半導體芯片組裝方法

半導體封裝方法主要分為傳統(tǒng)封裝和晶圓級封裝。傳統(tǒng)封裝組裝方法有其特定的流程，以塑料封裝（包含引線框架封裝和基板封裝）為例，其組裝步驟可分為多個部分。在組裝之前，需要先進行晶圓制造（Wafer Fabr ication）、晶圓檢測/分選（wafer Probe/Sorting）等前置工序。在芯片組裝（Assemble）環(huán)節(jié)，涉及到將芯片放置到特定的封裝結(jié)構(gòu)中。例如，在引線框架封裝中，要把芯片安裝到引線框架上；在基板封裝中，則是將芯片安裝到基板上，這兩種封裝工藝的前半部分流程相同，而后半部分流程則在引腳連接方式上存在差異。之后還會進行如密封（Post Mold Cure）、修剪（Trim）、成型（Form）、電鍍（Plating）等操作，再經(jīng)過老化（Burn In）、初始測試（Initial Test）以及最終測試（Final Test）等工序，最終得到成品（Finish Goods）。整個過程是在高度受控的干凈環(huán)境中進行，以避免空氣中的外來顆粒對芯片造成影響。晶圓級封裝也有其自身的一套組裝邏輯和流程，不過同樣是圍繞著將芯片進行有效的封裝和連接等操作來展開的，目的是將芯片與外界驅(qū)動電路及其他電子元器件相連，同時為芯片提供支持和保護。

半導體芯片組裝常見問題

一、工藝方面

1. 芯片貼合問題

• 在將芯片貼合到基板或引線框架上時，如果貼合的精度不夠，可能會導致芯片與連接部分接觸不良。例如，在高精度的芯片組裝中，芯片與引腳的連接需要精確到微米級別，稍有偏差就可能影響芯片的電氣性能。這種偏差可能是由于貼片機的精度不夠，或者在操作過程中受到震動等外界因素干擾。

• 貼合過程中的壓力控制也非常關(guān)鍵。如果壓力過大，可能會損壞芯片的脆弱結(jié)構(gòu)，如芯片內(nèi)部的線路或焊點；而壓力過小，則可能導致貼合不牢固，在后續(xù)的使用過程中出現(xiàn)芯片松動的情況。

2. 引線鍵合問題

• 引線鍵合是芯片與外部連接的重要方式。鍵合的質(zhì)量直接影響芯片的電氣連接性。鍵合點的形狀、大小和位置都需要嚴格控制。如果鍵合點過大，可能會導致相鄰鍵合點之間短路；如果鍵合點過小或者形狀不規(guī)則，則可能會造成連接電阻過大，影響信號傳輸。

• 鍵合過程中的金屬絲（如金線）的質(zhì)量也很重要。金屬絲的純度、直徑和強度等特性會影響鍵合的穩(wěn)定性。例如，金屬絲純度不夠可能會導致其在鍵合過程中容易斷裂，或者在長期使用過程中出現(xiàn)氧化等問題，從而影響芯片的可靠性。

二、測試相關(guān)

1. 檢測不完全

• 在芯片組裝過程中，需要進行多次測試來確保芯片的質(zhì)量。然而，由于測試設(shè)備的局限性或者測試方法的不完善，可能會存在一些潛在的問題沒有被檢測出來。例如，一些細微的電路短路或者開路問題，可能由于測試信號的頻率或者幅度不夠，而無法被檢測到。

• 對于一些復雜的芯片功能，如高速信號處理或者多芯片集成后的協(xié)同功能測試，現(xiàn)有的測試方法可能無法全面覆蓋，導致一些功能缺陷的芯片流入下一個工序或者最終成品中。

2. 測試環(huán)境影響

• 測試環(huán)境的溫度、濕度和電磁干擾等因素也會對測試結(jié)果產(chǎn)生影響。例如，在高溫環(huán)境下測試芯片的性能，可能會導致芯片的某些參數(shù)超出正常范圍，而實際上在正常使用環(huán)境下這些參數(shù)是正常的。如果測試環(huán)境中的電磁干擾較大，可能會干擾測試信號，使得測試結(jié)果不準確，誤判芯片的質(zhì)量。

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三、材料兼容性

1. 封裝材料與芯片的兼容性

• 封裝材料（如塑料、陶瓷或金屬外殼）如果與芯片的材料不兼容，可能會發(fā)生化學反應(yīng)。例如，某些塑料封裝材料中的化學物質(zhì)可能會侵蝕芯片表面的金屬層，導致芯片的電氣性能下降。這種化學侵蝕可能是緩慢的，在芯片使用一段時間后才會顯現(xiàn)出問題，影響芯片的使用壽命。

2. 不同連接材料之間的兼容性

• 在芯片組裝中，會用到多種連接材料，如焊料、導電膠等。如果這些材料之間的兼容性不好，可能會導致連接失效。例如，焊料與芯片引腳的金屬涂層之間如果不能很好地融合，可能會形成虛焊，影響芯片的電氣連接穩(wěn)定性。

半導體芯片保護措施

一、靜電防護

1. 靜電產(chǎn)生的危害

• 絕大多數(shù)半導體器件都是靜電敏感器件。在半導體器件的生產(chǎn)、傳遞、包裝、運輸、貯存、使用等各環(huán)節(jié)都可能產(chǎn)生靜電。例如，工作服與工作臺面、座椅摩擦時，可在服裝表面產(chǎn)生6000V以上的靜電電壓；橡膠或塑料鞋底與地面摩擦、運輸時器件表面與包裝材料摩擦、用高分子材料制作的各種料盒等因摩擦、沖擊都會產(chǎn)生靜電，而設(shè)備內(nèi)的高壓變壓器等也會感應(yīng)出靜電。靜電的危害主要包括靜電吸附和靜電放電（ESD）造成電擊穿。靜電吸附會使工作場所的浮游塵埃吸附于芯片表面，改變線條間的阻抗，影響半導體器件的功能與壽命。靜電放電可能造成器件硬擊穿或軟擊穿，引起元器件的電擊穿是靜電危害的主要方式，可能造成如熱二次擊穿、金屬鍍層熔融、介質(zhì)擊穿、氣弧放電、表面擊穿、體擊穿等損傷，而且靜電損傷具有隱蔽性、潛在性和累積性、隨機性、復雜性等特點。

2. 靜電防護措施

• 防靜電設(shè)計：在半導體器件的設(shè)計中，應(yīng)在器件內(nèi)部設(shè)置靜電防護元件，提供適當?shù)妮斎氡Ｗo，使其避免ESD的傷害。常用的防護元件有電阻 - 二極管防護網(wǎng)絡(luò)、電容、雙極晶體管、可控硅整流器等。

• 控制靜電放電：從控制靜電的產(chǎn)生和促使靜電的消除兩方面入手。控制法是對工藝流程中材料的選擇、裝備安裝和操作管理等過程采取預防措施，抑制靜電電位和放電能量；泄漏法采用邊產(chǎn)生邊泄漏的辦法防止靜電荷的聚集，如通過靜電接地使電荷向大地泄漏；屏蔽法采用接地的屏蔽罩把帶電體與其他物體隔離開；復合中和法是用靜電消除器所產(chǎn)生的正負離子來中和帶電體的電荷。

• 具體防靜電設(shè)施：如埋設(shè)防靜電地線，應(yīng)獨立埋設(shè)，距建筑物和設(shè)備地20m以外，至少三點接地，接地電阻小于10Ω；鋪設(shè)防靜電地線，使用多股銅芯絕緣線，每個工作間設(shè)檢查點；鋪設(shè)防靜電地板，其下層為導電層與防靜電地連接，上層為絕緣防靜電產(chǎn)生層；使用防靜電工作臺面，采用特定表面電阻的材料，可通過專用靜電手環(huán)導線接地等。

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二、過流和過壓保護

1. 抗浪涌過流保護（TVS保護）

• 使用TVS保護器件，使電路或芯片免受電源或靜電等引發(fā)的電路浪涌過流的損害。當電路中出現(xiàn)瞬間的高電流（如電源的突然接通或斷開、雷擊等情況引起的浪涌電流）時，TVS保護器件能夠迅速響應(yīng)，將多余的電流分流到地，從而保護芯片內(nèi)部的電路結(jié)構(gòu)不被過大的電流燒毀。

2. 其他過壓保護措施

• 對于芯片可能遇到的過壓情況，除了TVS保護器件外，還可以在電路設(shè)計中采用穩(wěn)壓二極管等元件。穩(wěn)壓二極管在正常電壓下處于截止狀態(tài)，當電壓超過其穩(wěn)壓值時，它會導通，將多余的電壓鉗位在一個安全范圍內(nèi)，防止過高的電壓施加到芯片上，避免芯片內(nèi)部的晶體管等元件被擊穿。

三、物理保護

1. 封裝保護

• 半導體封裝是將制作好的半導體器件放入具有支持、保護的塑料、陶瓷或金屬外殼中。這種封裝外殼可以防止芯片受到外界的物理碰撞、劃傷等機械損傷。例如，在一些惡劣的使用環(huán)境中，如在工業(yè)設(shè)備或者移動設(shè)備中，芯片可能會受到震動、撞擊等情況，封裝外殼能夠起到緩沖和保護的作用。

• 封裝還可以防止芯片受到灰塵、水分等污染物的侵蝕。對于一些高精度的芯片，灰塵顆粒可能會導致短路或者干擾芯片的正常工作，而水分可能會引起芯片的腐蝕或者短路，封裝能夠?qū)⑿酒c外界環(huán)境隔離開來，確保芯片的正常運行。

2. 芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)加固

• 在芯片的設(shè)計和制造過程中，可以采用一些技術(shù)來加固芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。例如，采用更堅固的材料或者更合理的芯片布局結(jié)構(gòu)，以提高芯片在受到外力或者溫度變化等情況下的穩(wěn)定性。對于一些多層結(jié)構(gòu)的芯片，合理設(shè)計層間的連接和支撐結(jié)構(gòu)，可以防止芯片在受到壓力時發(fā)生層間分離等損壞情況。

芯片封裝清洗劑選擇：

水基清洗的工藝和設(shè)備配置選擇對清洗精密器件尤其重要，一旦選定，就會作為一個長期的使用和運行方式。水基清洗劑必須滿足清洗、漂洗、干燥的全工藝流程。

污染物有多種，可歸納為離子型和非離子型兩大類。離子型污染物接觸到環(huán)境中的濕氣，通電后發(fā)生電化學遷移，形成樹枝狀結(jié)構(gòu)體，造成低電阻通路，破壞了電路板功能。非離子型污染物可穿透PC B 的絕緣層，在PCB板表層下生長枝晶。除了離子型和非離子型污染物，還有粒狀污染物，例如焊料球、焊料槽內(nèi)的浮點、灰塵、塵埃等，這些污染物會導致焊點質(zhì)量降低、焊接時焊點拉尖、產(chǎn)生氣孔、短路等等多種不良現(xiàn)象。

這么多污染物，到底哪些才是最備受關(guān)注的呢？助焊劑或錫膏普遍應(yīng)用于回流焊和波峰焊工藝中，它們主要由溶劑、潤濕劑、樹脂、緩蝕劑和活化劑等多種成分，焊后必然存在熱改性生成物，這些物質(zhì)在所有污染物中的占據(jù)主導，從產(chǎn)品失效情況來而言，焊后殘余物是影響產(chǎn)品質(zhì)量最主要的影響因素，離子型殘留物易引起電遷移使絕緣電阻下降，松香樹脂殘留物易吸附灰塵或雜質(zhì)引發(fā)接觸電阻增大，嚴重者導致開路失效，因此焊后必須進行嚴格的清洗，才能保障電路板的質(zhì)量。

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