半导体技术论文

半导体技术论文

　　随着对半导体材料的研究,半导体技术成为一种重要的技术,在推动经济发展的过程中,起着重大的作用。这是学习啦小编为大家整理的半导体技术论文，仅供参考!

　　半导体器件封装技术篇一

　　[摘要]半导体器件封装技术是一种将芯片用绝缘的塑料、陶瓷、金属材料外壳打包的技术。封装技术对于芯片来说是必须的,也是非常重要的。

　　[关键词]半导体器件 封装技术

　　“半导体器件封装技术”是一种将芯片用绝缘的塑料、陶瓷、金属材料外壳打包的技术。以大功率晶体三极管为例,实际看到的体积和外观并不是真正的三极管内核的大小和面貌,而是三极管芯片经过封装后的产品。封装技术对于芯片来说是必须的,也是非常重要的。因为芯片必须与外界隔离,以防止空气中的杂质对芯片电路的腐蚀而造成电气性能下降。另一方面,封装后的芯片也更便于安装和运输。由于封装技术的好坏直接影响到芯片自身性能的发挥和与之连接的PCB(印制电路板)的设计和制造,因此它是至关重要。

　　封装也可以说是指安装半导体芯片用的外壳,它不仅起着安放、固定、密封、保护芯片和增强导热性能的作用,而且还是沟通芯片内部世界与外部电路的桥梁――芯片上的接点用导线连接到封装外壳的引脚上,这些引脚又通过印刷电路板上的导线与其他器件建立连接。因此,对于大功率器件产品而言,封装技术是非常关键的一环。

　　半导体器件有许多封装形式,按封装的外形、尺寸、结构分类可分为引脚插入型、表面贴装型和高级封装三类。从DIP、SOP、QFP、PGA、BGA到CSP再到SIP,技术指标一代比一代先进。总体说来,半导体封装经历了三次重大革新:第一次是在上世纪80年代从引脚插入式封装到表面贴片封装,它极大地提高了印刷电路板上的组装密度;第二次是在上世纪90年代球型矩阵封装的出现,满足了市场对高引脚的需求,改善了半导体器件的性能;芯片级封装、系统封装等是现在第三次革新的产物,其目的就是将封装面积减到最小。高级封装实现封装面积最小化。

　　一、封装材料

　　封装的基材有陶瓷、金属和塑料三种。从数量上看,塑料封装占绝大部分,半导体塑料封装用的材料是环氧塑封料,七十年代起源于美国,后发扬光大于日本,现在我国是快速掘起的世界环氧塑封料制造大国。塑料封装多是用绝缘的环氧塑封料包装起来,能起着密封和提高芯片电热性能的作用。

　　二、封装类型

　　1.金属封装。由于该种封装尺寸严格、精度高、金属零件便于大量生产,故其价格低、性能优良、封装工艺容易灵活,被广泛应用于晶体管和混合集成电路如振荡器、放大器、交直流转换器、滤波器、继电器等产品上。

　　2.陶瓷封装。陶瓷封装的许多用途具有不可替代的功能,特别是集成电路组件工作频率的提高,信号传送速度的加快和芯片功耗的增加,需要选择低电阻率的布线导体材料及低介电常数、高导电率的绝缘材料等。

　　3.金属-陶瓷封装。它是以传统多层陶瓷工艺为基础,以金属和陶瓷材料为框架而发展起来的。最大特征是高频特性好、噪音低而被用于微波功率器件。

　　4.塑料封装。塑料封装由于其成本低廉、工艺简单,并适于大批量生产,因而具有极强的生命力,自诞生起发展得越来越快,在封装中所占的份额越来越大。目前我国环氧塑料封料年产9万吨以上。

　　三、封装时主要考虑的因素

　　1.芯片面积与封装面积之比为提高封装效率,尽量接近1:1。

　　2.引脚要尽量短以减少延迟,引脚间的距离尽量远,以保证互不干扰,提高性能。

　　3.基于散热的要求,封装越薄越好。作为设备或整机的重要组成部分,器件的性能直接影响整机的整体性能。而器件制造工艺的最后一步也是最关键一步就是它的封装技术,采用不同封装技术的器件,在性能上存在较大差距。只有高品质的封装技术才能生产出完美的产品。

　　四、主要封装技术

　　半导体器件的封装形式分为插入安装式(DIP)和表面安装式(SMD)两大类。插入安装式包括金属外壳封装、玻璃封装、陶瓷封装、塑料封装和树脂封装等,使用较多的是塑料封装和金属外壳封装。表面安装式包括塑料封装和树脂封装等,使用较多的是塑料封装。

　　1.DIP技术

　　(Dual In-line Package),也叫直插式封装技术,指采用直插形式封装的器件芯片,绝大多数器件采用这种封装形式,其引脚数一般为三条。可以直接插在有相同焊孔数的电路板上进行焊接。

　　DIP封装具有以下特点:

　　(1)适合在PCB(印刷电路板)上穿孔焊接,操作方便。

　　(2)芯片面积与封装面积之间的比值较大,体积也较大。

　　典型的DIP封装晶体管形式有TO-92、TO-126、TO-220、TO-251、TO-263等,主要作用是信号放大和电源稳压。

　　2.SMD技术

　　SMD封装也叫表面安装技术,用这种形式封装的芯片必须采用SMD(表面安装设备技术)将芯片与主板焊接起来。采用SMD安装的芯片不必在主板上打孔,一般在电路板表面上有设计好的相应管脚的焊点。将芯片各脚对准相应的焊点,即可实现与电路板的焊接。用这种方法焊上去的芯片,如果不用专用工具是很难拆卸下来的。

　　SMD封装具有以下特点:

　　(1)适用于SMD表面安装技术在PCB电路板上安装布线。

　　(2)适合高频使用。

　　(3)操作方便,可靠性高。

　　(4)芯片面积与封装面积之间的比值较小。

　　五、封装的作用

　　封装(Package)对于芯片来说是必须的,也是至关重要的。封装也可以说是指安装半导体器件芯片用的外壳,它不仅起着保护芯片和增强导热性能的作用,而且还是沟通芯片内部世界与外部电路的桥梁和规格通用功能的作用。封装的主要作用有:

　　(1)物理保护。因为芯片必须与外界隔离,以防止空气中的杂质对芯片电路的腐蚀而造成电气性能下降,保护芯片表面以及连接引线等,使相当柔嫩的芯片在电气或热物理等方面免受外力损害及外部环境的影响;同时通过封装使芯片的热膨胀系数与框架或基板的热膨胀系数相匹配,这样就能缓解由于热等外部环境的变化而产生的应力以及由于芯片发热而产生的应力,从而可防止芯片损坏失效。另一方面,封装后的芯片也更便于安装和运输。

　　(2)电气连接。封装的尺寸调整(间距变换)功能可由芯片的极细引线间距,调整到实装基板的尺寸间距,从而便于实装操作。例如从以亚微米(目前已达到0.1 3μm以下)为特征尺寸的芯片,到以10μm为单位的芯片焊点,再到以100μm为单位的外部引脚,都是通过封装来实现的。封装在这里起着由小到大、由难到易、由复杂到简单的作用,从而可使操作费用及材料费用降低,而且能提高工作效率和可靠性,特别是通过实现布线长度和阻抗配比尽可能地降低连接电阻,寄生电容和电感来保证正确的信号波形和传输速度。

　　(3)标准规格化。规格通用功能是指封装的尺寸、形状、引脚数量、间距、长度等有标准规格,既便于加工,又便于与印刷电路板相配合,相关的生产线及生产设备都具有通用性。这对于封装用户、电路板厂家、半导体厂家都很方便。

　　六、半导体器件封装技术发展

　　半导体器件有许多封装形式,按封装的外形、尺寸、结构分类可分为引脚插入型、表面贴装型和高级封装三类。从DIP、SOP、QFP、PGA、BGA到CSP再到SIP,技术指标一代比一代先进。总体说来半导体技术经历了三次重大革新:第一次是在20世纪80年代从引脚插入式封装到表面贴片封装,它极大地提高了印刷电路板上的组装密度;第二次是在20世纪90年代球型矩阵封装的出现,满足了市场对高引脚的需求,改善了半导体器件的性能;芯片级封装、系统封装等是现在第三次革新的产物,其目的就是将封装面积减到最小。

　　所谓封装是指安装半导体器件用的外壳,它不仅起着安放、固定、密封、保护芯片和增强电热性能的作用,而且还是沟通芯片内部世界与外部电路的桥梁―芯片上的接点用导线连接到封装外壳的引脚上,这些引脚又通过印制板上的导线与其他器件建立连接。因此,封装对CPU和其他LSI集成电路都起着重要的作用。新一代CPU的出现常常伴随着新的封装形式的使 用。 芯片的封装技术已经历了好几代的变迁,从DIP、QFP、PGA、BGA到CSP再到MCM,技术指标一代比一代先进,包括芯片面积与封装面积之比越来越 接近于1,适用频率越来越高,耐温性能越来越好,引脚数增多,引脚间距减小,重量减小,可靠性提高,使用更加方便等等。

　　七、塑封器件封装工艺简介

　　划片―粘片―压焊―包封―打印―电镀―切筋―测试―包装―入库

　　八、国内封装技术存在的问题与不足

　　1.封装技术人才严重短缺、急需封装技术人员的培训。

　　2.先进的封装设备、封装材料及其产业链滞后,配套不上且质量不稳定。

　　3.封装技术研发能力不足,生产工艺程序设计不周,可操作性差,执行能力弱。

　　4.封装设备维护保养能力差,缺少有经验的维修工程师,且可靠性实验设备不齐全,失效分析能力不足。

　　5.国内封装企业普遍还处于规模小,技术低,从事低端产品生产的居多,可持续发展能力低,缺乏向高档发展的技术和资金。

　　九、建议和对策

　　1.依靠技术创新占领高端市场,目前国内器件呈现两极化的发展趋势,即低端产品市场竞争激烈,高端市场增长迅速,产品供不应求。我们应积极进行技术研发,及时向市场推出新产品,占领高端市场。

　　2.依靠高等院校,科技攻关和自然基金以及产业化项目培养人才,封装目前已经成为一个支柱性的行业。封装是一个典型的交叉学科,要提高封装技术水平应从基础做起,培养各个层次的人才,掌握核心技术。

　　3.利用外来技术带动产业升级,目前跨国半导体企业纷纷加大在我国投资,扩大在国内的生产规模,这些国际企业制造水平处于世界领先水平,这对于提高国内器件行业整体技术水平,培养国内工程技术人员,进而带动国内器件产业升级都有积极作用。

　　十、结束语

　　我国半导体器件封装事业担负着振兴国内半导体行业的重任,面临艰巨的挑战和各种困难,半导体器件封装技术目前还存在不少问题和困难,我们还是要坚持在科学发展中寻找解决困难的途径,以积极的姿态、创新的工作,共同迎接中国半导体事业的美好明天。

　　参考文献:

　　[1]中国半导体封装产业调研报告.中国半导体行业协会封装分会.2005年度,2009年度.

　　[2]半导体封装形式介绍.百度>专业文献/行业资料.

　　半导体封装工艺技术的探讨篇二

　　摘要：半导体生产流程由晶圆制造、晶圆测试、芯片封装和封装后测试组成。半导体封装是指将通过测试的晶圆按照产品型号及功能需求加工得到独立芯片的过程。

　　关键词：半导体;封装;工艺技术

　　中图分类号：O471文献标识码： A

　　1、封装的分类封装(Package)种类繁多，而且每一种封装都有它独特的地方，它所用的封装材料、封装设备、封装技术也都根据其需要有所不同。

　　(1)根据所用材料划分半导体器件封装形式有金属封装、陶瓷封装、金属一陶瓷封装和塑料封装。

　　(2)根据封装密封性方式分为气密性封装和树脂封装两类。他们的目的都是将晶体与外部温度、湿度、空气等环境隔绝，使电气绝缘，并实现向外散热及缓和应力。

　　(3)根据封装外形、尺寸、结构分为引脚插入型、表面贴装型和高级封装。

　　2、封装过程及工艺说明

　　来自晶圆前道工艺的晶圆通过芯片(Chip)切割(Saw)工艺后，被切割为小的晶片(Die)，然后将切割好的晶片贴装(Die bond/mount)到相应的基板引线框架(Leadframe)上，用银胶(Ag Epoxy)、焊锡等助焊剂进行粘接，再用超细的金属(金、铜、铝)导线或导电性树脂将晶片的接合焊盘(Bond Pad)连接到基板的相应引脚(Lead),该工艺被称为焊接键合(Wire bond);然后对独立的晶片用塑料外壳加以封装保护，塑封之后，还要进行后树脂固化(Post Mold Cure)、切筋和成型(Trim&Form)、电镀(Plating)以及测试(Test)等工艺。最后将测试的良品经过打标(Marking)和包装(Packing)入库出货(Ship)。

　　(1)芯片切割(Wafer Saw)工艺

　　芯片切割工艺是将wafer上连接在一起的芯片，经切割机切割分离开，主要操作是贴膜、切割和清洗。贴膜是用蓝、白膜将wafer 固定在绷环上，为下一步切割做准备。该工序用5MPa 的压缩空气为固定蓝膜提供动力，用真空为承载台吸附wafer 提供吸力，承载台45℃的温度使蓝、白膜和wafer 及绷环更好的粘贴在一起。芯片切割是对贴膜后的wafer 进行切割。该工序使用5MPa 的压缩空气为主轴提供悬浮动力，真空为承载台提供吸附力，参入二氧化碳的高纯水对切割中的芯片进行静电防护。清洗主要是对切割后的wafer 进行清洗，使划片后的芯片表面无硅渣等异物残留，以免影响后续压焊及产品质量。

　　(2)贴片(Die bond/mount)工艺

　　贴片工艺分为热焊接和冷焊接。热焊接是在氮氢混合气的保护下，用锡银锑焊料将芯片粘贴到框架上，以保护芯片在工作状态下散热良好，冷焊接则不需要气体的保护而进行，但在焊接完成后要进行固化烘干。粘片机使用压缩空气为进料和出料气缸提供动力，用1︰10、1 ：5的氮氢混合气对框架进行保护和还原。贴片工序主要由加热、不加热，点锡、胶，压模，贴片四部分组成。加热由长距离的轨道在传送时完成，其加热温度为380℃左右，根据不同产品温度稍有变化;点锡是在高温的框架上将定量的焊锡熔在框架设定的位置上;压模是在贴片前对熔解的焊锡进行整形，使贴片后锡层厚度，芯片的倾斜度能更好的控制在工艺范围内，以保证芯片工作时散热良好;点胶是在不加热的轨道上进行的。贴片是将蓝膜上好的芯片通过图像识别，用邦头吸取并贴在框架熔有焊锡、银胶的位置上，使芯片与框架通过焊锡、银胶焊接起来。

　　(3)焊接键合(Wire Bond)工艺

　　W/B在封装工艺中最为关键。其运用超声压焊技术，用铝线，金线或铜线将芯片与引线管脚连接起来。超声压焊是利用压焊台的换能器将电能转化为机械能。超声机械能通过劈刀使焊线和焊接面摩擦，除去焊接表面的氧化层并使焊接面发生塑性形变，同时互相扩散，形成良好的分子键合完成焊线和焊接面的焊接。焊接键合的成功与功率(Power)，时间(Time)，压力(Force)和温度(Temperature)相关，功率过大会使芯片弹坑(Crater)，过小会有虚焊，压力过大会使芯片压碎，过小也会虚焊，时间过长会使焊接过焊，在焊点两侧烧灼色，过小也将造成虚焊，因此好的键合需要根据芯片表面的铝层，焊线的线径制定出合理的参数，既能保证焊接良好，又不损坏芯片。在以上基础上还要有一定的轨道基板温度来实现焊接的完成。

　　(4)塑封(Mold)工艺

　　将键合后的芯片用塑料材料(EMC)包装封闭，可以保护和隔热。塑封工艺流程为：a、排片：用排片机将键合好的产品从料盒中拉至预热台;b、上料：用上料架将预热好的整模框架放置于塑封模具内;c、合模加压：操作包封机，合闭上下模具，使模具内形成型腔;d、塑封料加热：操作高频预热机，将塑封料软化;e、加料：将软化好的塑封料通过料筒添加至模具中;f、注塑：操作塑封压机，用注塑组件将塑封料推挤至型腔中;g、塑封料固化：在180℃条件下，通过90 到150 秒使塑封料从玻璃化状态转为固态;h、下料：将整模框架从模具上拿下，并将产品从塑料体上剥离。

　　(5)后固化工艺

　　后固化就是对塑封产品进行深度处理，使产品上的塑料粉更充分的粘结，使器件发挥最佳性能。后固化工艺流程：a、设备操作：设置烘箱加热时间和加热温度;b、进料：待烘箱温度稳定在170℃时，佩戴耐高温绝热手套将产品连同老化盒放入烘箱中;c、出料：后固化4 小时后打开烘箱，佩戴耐高温绝热手套取出产品。

　　(6)电镀(Plating)工艺

　　产品塑封完成后要去溢料，表面镀锡。先将产品放入盛有软化剂的不锈钢软化槽内，加热到105 度。根据产品溢料严重情况加热30至120 分钟，将产品背部散热片及其它部位的溢料泡软。然后放入盛有清水的不锈钢槽内，将框架表面的软化剂清洗干净，进入去溢料工序。将框架逐条放在去溢料机的进料轨道槽内，要求框架背部散热片朝向操作者，钢带将产品带入高压水槽内，利用高压水将框架上的溢料去除干净。然后钢带将框架带入吹干槽内吹干，再带入烘干槽内烘干，然后下料进入镀锡。将框架按照框架背部散热片向外的原则将框架挂在挂架上。然后将挂架挂在轨道挂具上，以此经过除油槽、热纯水洗槽、冷纯水洗槽、去氧化槽、二道自来水洗槽、一道自来水洗槽、二道纯水洗槽、一道纯水洗槽、酸预浸槽、镀锡槽、二道自来水洗槽、一道自来水洗槽、中和槽、二道自来水洗槽、一道自来水洗槽、二道热纯水洗槽、一道热纯水洗槽、烘干槽。再将产品放入烘箱内，温度设定175 度，烘烤1 小时，以消除镀锡应力。

　　(7)切筋和成型(Trim&Form)工艺

　　切筋切断是用切筋切断设备将整条已电镀的产品分割成型的过程。切筋切断工艺流程：a、上料：将检验合格的产品按正确方向放到料盒内，并将料盒推入上料轨道中;b、冲切：操控自动冲切系统，将冲切轨道中的产品切割。成型是在切筋工艺完成后对产品的引脚成型的过程，以达到工艺需要求的形状。

　　(8)测试(Test)工艺

　　测试工序：将切筋切断好的产品按料管放入分选机上料槽内，根据产品测试规范连接好相应的测试机，然后打开相应测试站，产品依次经过1、2、3 测试站，最后分选机将合格产品根据分档要求分别放入不同的下料槽内，测试完成。

　　(9)打标(Marking)工艺

　　打标是利用激光打标机将测试后的良性产品刻蚀上标记。打标工艺流程：a、设备预热：打开设备氪灯开关，等待5 分钟，设备进入稳定工作状态;b、编程：使用标记软件，按生产要求编辑标记内容;c、上料：按方向将产品放置于轨道上;d、标记：利用高能激光刻蚀塑封体表面，使塑封体表面留下痕迹;e、下料：将打标后的产品放置于传递盒之内。

　　(10)包装(Packing)工艺

　　包装是将测试，打标通过的产品根据不同档位分开，按客户的包装规范要求装料钉，装盒，贴标签，装箱，贴标签，打包，入库，包装完成。

　　3、结束语

　　综上，封装(Package)对芯片来说是必须也是至关重要的。封装也可以说是安装半导体集成电路芯片用的外壳，它不仅可以保护芯片、增强导热性能，还有沟通芯片内部世界与外部电路的桥梁和规格通用的功能。因此我们只有熟练掌握各种封装工艺，才能在以后的工作中提高效率，保证质量，并做到精益求精。