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 *** 作,在成型之后的工艺步骤成为后段 *** 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。
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据媒体报道,自8月份以来,受 游戏 机、笔记本电脑和其他消费电子产品的需求增加影响,全球封测厂龙头日月光、力成 科技 等厂商的消费逻辑芯片封测订单明显增加,部分生产线已经满负荷运行。由于消费逻辑芯片的订单增加,部分后端厂商三季度的月产能预计环比会增长20%到25%。
作为集成电路产业链不可缺少的一部分,半导体封测得益于对更高集成度的需求,以及5G、消费电子、物联网等驱动,市场规模快速扩大。
根据中国半导体协会数据,2019年我国半导体封测市场达2350亿元,同比增长7.10%。2012年我国封测市场销售额为1036亿元,七年以来我国半导体封测市场年复合增速为12.4%,增速保持较高水平。
封测作为我国半导体领域优势最为突出的子行业,在当前国产半导体产业链中,国产化程度最高、行业发展最为成熟。
随着上游的芯片设计公司选择将订单回流到国内,具备竞争力的封测厂商将实质性受益。随着5G应用、AI、IoT等新兴领域发展,我国封测行业仍然有望保持高增长。
集成电路封装测试是半导体产业链的中下游,包括封装和测试两个环节。
封装是对制造完成的晶圆进行划片、贴片、键合、电镀等一系列工艺,以保护晶圆上的芯片免受物理、化学等环境因素造成的损伤,增强芯片的散热性能,以及将芯片的I/O端口引出的半导体产业环节。
而测试主要是对芯片、电路等半导体产品的功能和性能进行验证的步骤,其目的在于将有结构缺陷以及功能、性能不符合要求的半导体产品筛选出来,以确保交付产品的正常应用。其中,封装环节价值占比约为80%~85%,测试环节价值占比约15%~20%。
全球集成电路企业主要分为两类,一种是涵盖集成电路设计、制造以及封装测试为一体的垂直整合型公司(IDM公司),例如三星、英特尔、海力士等独立专业化的公司。
另外一种则是将IDM公司进行拆分形成独立的公司,可以分为IC设计公司、晶圆代工厂及封装测试厂。全球知名封装测试厂包括安靠、日月光、长电 科技 、通富微电等。
封测环节是半导体细分领域国产化进展最快的环节。国内企业最早以封测技术为切入点进入集成电路产业,近年来,国内封测企业通过外延式扩张获得了良好的产业竞争力,技术实力和销售规模已进入世界第一梯队。
在芯片制造产能向大陆转移的大趋势下,大陆封测企业近水楼台,抢占了中国台湾、美国、日韩封测企业的份额。国内的几家封测厂商长电 科技 、华天 科技 、通富微电等巨头都已经挤进全球前十名。
长电 科技 联合产业基金、芯电半导体收购新加坡封测厂星科金朋,获得SiP、WLP、FC+Bumping能力以及扇出型封装技术,技术达到国际一流水平,主要掣肘在于客户资源。其规模进一步提升,目前已经做到全球第三名,同时在封测产品的布局上也进一步完善,在低端、中端、高端等封装领域都有突破。
华天 科技 收购美国FCI,通富微电联合大基金收购AMD苏州和槟城封测厂,晶方 科技 则购入英飞凌智瑞达部分资产。
全球十大封测厂通过这一系列并购后已经基本形成了日月光-矽品 科技 、安靠-J-Devices、长电 科技 -星科金朋等三大阵营。
全球封装技术的主流处于第三代的成熟期,向第四阶段演进。SiP和3D是封装未来重要的发展趋势,但鉴于3D封装技术难度较大、成本较高,SiP,PoP,HyBrid等封装仍是现阶段业界应用于高密度高性能系统级封装的主要技术。
在最高端技术上制造、封测已有融合:台积电已建立起CoWoS及InFO两大先进封测生态系统。日月光拥有FC+Bumping等成熟技术。
先进封装技术将推动半导体封装市场继续扩容。集成电路封装技术的演进主要为了符合终端系统产品的需求,为配合系统产品多任务、小体积的发展趋势,集成电路封装技术的演进方向即为高密度、高脚位、薄型化、小型化。
根据麦姆斯咨询援引Yole预测,2019年-2024年期间先进封装市场预计将以8%的复合年增长率增长,市场规模到2024年将达到440亿美元;与此同时,传统封装市场的复合年增长率预计仅为2.4%。
海通证券认为,全球集成电路产业为降低生产成本而将生产中心转移至亚洲地区,在完整的、动态的垂直分工体系下,技术、品质及交期均有保障;而且随着IDM公司逐步增加部分测试业务的外包,集成电路测试代工业务将朝着专业化、高品质服务方向不断发展。目前全球IC测试代工产业是封测一体厂和专业测试厂并存的格局,其中专业测试厂龙头厂商稳健成长。
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