車規級芯片封裝工藝概述

車規級芯片封裝工藝是指針對汽車環境特殊性，對芯片進行特殊封裝的工藝過程。這種封裝不僅要保證芯片的電氣性能，還要考慮到芯片在高溫、低溫、振動、電磁等惡劣環境下的穩定性，以及對潮濕、鹽霧等化學環境的抵抗能力。車規級芯片封裝工藝是確保車用電子設備可靠性和安全性的關鍵環節之一。

車規級芯片封裝技術難點

車規級芯片封裝技術面臨的挑戰主要包括以下幾個方面：

1. 環境適應性：車規級芯片需要在極端的溫度、濕度和振動條件下工作，因此封裝材料和結構設計必須能夠承受這些惡劣條件。

2. 可靠性：芯片封裝需要保證在長期使用中的穩定性和可靠性，防止因封裝缺陷導致的早期失效。

3. 小型化：隨著汽車電子設備的小型化趨勢，芯片封裝需要在保證性能的同時實現更小的尺寸。

4. 散熱性能：良好的散熱性能是保證芯片長時間穩定工作的關鍵，特別是在功率半導體等發熱較大的組件中。

車規級芯片封裝的關鍵技術

1. 倒裝芯片技術

倒裝芯片（Flip-Chip）是一種將芯片的電氣面朝下放置的技術，相比于傳統的金屬線鍵合技術，倒裝芯片具有更小的外形尺寸和更高的密度。倒裝芯片通過焊球陣列與基板進行電氣連接，這種封裝方式在汽車行業中得到了廣泛應用。

2. 密封材料和填充工藝

為了保證芯片在復雜環境下的穩定性，封裝過程中需要使用密封材料填充芯片與基板之間的空隙。這種填充工藝不僅能夠提高封裝的機械強度，還能減少應力集中和提高散熱效率。然而，填充工藝中需要注意避免氣泡的產生和填充物質的過多或過少，以及控制填充溫度和方法。

3. 電磁屏蔽技術

車規級芯片在工作過程中會產生電磁干擾，因此在封裝過程中需要采用電磁屏蔽罩來減少對外部環境的影響。電磁屏蔽罩通常覆蓋在芯片的敏感區域，以降低電磁干擾的影響。

4. 絕緣材料的應用

絕緣材料在車規級芯片封裝中扮演著重要角色。它不僅用于隔離不同電氣區域，防止短路，還可以作為熱絕緣材料，減少因熱膨脹系數不同而導致的機械失效風險。絕緣材料的選擇和厚度設計至關重要，通常采用半固化樹脂或金屬氧化物等具有熱穩定性的有機材料。

結論

車規級芯片封裝工藝是一項復雜而精密的工作，它涉及到材料科學、機械工程和電子學等多個領域的知識。隨著汽車智能化和網聯化的不斷發展，對車規級芯片封裝技術的要求也在不斷提高，未來的封裝技術將更加注重輕量化、小型化、高密度化以及環境適應性。

汽車電子產品的價格普遍比較貴，其中的主要原因之一就是使用了車規級的電子元件，但什么樣的電子元件才是車規級的器件呢？我們先來看看電子元件在汽車上的應用和一般的消費電子在應用有什么差異。

環境要求

溫度：汽車電子對元件的工作溫度要求比較寬，根據不同的安裝位置等有不同的需求，但一般都要高于民用產品的要求（據說 AEC Q100 在 H 版中刪除了 0℃-70℃ 這檔溫度的要求，因為沒有哪個汽車產品要求可以這么低）。

舉例：

發動機周邊：-40℃-150℃；

乘客艙：-40℃-85℃；

民用產品：0℃-70℃。

其它環境要求 濕度，發霉，粉塵，水，EMC 以及有害氣體侵蝕等等往往都高于消費電子產品要求。

振動，沖擊

汽車在運動的環境中工作，會相關很多產品來說，遭遇更多的振動和沖擊。這種要求可能會比擺放在家里使用的產品要高很多。

可靠性

為了說明汽車對可靠性的要求，我來換個其它方式來說明一下：

1. 設計壽命：一般的汽車設計壽命都在 15 年 20 萬公里左右，遠大于消費電子產品壽命要求。

2. 在相同的可靠性要求下，系統組成的部件和環節越多，對組成的部件的可靠性要求就越高。目前車上的電子化程度已經非常高了，從動力總成到制動系統，都裝配了大量的電子裝置，每個裝置里面又由很多的電子元件組成。如果就簡單的把它們看成串聯關系，那么要保證整車達到相當的可靠性，對系統組成的每一個部分要求是非常高的，這也是為什么汽車零部件的要求經常是用 PPM（百萬分之一）來描述。

一致性要求

現在的汽車已經進入到了一個大規模生產的階段的，一款車 1 年可以生產數十萬輛，所以這對產品質量的一致性要求就非常高了。這在早些年對于半導體材料來說，是挺有挑戰的。

畢竟生產半導體中的擴散等工藝的一致性是很難控制的，生產出來的產品性能易離散，早期只能依靠老化和篩選來完成，現在隨著工藝的不斷提高，一致性得到極大提高。質量的一致性也是很多本地供應商和國際知名供應商的最大差異。對于組成復雜的汽車產品來說，一致性差的元件導致整車出現安全隱患是肯定不能接受的。

再來看幾點其它的需求：

制造工藝

汽車產品制造工藝的要求，雖然汽車的零件也在不斷的向小型化和輕量化發展，但相對消費產品來說，在體積和功耗上還相對可以放松，一般使用的封裝較大，以保證有足夠的機械強度并符合主要的汽車供應商的制造工藝。

產品生命周期

雖然近些年，汽車產品不斷的降價，但汽車還是一個耐用的大件商品，必須要保持相當長的時間的售后配件的供應能力。同時開發一個汽車零件需要投入大量的驗證工作，更換元件帶來的驗證工作也是巨大的，所以整車制造企業和零部件供應商也需要維持較長時間的穩定供貨。

標準

這樣看來，滿足汽車產品要求的確復雜，而且以上的要求是針對汽車零件的（對于電子元件來說就是系統了），如何去轉換成電子元件的要求就變得很困難，為解決這個問題就自然有一些規范標準出現，比較得到公認的就是 AEC 的標準：

AEC Q100 針對有源（Active Device）元件的要求

AEC Q200 針對無源（Possive Device）元件的要求

當然我猜想很多人還會說，還有許多的整車廠的企業標準。但這點我也想來說一下我的理解。在我以前工作過的整車廠確實是有相關的一般可靠性要求的標準，但它考核的是一個完整的汽車組件(由電子元件構成的系統)，而非直接針對組成這些組件的電子元件的要求（電阻，電容，三極管，芯片等），雖然它的要求是可以用來參考對下級元件的選型，但作為電子元件測試等來說還是非常的不合適的。

車規級芯片封裝清洗劑選擇：

水基清洗的工藝和設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境中的濕氣，通電后發生電化學遷移，形成樹枝狀結構體，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、焊料槽內的浮點、灰塵、塵埃等，這些污染物會導致焊點質量降低、焊接時焊點拉尖、產生氣孔、短路等等多種不良現象。

這么多污染物，到底哪些才是最備受關注的呢？助焊劑或錫膏普遍應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，這些物質在所有污染物中的占據主導，從產品失效情況來而言，焊后殘余物是影響產品質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引發接觸電阻增大，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量。

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