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半导体芯片封装之贴片键合概述

作者：聂仁勇海太半导体(无锡)有限公司

引言

半导体芯片封装是指利用精密焊接技术，将芯片粘贴并固定在框架或PBC板等基座上，并通过

金丝、铜丝、铝丝或其他介质将芯片的键合区与基座连接起来，再用绝缘材料将它们保护起来，构

成独立的电子元器件的工艺。

半导体芯片封装的目的，在于保护芯片不受或少受外界环境的影响，并为它提供一个发挥半导

体芯片功能的良好工作环境，以使之稳定、可靠、正常地完成相应的功能。但是芯片的封装只会限

制而不会提高芯片的功能。在这样的情况下，全世界都在努力研究并并不断推出新的封装形式，以

最大限度地发挥半导体芯片尤其是半导体集成电路本应有的功能，减小因封装对芯片功能产生的影

响。半导体芯片封装流程可以分为“前道”流程和“后道”流程两部分。其中，“前道”流程包括贴

片（DieBonding）和键合（WireBonding）两道工序，是整个半导体芯片封装流程中至关重要的两

道工序，它们决定了整个封装流程的成败；“后道”流程则包括塑封、后固化、高温贮存、去飞边、

浸锡（电镀）、切筋（打弯）、测试分类、mark、包装等工序，“后道”流程中测试分类也是比较重要

的一道工序，它决定了产品的“去留”。本文将着重介绍贴片和键合这两道工序。

贴片（DieBonding）

贴片（DieBonding），是将半导体芯片固定于基板或引线框架的Pad上的工艺工程。装片需要

选择与芯片相匹配的基座或Pad的引线框架，因为若基座或Pad太大，则会使内引线宽度太大，在

“后道”塑封过程中会由于塑封体流动产生的应力而造成内引线断裂、塌丝等现象，从而导致TEST

不良品增多。

另外，为了形成良好的装片成品率，还需要完善的工艺要素与之相配合，主要包括：温度、时

间、气氛、压力等几种因素。

工艺要素作用

温度两种材料合金，需在共熔点的温度下进行。

合金过程需通过加压或超声波振动破坏两，者

压力表面的氧化层，形成熔焊面均匀、接触牢固的

欧姆接触。

时间两种材料达到共熔合金需要时间。

气氛为了防止高温下金属氧化，需要气体保护。

因此装片工序有两大质量要求：产品质量要求和工艺质量要求。

装片的产品质量要求：芯片与引线框架的连接机械强度高，导热性能好（△VBE小）和导电性

能好（V小），装配平整，焊料厚度适中，定位准确，能满足键合的需要，能承受键合或塑封时可

CEsat

能有的高温，保证器件在各种条件下使用都具有良好的可靠性。

装片的工艺质量要求：芯片位置正确；芯片无沾污、无碎裂、无划伤、无倒装、无误装、无扭

转；引线框架无污染、无气泡、无氧化、无变形；焊料熔融良好，无氧化、无漏装、无结球、无翘

片、无空洞。

良好的成品率不但要有合适的工艺条件，而且要有理想的合金材料，理想的材料应有以下特点：

1、在半导体晶片中的溶解度高，这样制成的欧姆接触电阻就小；

2、具有较低的蒸气压，即在合金温度下不应大量蒸发；

3、熔点应低于芯片表面的铝与半导体的合金温度，否则会影响器件的电参数；

4、机械性能良好，要有延展性而且热膨胀性能与半导体材料、衬底材料的热膨胀性能相接近或

相匹配；

但装片的方式又多种多样，目前比较主流的方式主要有以下4种，分别是：树脂粘接（分导电

或非导电树脂）、共晶焊接、银浆或银泥烧结和铅锡合金焊接。

1）树脂粘接（分导电或非导电树脂）

常用的树脂由环氧、聚酰亚胺、酚醛、聚胺树脂及有机硅树脂组成作为粘接剂，加入银粉的称

导电树脂（或导电胶）；有的加入氧化铝粉填充料，导热性好，绝缘性也好，称非导电树脂（或非导

电胶），适用于集成电路与小功率的晶体管。

树脂粘接会产生一系列的问题：生产过程中因芯片放置不当（如翘片等）形成空洞率（如图1

所示）过高（后面章节即将介绍到的合金焊料装片更容出现这样的情况）；空洞率过高直接导致热阻

偏大、高应力；树脂滴在引脚上造成搭桥现象，引起内连接问题，在内引线键合时造成框架翘曲，

使得一边内引线