半导体芯片组装方法

半导体封装方法主要分为传统封装和晶圆级封装。传统封装组装方法有其特定的流程，以塑料封装（包含引线框架封装和基板封装）为例，其组装步骤可分为多个部分。在组装之前，需要先进行晶圆制造（Wafer Fabr ication）、晶圆检测/分选（wafer Probe/Sorting）等前置工序。在芯片组装（Assemble）环节，涉及到将芯片放置到特定的封装结构中。例如，在引线框架封装中，要把芯片安装到引线框架上；在基板封装中，则是将芯片安装到基板上，这两种封装工艺的前半部分流程相同，而后半部分流程则在引脚连接方式上存在差异。之后还会进行如密封（Post Mold Cure）、修剪（Trim）、成型（Form）、电镀（Plating）等操作，再经过老化（Burn In）、初始测试（Initial Test）以及最终测试（Final Test）等工序，最终得到成品（Finish Goods）。整个过程是在高度受控的干净环境中进行，以避免空气中的外来颗粒对芯片造成影响。晶圆级封装也有其自身的一套组装逻辑和流程，不过同样是围绕着将芯片进行有效的封装和连接等操作来展开的，目的是将芯片与外界驱动电路及其他电子元器件相连，同时为芯片提供支持和保护。

半导体芯片组装常见问题

一、工艺方面

1. 芯片贴合问题

• 在将芯片贴合到基板或引线框架上时，如果贴合的精度不够，可能会导致芯片与连接部分接触不良。例如，在高精度的芯片组装中，芯片与引脚的连接需要精确到微米级别，稍有偏差就可能影响芯片的电气性能。这种偏差可能是由于贴片机的精度不够，或者在操作过程中受到震动等外界因素干扰。

• 贴合过程中的压力控制也非常关键。如果压力过大，可能会损坏芯片的脆弱结构，如芯片内部的线路或焊点；而压力过小，则可能导致贴合不牢固，在后续的使用过程中出现芯片松动的情况。

2. 引线键合问题

• 引线键合是芯片与外部连接的重要方式。键合的质量直接影响芯片的电气连接性。键合点的形状、大小和位置都需要严格控制。如果键合点过大，可能会导致相邻键合点之间短路；如果键合点过小或者形状不规则，则可能会造成连接电阻过大，影响信号传输。

• 键合过程中的金属丝（如金线）的质量也很重要。金属丝的纯度、直径和强度等特性会影响键合的稳定性。例如，金属丝纯度不够可能会导致其在键合过程中容易断裂，或者在长期使用过程中出现氧化等问题，从而影响芯片的可靠性。

二、测试相关

1. 检测不完全

• 在芯片组装过程中，需要进行多次测试来确保芯片的质量。然而，由于测试设备的局限性或者测试方法的不完善，可能会存在一些潜在的问题没有被检测出来。例如，一些细微的电路短路或者开路问题，可能由于测试信号的频率或者幅度不够，而无法被检测到。

• 对于一些复杂的芯片功能，如高速信号处理或者多芯片集成后的协同功能测试，现有的测试方法可能无法全面覆盖，导致一些功能缺陷的芯片流入下一个工序或者最终成品中。

2. 测试环境影响

• 测试环境的温度、湿度和电磁干扰等因素也会对测试结果产生影响。例如，在高温环境下测试芯片的性能，可能会导致芯片的某些参数超出正常范围，而实际上在正常使用环境下这些参数是正常的。如果测试环境中的电磁干扰较大，可能会干扰测试信号，使得测试结果不准确，误判芯片的质量。

• 
  

三、材料兼容性

1. 封装材料与芯片的兼容性

• 封装材料（如塑料、陶瓷或金属外壳）如果与芯片的材料不兼容，可能会发生化学反应。例如，某些塑料封装材料中的化学物质可能会侵蚀芯片表面的金属层，导致芯片的电气性能下降。这种化学侵蚀可能是缓慢的，在芯片使用一段时间后才会显现出问题，影响芯片的使用寿命。

2. 不同连接材料之间的兼容性

• 在芯片组装中，会用到多种连接材料，如焊料、导电胶等。如果这些材料之间的兼容性不好，可能会导致连接失效。例如，焊料与芯片引脚的金属涂层之间如果不能很好地融合，可能会形成虚焊，影响芯片的电气连接稳定性。

半导体芯片保护措施

一、静电防护

1. 静电产生的危害

• 绝大多数半导体器件都是静电敏感器件。在半导体器件的生产、传递、包装、运输、贮存、使用等各环节都可能产生静电。例如，工作服与工作台面、座椅摩擦时，可在服装表面产生6000V以上的静电电压；橡胶或塑料鞋底与地面摩擦、运输时器件表面与包装材料摩擦、用高分子材料制作的各种料盒等因摩擦、冲击都会产生静电，而设备内的高压变压器等也会感应出静电。静电的危害主要包括静电吸附和静电放电（ESD）造成电击穿。静电吸附会使工作场所的浮游尘埃吸附于芯片表面，改变线条间的阻抗，影响半导体器件的功能与寿命。静电放电可能造成器件硬击穿或软击穿，引起元器件的电击穿是静电危害的主要方式，可能造成如热二次击穿、金属镀层熔融、介质击穿、气弧放电、表面击穿、体击穿等损伤，而且静电损伤具有隐蔽性、潜在性和累积性、随机性、复杂性等特点。

2. 静电防护措施

• 防静电设计：在半导体器件的设计中，应在器件内部设置静电防护元件，提供适当的输入保护，使其避免ESD的伤害。常用的防护元件有电阻 - 二极管防护网络、电容、双极晶体管、可控硅整流器等。

• 控制静电放电：从控制静电的产生和促使静电的消除两方面入手。控制法是对工艺流程中材料的选择、装备安装和操作管理等过程采取预防措施，抑制静电电位和放电能量；泄漏法采用边产生边泄漏的办法防止静电荷的聚集，如通过静电接地使电荷向大地泄漏；屏蔽法采用接地的屏蔽罩把带电体与其他物体隔离开；复合中和法是用静电消除器所产生的正负离子来中和带电体的电荷。

• 具体防静电设施：如埋设防静电地线，应独立埋设，距建筑物和设备地20m以外，至少三点接地，接地电阻小于10Ω；铺设防静电地线，使用多股铜芯绝缘线，每个工作间设检查点；铺设防静电地板，其下层为导电层与防静电地连接，上层为绝缘防静电产生层；使用防静电工作台面，采用特定表面电阻的材料，可通过专用静电手环导线接地等。

• 
  

二、过流和过压保护

1. 抗浪涌过流保护（TVS保护）

• 使用TVS保护器件，使电路或芯片免受电源或静电等引发的电路浪涌过流的损害。当电路中出现瞬间的高电流（如电源的突然接通或断开、雷击等情况引起的浪涌电流）时，TVS保护器件能够迅速响应，将多余的电流分流到地，从而保护芯片内部的电路结构不被过大的电流烧毁。

2. 其他过压保护措施

• 对于芯片可能遇到的过压情况，除了TVS保护器件外，还可以在电路设计中采用稳压二极管等元件。稳压二极管在正常电压下处于截止状态，当电压超过其稳压值时，它会导通，将多余的电压钳位在一个安全范围内，防止过高的电压施加到芯片上，避免芯片内部的晶体管等元件被击穿。

三、物理保护

1. 封装保护

• 半导体封装是将制作好的半导体器件放入具有支持、保护的塑料、陶瓷或金属外壳中。这种封装外壳可以防止芯片受到外界的物理碰撞、划伤等机械损伤。例如，在一些恶劣的使用环境中，如在工业设备或者移动设备中，芯片可能会受到震动、撞击等情况，封装外壳能够起到缓冲和保护的作用。

• 封装还可以防止芯片受到灰尘、水分等污染物的侵蚀。对于一些高精度的芯片，灰尘颗粒可能会导致短路或者干扰芯片的正常工作，而水分可能会引起芯片的腐蚀或者短路，封装能够将芯片与外界环境隔离开来，确保芯片的正常运行。

2. 芯片内部结构加固

• 在芯片的设计和制造过程中，可以采用一些技术来加固芯片的内部结构。例如，采用更坚固的材料或者更合理的芯片布局结构，以提高芯片在受到外力或者温度变化等情况下的稳定性。对于一些多层结构的芯片，合理设计层间的连接和支撑结构，可以防止芯片在受到压力时发生层间分离等损坏情况。

芯片封装清洗剂选择：

水基清洗的工艺和设备配置选择对清洗精密器件尤其重要，一旦选定，就会作为一个长期的使用和运行方式。水基清洗剂必须满足清洗、漂洗、干燥的全工艺流程。

污染物有多种，可归纳为离子型和非离子型两大类。离子型污染物接触到环境中的湿气，通电后发生电化学迁移，形成树枝状结构体，造成低电阻通路，破坏了电路板功能。非离子型污染物可穿透PC B 的绝缘层，在PCB板表层下生长枝晶。除了离子型和非离子型污染物，还有粒状污染物，例如焊料球、焊料槽内的浮点、灰尘、尘埃等，这些污染物会导致焊点质量降低、焊接时焊点拉尖、产生气孔、短路等等多种不良现象。

这么多污染物，到底哪些才是最备受关注的呢？助焊剂或锡膏普遍应用于回流焊和波峰焊工艺中，它们主要由溶剂、润湿剂、树脂、缓蚀剂和活化剂等多种成分，焊后必然存在热改性生成物，这些物质在所有污染物中的占据主导，从产品失效情况来而言，焊后残余物是影响产品质量最主要的影响因素，离子型残留物易引起电迁移使绝缘电阻下降，松香树脂残留物易吸附灰尘或杂质引发接触电阻增大，严重者导致开路失效，因此焊后必须进行严格的清洗，才能保障电路板的质量。

合明科技研发的水基清洗剂配合合适的清洗工艺能为芯片封装前提供洁净的界面条件。

合明科技运用自身原创的产品技术，满足芯片封装工艺制程清洗的高难度技术要求，打破国外厂商在行业中的垄断地位，为芯片封装材料全面国产自主提供强有力的支持。

推荐使用合明科技水基清洗剂产品。