，选择外贴一层保护膜的方式对其有效处理，始终都强调着电路完整性。

2.3 焊接键合工艺

控制焊接键合工艺质量，会应用到不同类型的金线，并把芯片上的引线孔与框架衬垫上的引脚充分连接，保证芯片能与外部电路相连，影响工艺整体性 [1] 。通常情况下，会应用搭配掺杂金线、合金金线。

例如：掺杂金线包括 GS、GW、TS 三种型号，均处于半硬态的状态。其中，GS 掺杂金线适合应用在弧高大于 250 μm 的高弧键合范畴内；GW 掺杂金线适合应用在弧高 200~300 μm 的中高弧键合范畴内；TS 掺杂金线适合应用在弧高 100~200 μm 的中低弧键合范畴内。而合金金线主要包括两种型号，分别是 AG2、AG3，适合应用在弧高 70~100 μm 的低弧键合范畴内。较特殊的是掺杂金线、合金金线直径可选择性较多，如：0.013 mm、0.014 mm、0.015 mm、…、0.045 mm、0.050 mm、0.060 mm、0.070 mm。在工艺质量控制阶段需依据作业要求及标准，合理选择金线类型及直径，也能满足工艺质量管控要求。

2.4 塑封工艺

塑封元件的主要线路是模塑，塑封工艺的质量控制，是为了对各元件进行相应的保护，尤其是在外力因素影响下，部分元件损坏程度不同，需在工艺质量控制阶段就能对元件物理特性详细分析。

当前，在塑封工艺处理阶段会主要应用 3 种方式，分别是陶瓷封装、塑料封装、传统封装，考虑全球芯片生产要求，所有封装类型的比例控制也是一项极其重要的工作，在整个操作的过程中对人员综合能力提出较高要求，把已经完工的芯片在环氧树脂集合物的应用条件下，与引线框架包封在一起，先对引线键合的芯片、引线框架预热处理，然后放在封装模上（压模机），启动压膜、关闭上下模，使树脂处于半融化状态被挤到模当中，待其充分填充及硬化后可开模取出成品。

在操作环节中需要注意的是突发性问题，如：封装方式、尺寸差异等，建议在模具选择与使用阶段均能严谨控制，不能单一化地考虑模具专用设备的价格，还需保证整个工艺质量与作业成效，其中就把控自动上料系统（如图 2 所示），在实践中做好质量控制工作，才能实现预期作业目标。

2.5 后固化工艺

待塑封工艺处理工作完成后，还需对其进行后固化处理，重点考虑工艺周围或管壳附近有多余材料，如：无关紧要的连接材料，还需在此环节中也需做好工艺质量控制，尤其是把管壳周围多余的材料必须去除，避免影响整体工艺质量及外观效果。

2.6 测试工艺

待上述工艺流程均顺利地完成后，还需对该工艺的整体质量做好测试工作，此环节中应用到先进的测试技术及配套设施，保证各项条件能满足测试工作开展要求。同时，还能在测试过程中对各信息数据详细记录，核心要点是芯片是否正常工作，主要是根据芯片性能等级进行详细分析。因测试设备采购价格较高，会在此方面产生较大的投资成本，为避免产生不利的影响，依然是把工作要点放在工序段工艺质控方面，主要包含外观检测、电气性能测试两部分。

例如：电气性能测试，主要是对集成电路进行测试，会选择自动测试设备开展单芯片测试工作，还能在测试的过程中把各集成电路快速地插入到测试仪所对应的电气连接小孔中，各小孔均有针，并有一定的弹性，与芯片的管脚充分接触，顺利地完成了电学测试工作。而外观检测，是工作人员借助显微镜对各完成封装芯片详细观察，保证其外观无瑕疵，也能确保半导体封装工艺质量。

2.7 打标工艺

打标工艺是把已经完成测试的芯片传输到半成品仓库中，完成最后的终加工，检查工艺质量，做好包装及发货工作。此工艺的流程包括三方面。

1）电镀。待管脚成型后，要在其表面涂刷防腐材料，避免管脚出现氧化、腐蚀等现象。通常情况下，均会采用电镀沉淀技术，是因为大部分的管脚在加工阶段均会选择锡材料，考虑此类材料自身的性质与特点，也需做好防腐、防蚀工作。

2）打弯。简单是说，是把上述环节中处理后的管脚进行成型操作，待铸模成型后，能把集成电路的条带置于管脚去边成型工具中，主要是对管脚加工处理，控制管脚形状，一般为 J 型或 L 型，并在其表面贴片封装，也关系工艺整体质量。

3）激光打印。主要就是在已经成型的产品印制图案，是在前期设计阶段就做好了图案设计工作，也相当于半导体封装工艺的一种特殊标志（如图 3 所示）。

3 半导体封装工艺面临的挑战

半导体封装的现有工艺手段正在逐步得到改进，半导体封装中的自动化设备与技术手段能否得到推广普及运用，直接决定了半导体封装的预期效果实现程度。目前现有的半导体封装处理工艺仍然存在滞后性的缺陷，企业技术人员对于半导体的自动封装处理设备系统没有进行充分地利用。因此，缺少自动控制技术支撑的半导体封装处理流程将会产生较多的人力成本与时间成本消耗，而且不利于企业技术人员严格控制半导体封装的质量效果。

其中，在封装工艺对低 k 产品可靠性的影响方面要详细分析，通过该工艺在生产阶段所产生的各项信息数据分析结果方面探究，金铝焊线界面的完整性会受时间、温度等因素影响，其可靠性会持续下降，其化仓物相态也发生改变，容易使工艺出现分层情况 [2] 。对此，还需在工艺质量控制阶段引起重视，结合具体的工作内容，为在细节上做好工艺质量控制工作，建议在此问题处理中，需组建专业化的工作队伍，在每项工作实施阶段就能严谨管理，分析引发常规问题的具体因素，提出具体针对性、可靠性的实施方案，能及时处理，关系到工艺综合质量。尤其是在初始焊线状况发分析方面探究，要点内容包括焊线垫及其下方的材料、结构，要求焊线垫表面必须保持清洁，所选择及应用的焊线材料、焊接工具、焊线参数等均要最大化地满足工艺要求。建议对 k 铜工艺技术与细间距焊线充分结合，能保证金铝 IMC 对封装可靠性的影响程度更显著地突出。如果使用的是细间距焊线，一旦出现变形情况，其焊球尺寸会产生不同程度的影响，并对 IMC 面积造成制约。对此，均需在实践阶段做好质量控制工作，要求各队伍及工作人员均根据自身的工作内容与职责详细探究，遵循工艺作业要求及流程规范性，才能解决更多问题。

半导体封装的全面实施过程具有专业化特征，企业操作技术人员必须要严格结合半导体封装的操作实施步骤来进行零部件的封装处理。但是某些企业的操作实施人员没有运用规范化的技术方法来完成半导体的封装处理过程，企业人员甚至忽视了核对半导体的结构部件规格与型号。半导体的某些零部件被错误进行了封装处理，造成经过封装后的半导体无法发

挥基本的使用功能，影响到制造企业的经济效益提升。

从总体角度来讲，半导体封装的技术水平仍然需要实现有序地提高。半导体制造的企业技术人员应当正确使用自动化的封装设备系统，确保实现半导体的各个零部件正确组装目标。企业产品的质检人员通过实施全面严格的审查工作，应当能够准确查找存在错误封装情况的半导体仪器设备，及时督促企业技术人员进行有效的整改。

此外，从焊线工艺质量控制方面探究，受低 k 材料质地因素影响焊线区金属层与 ILD 层易出现剥离现象，尤其是在焊线阶段焊线垫及其下方金属 /ILD层杯状变形，主要原因是焊线机对焊线垫施加压力、超声波能量的影响，逐渐减弱超声波能量，并传输到焊线区，使金铝两种原子相互扩散受阻 [3] 。尤其是在初始阶段，低 k 芯片焊线评估显示焊线程序参数较敏感，如果焊线参数设置较小，会引发断焊、弱焊等情况。而选择超声波能量增大方式进行弥补，损失超声波能量的同时，还会引发杯状变形情况，甚至变形情况会更严重。再加上 ILD 层与金属层较弱的粘接力、低 k 材料脆性，均成为引发金属层与 ILD 层剥离问题的主要原因之一，也是当前半导体封装工艺质量控制、工艺创新的主要原因之一。

4 半导体封装工艺质量控制要点

在目前的情况下，半导体封装的工艺技术手段已经获得了明显地优化改进。但是从总体角度来讲，半导体封装的工艺流程与工艺方法没有达到最为完善程度。半导体的设备组成部件具有精密性的特征，对于半导体实施封装操作的基本工艺流程步骤较为复杂。具体而言，确保半导体的封装工艺达到良好质量要求应当包含以下的质量控制要点。

1）准确核对半导体的结构部件型号。半导体的产品组成结构具有复杂性，企业技术人员为了达到正确封装半导体系统设备的目标，那么关键前提就要体现在严格核对半导体的部件型号与规格。作为企业的零件采购人员必须要负责全面审查半导体型号，避免采购的半导体组成部件型号出现错误。企业技术人员在全面组装与密封半导体的结构件过程中，应当确保再

次核查半导体的结构件是否存在型号规格的错误，从而达到准确匹配半导体各种型号结构件的目的。

2）全面引进自动化的封装工艺设备系统。自动化的产品封装生产线目前已经在半导体企业中广泛投入使用，半导体的制造生产企业在全面引进自动封装生产线的前提下，编制完善的作业流程及管理方案，在生产阶段就能做好质量处理工作，对于企业人工劳动的成本进行了合理控制。半导体的生产制造企业人员目前对于自动化的封装工艺生产线应当能够予以

实时性的控制监管，能对各工艺进展情况详细掌握，进一步完善具体的信息数据，均是重要的参考依据，切实避免半导体的自动封装操作过程存在错误。

3）确保半导体结构件的外包装完整性。半导体的产品外包装如果出现了损坏情况，那么半导体的正常使用功能就无法得到充分的发挥 [4] 。因此，企业技术人员对于半导体的外包装完整程度应当进行全面检测，避免半导体的外包装出现破损或者严重腐蚀等情况，不仅要在工艺流程中做好质量控制工作，还需借助先进技术对常规问题细致处理，能在根源上处理好基本问题。同时，企业技术人员通过实施专业化检测的方法，应当能够有效保证半导体的密封程度良好，延长了半导体的仪器设备使用期限，扩大其应用范畴，能对应用领域创新发展带来巨大影响。

4）加大现代化技术的引进与应用力度。主要是从半导体封装工艺质量及技术水平提升方面探究，此项工艺实践工作开展，所包括的作业流程较多，实施阶段所面临的影响因素也比较多，不仅会增大工艺质量控制难度，还会因某个环节的工艺质量处理不佳而影响后续作业成效及进度。对此，在半导体封装工艺质量控制阶段，还需加大现代化技术的引进与应用力度，要求生产部门能对此引起重视，储备大量资金费用，能在新技术手段应用过程中，就能做好工作内容与职责划分工作，保证每项工作环节中均具备专业化的技术人员，通过细节上的规范处理，避免常规问题持续发生，实施成效依然有良好的基础保障，也能扩大新技术手段的应用及影响范畴，显著提升半导体封装工艺技术水平。

5 结语

半导体封装工艺需从广义、狭义角度分别探究，只有对其内涵充分理解与掌握，才能对该工艺的作业流程全面掌握，并在具体的工作环节中处理常规问题，始终都控制着整体质量。在此基础上，也能加强芯片切割工艺、贴片工艺、焊接键合工艺、塑封工艺、后固化工艺、测试工艺、打标工艺的控制力度，面对新的挑战能有具体的解决方案及措施，借助现代化技术手段，有效提升工艺质量与技术水平，也能影响着相关领域的发展成效。