如何看懂芯片封测的作用及流程?

核心提示封装测试是将生产出来的合格晶圆进行切割、焊线、塑封,使芯片电路与外部器件实现电气连接,并为芯片提供机械物理保护,并利用集成电路设计企业提供的测试工具,对封装完毕的芯片进行功能和性能测试。为什么要封测呢?封测的意义重大,获得一颗IC芯片要经过

封装测试是将生产出来的合格晶圆进行切割、焊线、塑封,使芯片电路与外部器件实现电气连接,并为芯片提供机械物理保护,并利用集成电路设计企业提供的测试工具,对封装完毕的芯片进行功能和性能测试。

为什么要封测呢?

封测的意义重大,获得一颗IC芯片要经过从设计到制造漫长的流程,然而一颗芯片相当小且薄,如果不在外施加保护,会被轻易的刮伤损坏。此外,因为芯片的尺寸微小,如果不用一个较大尺寸的外壳,将不易以人工安置在电路板上。而这个时候 封测 技术就派上用场了。

 封测有着安放、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测外壳的引脚上,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,封测对集成电路起着重要的作用。

封测的作用有那些?

 1、保护

 半导体芯片的生产车间都有非常严格的生产条件控制,恒定的温度、恒定的湿度、严格的空气尘埃颗粒度控制及严格的静电保护措施,裸露的装芯片只有在这种严格的环境控制下才不会失效。但是,我们所生活的周围环境完全不可能具备这种条件,低温可能会有-40°C、高温可能会有60°C、湿度可能达到100%,如果是汽车产品,其工作温度可能高达120℃以上。同时还会有各种外界的杂质、静电等等问题会侵扰脆弱的芯片。所以需要封测来更好的保护芯片,为芯片创造一个好的工作环境。

 2、支撑

 支撑有两个作用,一是支撑芯片,将芯片固定好便于电路的连接,二是封测完成以后,形成一定的外形以支撑整个器件、使得整个器件不易损坏。

 3、连接

 连接的作用是将芯片的电极和外界的电路连通。引脚用于和外界电路连通,金线则将引脚和芯片的电路连接起来。载片台用于承载芯片,环氧树脂粘合剂用于将芯片粘贴在载片台上,引脚用于支撑整个器件,而塑封体则起到固定及保护作用。

 4、散热

 增强散热,是考虑到所有半导体产品在工作的时候都会产生热量,而当热量达到一定限度的时候便会影响芯片的正常工作。事实上,封装体的各种材料本身就可以带走一部分热量,当然,对于大多数发热量大的芯片,除了通过封测材料进行降温外,还需要考虑在芯片上额外安装一个金属散热片或风扇以达到更好的散热效果。

 5、可靠性

 任何封装都需要形成一定的可靠性, 这是整个封装工艺中最重要的衡量指标。原始的芯片离开特定的生存环境后就会损毁,需要封装。芯片的工作寿命,主要决于对封装材料和封装工艺的选择。

封测的类型和流程

 目前总共有上千种独立的封测类型并且没有统一的系统来识别它们。有些以它们的设计命名(DIP,扁平型,等等),有些以其结构技术命名(塑封,CERDIP,等等),有的按照体积命名,其他的以其应用命名。

 芯片的封测技术已经历经好几代的变迁,技术指标一代比一代先进,包括芯片面积与封测面积之比越来越接近,使用频率越来越高,耐温性能越来越好,以及引脚数增多,引脚间距减小,重量减小,可靠性提高,使用更加方便等等,都是看得见的变化。

下面讲解一下封测的主要流程:

 封装工艺流程 一般可以分为两个部分,用塑料封装之前的工艺步骤成为前段操作,在成型之后的工艺步骤成为后段操作。基本工艺流程包括:硅片减薄、硅片切割、芯片贴装、成型技术、去飞边毛刺、切筋成型、上焊锡打码等工序,下面就具体到每一个步骤:

 一、前段:

 背面减薄(back grinding):刚出场的圆镜(wafer)进行背面减薄,达到封装需要的厚度。在背面磨片时,要在正面粘贴胶带来保护电路区域。研磨之后,去除胶带。

 圆镜切割(wafer Saw):将圆镜粘贴在蓝膜上,再将圆镜切割成一个个独立的Dice,再对Dice进行清洗。

 光检查:检查是否出现废品

 芯片粘接(Die Attach):芯片粘接,银浆固化(防止氧化),引线焊接。

 二、后段:

 注塑:防止外部冲击,用EMC(塑封料)把产品封测起来,同时加热硬化。

 激光打字:在产品上刻上相应的内容。

 高温固化:保护IC内部结构,消除内部应力。

 去溢料:修剪边角。

 电镀:提高导电性能,增强可焊接性。

最后切片成型检查产品良率,那么怎么来检测封测成型之后的产品功能筛选废品呢?跟进不同的封装类型来采购对应的IC测试座以及老化座来进行IC的功能性测试,最后通过温湿度加速老化确认之后包装出厂。

这就是一个完整芯片封测的过程。芯片封测技术我国已经走在世界前列,这为我们大力发展芯片提供了良好的基础。未来几年,芯片行业的整体增速将维持在30%以上。这是一个非常可观的增速,意味着行业规模不到3年就将翻一番。如此高速的增长,芯片行业3大细分领域——设计、制造、封装与测试(简称“封测”)均将受益。相信在国人的努力下,我们的设计和制造水平也会有一天能够走向世界,引领时代。

我司专注于集成电路适配器研发、设计、生产和销售于一体的技术密集型高新企业。专业生产各类IC的Burn-in Socket、Test Socket及各类IC测试治具,向客户提供专业的集成电路测试、烧录、老化试验等的连接解决方案;专业研制、开发、生产各类高性能、低成本的Burn-in & Test Socket及各类IC测试治具,适用于BGA,PGA,QFN,GCSP,CLCC,QFP,TSOP……个种芯片封装

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封装,就是指把硅片上的电路管脚,用导线接引到外部接头处,以便与其它器件连接.封装形式是指安装半导体集成电路芯片用的外壳。它不仅起着安装、固定、密封、保护芯片及增强电热性能等方面的作用,而且还通过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相连接,从而实现内部芯片与外部电路的连接。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还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,因此它是至关重要的。

衡量一个芯片封装技术先进与否的重要指标是芯片面积与封装面积之比,这个比值越接近1越好。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。

封装大致经过了如下发展进程:

结构方面:TO->DIP->PLCC(plastic

leaded

chip

carrier)

带引线的塑料芯片载体。表面贴装型封装之一->QFP->BGA

->CSP;

材料方面:金属、陶瓷->陶瓷、塑料->塑料;

引脚形状:长引线直插->短引线或无引线贴装->球状凸点;

装配方式:通孔插装->表面组装

一、DIP双列直插式封装

DIP(DualIn-line

Package)是指采用双列直插形式封装的集成电路芯片,绝大多数中小规模集成电路(IC)均采用这种封装形式,其引脚数一般不超过100个。采用DIP封装的CPU芯片有两排引脚,需要插入到具有DIP结构的芯片插座上。当然,也可以直接插在有相同焊孔数和几何排列的电路板上进行焊接。DIP封装的芯片在从芯片插座上插拔时应特别小心,以免损坏引脚。

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,故体积也较大。

Intel系列CPU中8088就采用这种封装形式,缓存(Cache)和早期的内存芯片也是这种封装形式。

二、QFP塑料方型扁平式封装和PFP塑料扁平组件式封装

QFP(Plastic

Quad

Flat

Package)封装的芯片引脚之间距离很小,管脚很细,一般大规模或超大型集成电路都采用这种封装形式,其引脚数一般在100个以上。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,一般在主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,即可实现与主板的焊接。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。

PFP既可以是正方形,也可以是长方形。

QFP/PFP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。

Intel系列CPU中80286、80386和某些486主板采用这种封装形式。

三、PGA插针网格阵列封装

PGA(Pin

Grid

Array

Package)芯片封装形式在芯片的内外有多个方阵形的插针,每个方阵形插针沿芯片的四周间隔一定距离排列。根据引脚数目的多少,可以围成2-5圈。安装时,将芯片插入专门的PGA插座。为使CPU能够更方便地安装和拆卸,从486芯片开始,出现一种名为ZIF的CPU插座,专门用来满足PGA封装的CPU在安装和拆卸上的要求。

ZIF(Zero

Insertion

Force

Socket)是指零插拔力的插座。把这种插座上的扳手轻轻抬起,CPU就可很容易、轻松地插入插座中。然后将扳手压回原处,利用插座本身的特殊结构生成的挤压力,将CPU的引脚与插座牢牢地接触,绝对不存在接触不良的问题。而拆卸CPU芯片只需将插座的扳手轻轻抬起,则压力解除,CPU芯片即可轻松取出。

PGA封装具有以下特点:

1.插拔操作更方便,可靠性高。

2.可适应更高的频率。

Intel系列CPU中,80486和Pentium、Pentium

Pro均采用这种封装形式。

四、BGA球栅阵列封装

随着集成电路技术的发展,对集成电路的封装要求更加严格。这是因为封装技术关系到产品的功能性,当IC的频率超过100MHz时,传统封装方式可能会产生所谓的“CrossTalk”现象,而且当IC的管脚数大于208

Pin时,传统的封装方式有其困难度。因此,除使用QFP封装方式外,现今大多数的高脚数芯片(如图形芯片与芯片组等)皆转而使用BGA(Ball

Grid

Array

Package)封装技术。BGA一出现便成为CPU、主板上南/北桥芯片等高密度、高性能、多引脚封装的最佳选择。

BGA封装具有以下特点:

1.I/O引脚数虽然增多,但引脚之间的距离远大于QFP封装方式,提高了成品率。

2.虽然BGA的功耗增加,但由于采用的是可控塌陷芯片法焊接,从而可以改善电热性能。

3.信号传输延迟小,适应频率大大提高。

4.组装可用共面焊接,可靠性大大提高。

BGA封装方式经过十多年的发展已经进入实用化阶段。1987年,日本西铁城(Citizen)公司开始着手研制塑封球栅面阵列封装的芯片(即BGA)。而后,摩托罗拉、康柏等公司也随即加入到开发BGA的行列。五、CSP芯片尺寸封装

随着全球电子产品个性化、轻巧化的需求蔚为风潮,封装技术已进步到CSP(Chip

Size

Package)。它减小了芯片封装外形的尺寸,做到裸芯片尺寸有多大,封装尺寸就有多大。即封装后的IC尺寸边长不大于芯片的1.2倍,IC面积只比晶粒(Die)大不超过1.4倍。

CSP封装具有以下特点:

1.满足了芯片I/O引脚不断增加的需要。

2.芯片面积与封装面积之间的比值很小。

3.极大地缩短延迟时间。

CSP封装适用于脚数少的IC,如内存条和便携电子产品。未来则将大量应用在信息家电(IA)、数字电视(DTV)、电子书(E-Book)、无线网络WLAN/GigabitEthemet、ADSL/手机芯片、蓝芽(Bluetooth)等新兴产品中。

六、MCM多芯片模块

为解决单一芯片集成度低和功能不够完善的问题,把多个高集成度、高性能、高可靠性的芯片,在高密度多层互联基板上用SMD技术组成多种多样的电子模块系统,从而出现MCM(Multi

Chip

Model)多芯片模块系统。

MCM具有以下特点:

1.封装延迟时间缩小,易于实现模块高速化。

2.缩小整机/模块的封装尺寸和重量。

3.系统可靠性大大提高。

PS:

2.54厘米=1英寸(也叫一个IC间距、是器件的规范标准)

康强电子主要是做半导体封装材料的企业,虽然是业内的龙头,但很多人可能还不知道什么是封装材料,有人传出与华为合作,与华为海思有合作关系。

首先我们知道,康强电子是一家专业从事各类半导体封装材料开发、生产、销售的高新技术企业,主要生产各类半导体塑封引线框架、键合丝等半导体封测材料。主要产品分类有:冲压框架、蚀刻框架、键合丝、LED框架、江阴康强产品。

根据2020年年报显示,康强电子的主营业务为制造业,占营收比例为:98.92%。主要就是做封装材料方面的制造业务。

我们知道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。塑封之后,还要进行一系列操作,如后固化、切筋和成型、电镀以及打印等工艺。典型的封装工艺流程为:划片 装片 键合 塑封 去飞边 电镀 打印 切筋和成型 外观检查 成品测试 包装出货。

康强电子所属的封装材料处于半导体产业链下游,是集成电路产业链上重要的一个环节。集成电路封装材料的客户是集成电路封装测试企业。公司客户主要有长电科技,华天科技等封测厂商。

据小道消息,康强电子目前已代理的海思芯片包括视频编码芯片(安防监控等)、无线连接芯片(NB-IOT、WIFI等)、宽带载波芯片,正在走代理授权流程的海思芯片包括视频解码芯片(机顶盒)及显示芯片(电视机)。后续将逐步扩展到海思的无线通讯、电力载波、视频解码等领域。但真实性有待鉴定。

直接来说,康强电子与华为之间并没有直接的合作关系,甚至很难与芯片等概念扯上联系。康强电子是一个封测材料的龙头,不是封测龙头。

 
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