芯片制造中的塑封與電鍍

以下文章來源于學(xué)習(xí)那些事，作者小陳婆婆

塑封與電鍍

塑封是電子元器件和集成電路制造中的一個重要環(huán)節(jié)，它涉及到將各個部件合理布置、組裝、連接，并與外部環(huán)境隔離，以保護(hù)元器件免受水分、塵埃和有害氣體的侵蝕，同時減緩振動、防止外來損傷，以及穩(wěn)定元器件參數(shù)。

電鍍在功率半導(dǎo)體制程中占據(jù)著舉足輕重的地位，它貫穿于芯片的前端制程至后端的封裝工序，是提升功率器件性能與可靠性的關(guān)鍵技術(shù)。

本文對塑封與電鍍做介紹，分述如下：

塑封

電鍍

1塑封

塑封的定義與重要性

塑封通過流動包覆的方式，將裸芯片及完成內(nèi)互聯(lián)后的半成品包封起來，使之與外界環(huán)境隔絕。固化后形成的保護(hù)層為下一步的電子組裝提供了可加工的電子個體。這個環(huán)節(jié)對于保證元器件的性能和穩(wěn)定性至關(guān)重要，因此通常被視為封裝工藝的代表。

塑封料的性能要求與成分

性能優(yōu)異的塑封料需要滿足以下要求：較低的介電常數(shù)和介電損耗因子，以提高運(yùn)行速度；較高的耐熱性、導(dǎo)熱性、絕緣性；優(yōu)異的力學(xué)性能、阻燃性、電絕緣性；與硅等元器件匹配且可調(diào)的熱線脹系數(shù)；優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械性能。

常用的塑封料主要由環(huán)氧樹脂、填料以及其他微量的添加劑組成。其中，環(huán)氧樹脂是主要的黏合劑，而填料則對塑封料的性能有重要影響。

塑封料的流動性與影響因素

塑封料的流動性主要與其中的固體顆粒含量有關(guān)。固體顆粒含量越少，黏度越低，流動性越好。塑封料的流動性在塑封過程中會先變好后變差，這主要是由于塑封料中的成分隨著溫度的上升逐漸變?yōu)橐簯B(tài)參與反應(yīng)，導(dǎo)致固體顆粒減少。

然而，由于反應(yīng)是不可逆的，當(dāng)物質(zhì)經(jīng)液態(tài)再次轉(zhuǎn)化為固態(tài)后，這種顆粒將不再會變回液態(tài)。

影響塑封料流動性的主要因素包括塑封料的預(yù)熱程度、金型溫度、型腔傳導(dǎo)壓力和速度等。此外，塑封料的密度也對其流動性及玻璃化狀態(tài)持續(xù)時間有影響。

塑封常見的不良與解決方法

1)封裝體成型不完整。發(fā)生的主要原因為氣道堵塞、金型有異物、塑封料注射時間太長等。

2)封裝體破裂/芯片露出/裂紋。發(fā)生的主要原因為封裝體受外力撞擊，框架變形等。

3)封裝體上下或者左右錯位。發(fā)生的主要原因為上下金型前后左右有錯位， 框架在金型上定位不準(zhǔn)，上下金型前后左右溫差太大等。

4)封裝體上有小氣泡。發(fā)生的主要原因為塑封料質(zhì)量有問題，成型參數(shù)不正確，模具壓力不夠，氣道堵塞等。

5)塑封溢飛邊(FLASH)。引腳上有一層塑封產(chǎn)生的薄膜，或封裝體上有塑封產(chǎn)生的較薄的飛邊，發(fā)生的主要原因為引腳變形造成的尺寸偏差，塑封金型磨損，密封性不好，成型壓力不足，塑封料流動性過高等。

2電鍍

電鍍在功率器件制造中的作用

在功率器件的制造流程中，電鍍工藝不僅實現(xiàn)了芯片正面與背面的金屬導(dǎo)出，還優(yōu)化了功率器件的性能。

芯片正面金屬導(dǎo)出：通過電鍍，在芯片正面的鋁基材上沉積鎳、鈀、金三層金屬。金層確保了芯片與金線的可靠連接，保證了電路的穩(wěn)定運(yùn)行。同時，鈀層的加入有效防止了鎳離子遷移到金層，避免了黑金現(xiàn)象，提升了焊接的牢固性。

芯片背面金屬導(dǎo)出：對于大功率器件而言，背面金屬層的厚度至關(guān)重要。傳統(tǒng)的真空熱蒸方式難以達(dá)到所需的厚度，而電鍍技術(shù)則可將背面金屬層厚度提升至80μm左右，確保功率器件在高電壓、大電流環(huán)境下的穩(wěn)定運(yùn)行。通過先真空熱蒸再電鍍的方式，實現(xiàn)了背面金屬層的優(yōu)化，提升了功率器件的性能。

TO類功率器件的電鍍工藝

TO類功率器件的電鍍屬于引線框架類電鍍，旨在提升功率器件的可焊性與耐腐蝕性。電鍍前，需進(jìn)行去飛邊處理，以去除塑封過程中產(chǎn)生的多余塑封料與表面薄膜。

去飛邊處理：去飛邊是電鍍前的關(guān)鍵步驟，它確保了功率器件的電氣連接不受影響。目前主要采用電化學(xué)軟化加高壓去除或化學(xué)浸泡軟化加高壓去除兩種方式。這兩種方式均能有效去除飛邊，同時避免對塑封表面造成損傷。

電鍍錫層：在芯片引腳上鍍覆一層金屬錫層，不僅提升了功率器件的可焊性，還保證了其長期使用的耐腐蝕性。這一步驟對于功率器件的封裝與可靠性至關(guān)重要。

電鍍技術(shù)的未來發(fā)展

隨著科技的進(jìn)步與功率器件需求的提升，電鍍技術(shù)將持續(xù)發(fā)展。未來，電鍍技術(shù)將更加注重環(huán)保、高效與智能化。通過優(yōu)化電鍍工藝、提升電鍍效率與精度，以及開發(fā)新型環(huán)保電鍍材料，電鍍技術(shù)將為功率器件的制造提供更加強(qiáng)有力的支持。

新的去飛邊技術(shù)——激光燒灼

激光燒灼作為一種新興的去飛邊方式，以其原理簡單、定位精準(zhǔn)的特點，在功率模塊等高附加值封裝中得到了應(yīng)用。盡管其效率相對較低且成本較高，但其在處理復(fù)雜形狀和微小結(jié)構(gòu)時的優(yōu)勢，使得它成為處理高精度封裝體的理想選擇。

同時，電鍍技術(shù)與其他先進(jìn)技術(shù)的融合也將成為趨勢。例如，將電鍍技術(shù)與3D打印、納米技術(shù)等相結(jié)合，可開發(fā)出具有更高性能、更小型化的功率器件，滿足未來電子設(shè)備對功率器件的更高要求。