半导体封装详解！高效的工程批快封、系统级SiP封装设计、封装量产管理实现

2024-01-07 04:01

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自1947年美国电报电话公司(AT&T)贝尔实验室的三位科学家巴丁、布赖顿和肖克莱发明第一只晶体管起，就同时开创了微电子封装的历史。为便于晶体管在电路中使用和焊接，要有外壳外接引脚；为了固定小小的半导体芯片，要有支撑它的外壳底座；为了防护芯片不受大气环境污染，也为了使其坚固耐用，就必须有把芯片密封起来的外壳等。随着中国半导体产业的快速发展，半导体封装材料市场规模也在不断扩大。据相关资料显示，中国已经成为全球最大的半导体封装材料市场之一，市场需求持续增长。

一、封装功能

封装通常有五种功能，即电源分配、信号分配、散热通道、机械支撑和环境保护。

1、电源分配

微电子封装首先要能接通电源,使芯片与电路流通电流。其次,微电子封装的不同部位所需的电源有所不同,要能将不同部位的电源分配恰当,以减少电源的不必要损耗,这在多层布线基板上尤为重要。同时,还要考虑接地线的分配问题。

2、信号分配

为使电信号延迟尽可能减小,在布线时应尽可能使信号线与芯片的互连路径及通过封装的I/O引出的路径达到最短。对于高频信号,还应考虑信号间的串扰,以进行合理的信号分配布线和接地线分配。

3、散热通道

各种微电子封装都要考虑器件、部件长期工作时如何将聚集的热量散出的问题。不同的封装结构和材料具有不同的散热效果，对于功耗大的微电子封装，还应考虑附加热沉或使用强制风冷、水冷方式，以保证系统在使用温度要求的范围内能正常工作。

4、机械支撑

微电子封装可为芯片和其他部件提供牢固可靠的机械支撑，并能适应各种工作环境和条件的变化。

5、环境保护

半导体器件和电路的许多参数，如击穿电压、反向电流、电流放大系数、噪声等，以及器件的稳定性、可靠性都直接与半导体表面的状态密切相关。半导体器件和电路制造过程中的许多工艺措施也是针对半导体表面问题的。半导体芯片制造出来后，在没有将其封装之前，始终都处于周围环境的威胁之中。在使用中，有的环境条件极为恶劣，必须将芯片严加密封和包封。

二、封装制程

了解整个封装工艺步骤是很重要的，唯有如此才可以对封装进行设计、制造和优化。许多情况下，封装(Assembly)和硅片制造(IC Fabrication)并不是在同一家工厂内完成的。尽管目前已有将前道工序和封装工序集成到同一生产线上去的倾向，但是绝大多数情况下仍然需要将硅片运送到封装工厂去。

芯片通常在硅片工艺线上进行片上测试，并在有缺陷的芯片上做上记号，通常是打上一个黑色墨点或激光标记，这样为后面的封装过程做好准备，在进行芯片贴装时自动拾片机就可以自动分辨出合格的芯片和不合格的芯片。

封装工序一般可以分成两个部分：在用塑封料包封起来以前的工艺步骤称为装配(Assembly)或称前道操作(Front End Operation)，在成型之后的工艺步骤称为后道操作(Back End Operation)。在前道工序中，净化级别控制在10到1,00级。在有些生产企业中，成型工序也在净化控制的环境中进行。但是，由于转移成型操作中机械水压机和预成型品中的粉尘，使得很难使净化环境达到10,000级以上的水平。不过一般来说，随着硅芯片越来越复杂和日益趋向微型化，将使得更多的装配和成型工艺在粉尘得到控制的环境下进行。

现在大部分使用的封装材料都是聚合物，即所谓的塑料封装。塑料封装的成型技术也有许多种，包括转移成型技术( transfer molding)，喷射成型技术(inject molding)，预成型技术(pre molding)。其中转移成型技术使用最为普遍。

转移成型技术的典型工艺过程如下：将已贴装好芯片并完成芯片互连的框架带置于模具中，将塑封材料预加热(90-95 (o)C之间)，然后放进转移成型机的转移罐中。在转移成型活塞压力之下，塑封料被挤压到浇道中，并经过浇口注入模腔(170-175 (o)C)。塑封料在模具中快速固化，经过一段时间的保压，使得模块达到一定的硬度，然后用顶杆顶出模块并放入固化炉进一步固化。

总结下来具体要经历硅片减薄、硅片切割、芯片贴装、芯片互连、成型、去飞边毛刺、切筋打弯、上焊锡、打码等多道工艺流程。

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三、摩尔精英封装服务

半导体封装材料行业的技术水平要求较高，需要不断进行技术研发和创新。在这方面，摩尔精英具有较强的技术实力和研发能力，能够持续推出新产品和新技术。

摩尔精英封装测试，已成功交付4780+款快封&105+款SiP，提升测试效率超50%。封装服务主要聚焦在工程批快封、系统级SiP封装设计、封装量产管理三大业务，并在合肥、无锡、重庆多地布局2万平封装测试工厂，核心设备投资超过4亿元。

无锡厂产能：封装：SiP 1亿颗/年，FC 36KK/年，QFN 4.2亿颗/年；

重庆厂产能：快封1个月 500批；

合肥厂产能：快封1个月300批。

摩尔精英封测协同解决方案

系统级封装SiP

摩尔精英SiP一站式解决方案，贯穿电路设计到封装量产的产品生命周期，让客户最大化省心省力。客户仅需输入产品功能需求，例如现有PCB原理图，后续的设计和生产可完全交由摩尔来完成，统筹完成原理图设计、芯片选型、元器件选型、SiP设计、生产和测试。目前摩尔精英已服务了包括TCL、中车、长虹在内的多家头部系统厂商，和面向多样化市场的中小方案/模组厂商。

Flip-chip倒装封装

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关于摩尔精英

摩尔精英以“让中国没有难做的芯片”为使命，通过一站式芯片设计和供应链平台，结合自有封测工厂和设备的快速响应能力，给有多样化、定制化芯片需求的芯片和终端公司，提供长期、规模化、正规化、安全、高效的“从芯片研发到量产一站式交付”的解决方案，降低客户风险、加速产品上市、提高运营效率，助力客户解决中国芯片卡脖子问题。

公司成立于2015年，公司核心团队来自于IBM、SMIC、ASE等公司，具备丰富的供应链管理经验和能力。业务覆盖了800家芯片客户，在无锡、合肥、重庆多地布局2万平封装测试工厂，核心设备投资超过4亿元。