芯片制造中的塑封与电镀

以下文章来源于学习那些事，作者小陈婆婆

塑封与电镀

塑封是电子元器件和集成电路制造中的一个重要环节，它涉及到将各个部件合理布置、组装、连接，并与外部环境隔离，以保护元器件免受水分、尘埃和有害气体的侵蚀，同时减缓振动、防止外来损伤，以及稳定元器件参数。

电镀在功率半导体制程中占据着举足轻重的地位，它贯穿于芯片的前端制程至后端的封装工序，是提升功率器件性能与可靠性的关键技术。

本文对塑封与电镀做介绍，分述如下：

塑封

电镀

1塑封

塑封的定义与重要性

塑封通过流动包覆的方式，将裸芯片及完成内互联后的半成品包封起来，使之与外界环境隔绝。固化后形成的保护层为下一步的电子组装提供了可加工的电子个体。这个环节对于保证元器件的性能和稳定性至关重要，因此通常被视为封装工艺的代表。

塑封料的性能要求与成分

性能优异的塑封料需要满足以下要求：较低的介电常数和介电损耗因子，以提高运行速度；较高的耐热性、导热性、绝缘性；优异的力学性能、阻燃性、电绝缘性；与硅等元器件匹配且可调的热线胀系数；优异的化学稳定性和机械性能。

常用的塑封料主要由环氧树脂、填料以及其他微量的添加剂组成。其中，环氧树脂是主要的黏合剂，而填料则对塑封料的性能有重要影响。

塑封料的流动性与影响因素

塑封料的流动性主要与其中的固体颗粒含量有关。固体颗粒含量越少，黏度越低，流动性越好。塑封料的流动性在塑封过程中会先变好后变差，这主要是由于塑封料中的成分随着温度的上升逐渐变为液态参与反应，导致固体颗粒减少。

然而，由于反应是不可逆的，当物质经液态再次转化为固态后，这种颗粒将不再会变回液态。

影响塑封料流动性的主要因素包括塑封料的预热程度、金型温度、型腔传导压力和速度等。此外，塑封料的密度也对其流动性及玻璃化状态持续时间有影响。

塑封常见的不良与解决方法

1)封装体成型不完整。发生的主要原因为气道堵塞、金型有异物、塑封料注射时间太长等。

2)封装体破裂/芯片露出/裂纹。发生的主要原因为封装体受外力撞击，框架变形等。

3)封装体上下或者左右错位。发生的主要原因为上下金型前后左右有错位， 框架在金型上定位不准，上下金型前后左右温差太大等。

4)封装体上有小气泡。发生的主要原因为塑封料质量有问题，成型参数不正确，模具压力不够，气道堵塞等。

5)塑封溢飞边(FLASH)。引脚上有一层塑封产生的薄膜，或封装体上有塑封产生的较薄的飞边，发生的主要原因为引脚变形造成的尺寸偏差，塑封金型磨损，密封性不好，成型压力不足，塑封料流动性过高等。

2电镀

电镀在功率器件制造中的作用

在功率器件的制造流程中，电镀工艺不仅实现了芯片正面与背面的金属导出，还优化了功率器件的性能。

芯片正面金属导出：通过电镀，在芯片正面的铝基材上沉积镍、钯、金三层金属。金层确保了芯片与金线的可靠连接，保证了电路的稳定运行。同时，钯层的加入有效防止了镍离子迁移到金层，避免了黑金现象，提升了焊接的牢固性。

芯片背面金属导出：对于大功率器件而言，背面金属层的厚度至关重要。传统的真空热蒸方式难以达到所需的厚度，而电镀技术则可将背面金属层厚度提升至80μm左右，确保功率器件在高电压、大电流环境下的稳定运行。通过先真空热蒸再电镀的方式，实现了背面金属层的优化，提升了功率器件的性能。

TO类功率器件的电镀工艺

TO类功率器件的电镀属于引线框架类电镀，旨在提升功率器件的可焊性与耐腐蚀性。电镀前，需进行去飞边处理，以去除塑封过程中产生的多余塑封料与表面薄膜。

去飞边处理：去飞边是电镀前的关键步骤，它确保了功率器件的电气连接不受影响。目前主要采用电化学软化加高压去除或化学浸泡软化加高压去除两种方式。这两种方式均能有效去除飞边，同时避免对塑封表面造成损伤。

电镀锡层：在芯片引脚上镀覆一层金属锡层，不仅提升了功率器件的可焊性，还保证了其长期使用的耐腐蚀性。这一步骤对于功率器件的封装与可靠性至关重要。

电镀技术的未来发展

随着科技的进步与功率器件需求的提升，电镀技术将持续发展。未来，电镀技术将更加注重环保、高效与智能化。通过优化电镀工艺、提升电镀效率与精度，以及开发新型环保电镀材料，电镀技术将为功率器件的制造提供更加强有力的支持。

新的去飞边技术——激光烧灼

激光烧灼作为一种新兴的去飞边方式，以其原理简单、定位精准的特点，在功率模块等高附加值封装中得到了应用。尽管其效率相对较低且成本较高，但其在处理复杂形状和微小结构时的优势，使得它成为处理高精度封装体的理想选择。

同时，电镀技术与其他先进技术的融合也将成为趋势。例如，将电镀技术与3D打印、纳米技术等相结合，可开发出具有更高性能、更小型化的功率器件，满足未来电子设备对功率器件的更高要求。