芯片装甲的前世今生

 

一前言

众所周知，晶圆的特性如同玻璃一样容易破碎，但为什么做成成品的IC又能通过高震动与跌落可靠性测试，并且能在高温环境下非常稳定运行？这其实是一个关键的半导体技术——封装的功劳。它像一道“防护城墙”，既要屏蔽灰尘、水汽、冲击，也要兼顾散热、电性能和成本。
 

在如今人人都知道先进半导体工艺已经先进到2nm的今天，对于不起眼的封装技术，却鲜有人熟知。接下来，让我们从“城墙”的发展与流程，走进半导体封装的世界。

二封装技术的起源与发展

在20世纪20—30年代，半导体发展初期，电子计算与通信主要依赖真空管。为了给管脚提供机械支撑、隔绝空气并散热，工程师们将真空管封装在金属或玻璃罐中，顶部或底部引出几根粗管脚，这是最原始的“封装”形式。

1947年晶体管问世后，为了沿用现有测试设备并保证散热与密封，最初的晶体管也被装在类似真空管的金属罐内，这种封装体积依旧偏大，但已经实现了固态器件向可靠商用器件的过渡。

到了1950—1960年代，随着平面工艺和晶圆切割技术的发展，芯片尺寸逐渐缩小，研究人员开始用陶瓷基板把裸片粘固并通过金丝键合到引脚上。1961年后，最早形似今天DualInline Package的封装模型出现，它通过两排平行的引脚，显著提升了PCB装配密度和测试效率。

在1970年代之后塑料封装的普及与成本革命发展起来的塑料注塑封装逐渐取代了昂贵的陶瓷封装。加上相对玻璃与陶瓷的易碎性，环氧树脂一次成型的塑料外壳不仅满足了绝缘与防潮和震动跌落等需求，还大幅降低了成本，使得集成电路能够大规模应用于各种电子领域，直到今天我们所使用的大部分半导体IC类与TVS和ESD管还是沿用的这种封装方案。

 

三环氧树脂的封装流程

【晶圆切割】：

使用金刚石砂线或激光沿预先刻蚀的切割槽将晶圆切割成独立芯粒；

【芯片粘附】：

在框架上点胶，放置芯粒并固化；

【线焊键合】：

通过超声热力，将金丝从芯粒焊到框架引脚；

【封装成型】：

将粘好线焊的框架与芯片放入模具，注入环氧树脂；加压高温固化，形成坚固的外壳；

【切筋成型】：

对引线框架多余金属进行修剪，按照标准角度弯折成型。

【电镀处理】：对外露的引脚或焊盘进行电镀金属处理。

四总结

封装技术的演进，是为了在成本、性能、可靠性、自动化制造之间寻求最优平衡。从金属封装到陶瓷封装，再到塑料注塑，每一次蜕变都推动了半导体工业的新一轮升级，也让芯片真正成为“无处不在”的微型智能引擎，在电子环境越来越密集的今天，一个好的产品不是单一晶圆制程工艺所能决定的，为了达到更好的可靠性与更高的性能，封装技术也是至关重要的一环。