【導(dǎo)讀】在智能手機(jī)、電腦、服務(wù)器等電子設(shè)備的核心部件中，芯片無(wú)疑是“大腦”，但這個(gè)“大腦”卻異常脆弱——微小的灰塵、潮濕的空氣、輕微的機(jī)械沖擊都可能導(dǎo)致其失效。為了讓芯片“堅(jiān)不可摧”，塑封工藝應(yīng)運(yùn)而生，它就像給芯片穿上一層“保護(hù)鎧甲”，不僅能隔絕外界環(huán)境的損害，還能提高芯片的機(jī)械強(qiáng)度，便于后續(xù)貼片安裝。如今，塑封工藝已占據(jù)微電子封裝市場(chǎng)90%以上的份額，其中環(huán)氧模塑料（EMC）因耐高溫、耐化學(xué)腐蝕、機(jī)械強(qiáng)度高的特性，成為塑封材料的“絕對(duì)主流”。從芯片到成品，塑封工藝貫穿了微電子封裝的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，每一步都蘊(yùn)含著精密的技術(shù)與細(xì)節(jié)。
一、塑封材料：熱塑性與熱固性的“終極選擇”
塑封材料是塑封工藝的基礎(chǔ)，其性能直接決定了芯片的可靠性。根據(jù)加工特性，塑封材料分為熱塑性塑料和熱固性塑料兩大類(lèi)：
熱塑性塑料（如聚碳酸酯PC、聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯PBT）：具有可重復(fù)加工的特點(diǎn)，加熱時(shí)融化，冷卻后固化，適合批量生產(chǎn)。但它的耐高溫性和機(jī)械強(qiáng)度較差，無(wú)法滿足芯片長(zhǎng)期工作的需求（芯片工作溫度可達(dá)80℃以上），因此僅用于低端電子元件（如電阻、電容）的封裝。
熱固性塑料（如環(huán)氧樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂）：固化后形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，不可逆，具有出色的耐高溫性（可承受150℃以上的溫度）、耐化學(xué)腐蝕性（不易被酸堿侵蝕）和機(jī)械強(qiáng)度（比熱塑性塑料高2-3倍）。其中，環(huán)氧模塑料（EMC）因添加了二氧化硅填充劑（提高機(jī)械強(qiáng)度）、固化劑（促進(jìn)固化）、脫模劑（便于脫模）等成分，成為微電子封裝的“首選材料”，占據(jù)了90%以上的市場(chǎng)份額。
為什么環(huán)氧模塑料能成為“主流”？舉個(gè)例子，手機(jī)中的芯片需要在高溫（充電時(shí)溫度可達(dá)60℃以上）、潮濕（雨天或手汗）的環(huán)境下工作，環(huán)氧模塑料能有效隔絕 moisture 和氧氣，防止芯片氧化；同時(shí)，它的高機(jī)械強(qiáng)度能承受手機(jī)掉落時(shí)的沖擊，避免芯片開(kāi)裂。這些特性讓環(huán)氧模塑料成為芯片的“最佳保護(hù)者”。
二、塑封成型：轉(zhuǎn)移與壓縮的“技術(shù)巔峰對(duì)決”
塑封成型是將模塑料轉(zhuǎn)化為芯片“保護(hù)鎧甲”的關(guān)鍵步驟，目前主要有轉(zhuǎn)移成型和壓縮成型兩種技術(shù)，它們各有優(yōu)勢(shì)，適用于不同的封裝場(chǎng)景：
1. 轉(zhuǎn)移成型：效率與批量生產(chǎn)的“王者”
轉(zhuǎn)移成型是微電子封裝中最常用的成型技術(shù)，它整合了注塑和壓縮成型的優(yōu)點(diǎn)，流程大致分為以下幾步：
定位引線框架：將貼有芯片的引線框架（Chip-on-Lead，COL）準(zhǔn)確放入模具型腔中，確保芯片位置無(wú)誤；
合模：模具閉合，形成密封的型腔；
加入模塑料：將預(yù)熱至80-100℃的模塑料（呈粘稠狀）注入模具的澆道；
預(yù)加熱與加壓：模具加熱至120-150℃，同時(shí)施加10-20MPa的壓力，讓模塑料填充整個(gè)型腔（包括芯片與引線之間的縫隙）；
固化：保持壓力和溫度，讓模塑料固化（約幾十秒），形成堅(jiān)硬的塑封體。
轉(zhuǎn)移成型的優(yōu)點(diǎn)是成型快、效率高（每 cycle 僅需幾十秒），適合批量生產(chǎn)（如電阻、電容、普通IC等）；但也存在利用率低、填充不均的缺點(diǎn)——模塑料需要填充澆道和澆口，導(dǎo)致材料利用率僅為70%左右；此外，若模塑料的流動(dòng)性不好，容易在芯片周?chē)纬蓺馀莼蚩障叮绊懕Ｗo(hù)效果。
2. 壓縮成型：薄型與大尺寸封裝的“專(zhuān)家”
壓縮成型是一種更“直接”的成型技術(shù)，它省去了澆道和澆口，直接將模塑料放入模具型腔中，流程為：
放入模塑料：將模塑料（顆粒狀或片狀）直接放入模具型腔；
合模與加熱：模具閉合，加熱至150-180℃，讓模塑料融化；
加壓固化：施加5-10MPa的壓力，讓模塑料填充型腔，然后保持壓力直到固化（約幾分鐘）。
壓縮成型的優(yōu)點(diǎn)是材料利用率高（可達(dá)90%以上）、填充均勻（無(wú)澆道和澆口，避免了材料流動(dòng)的阻力），特別適合薄型（如0.5mm以下的手機(jī)攝像頭模塊）和大尺寸（如100mm以上的服務(wù)器芯片）封裝。例如，手機(jī)的攝像頭模塊需要非常薄（否則會(huì)增加手機(jī)厚度），壓縮成型能讓模塑料均勻填充，形成薄而堅(jiān)硬的塑封體；服務(wù)器芯片尺寸大（如Intel的Xeon芯片），壓縮成型能避免轉(zhuǎn)移成型中常見(jiàn)的“填充不均”問(wèn)題，確保芯片整體受力均勻。不過(guò)，壓縮成型的效率較低（每 cycle 需幾分鐘），適合小批量或高端產(chǎn)品的生產(chǎn)。
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三、塑封后處理：固化與去溢料的“細(xì)節(jié)必修課”
塑封成型后，產(chǎn)品還需要經(jīng)過(guò)固化處理和去溢料兩個(gè)關(guān)鍵步驟，才能進(jìn)入下一步流程：
1. 固化處理：讓模塑料“徹底變硬”
塑封成型后的模塑料并未完全固化（僅固化了60%-70%），需要放入烘箱中進(jìn)行二次固化（Post Molding Cure，PMC）。固化條件通常為150-180℃，持續(xù)2-4小時(shí)，其作用有兩個(gè)：
充分固化：讓模塑料的分子鏈完全交聯(lián)，形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，提高機(jī)械強(qiáng)度和耐高溫性；
消除內(nèi)應(yīng)力：成型過(guò)程中，模塑料的溫度變化會(huì)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力（如冷卻時(shí)收縮不均），二次固化能釋放這些應(yīng)力，避免塑封體開(kāi)裂。
若固化不充分，模塑料會(huì)比較脆，容易在后續(xù)的切筋成型中開(kāi)裂；若固化過(guò)度，模塑料會(huì)變脆，同樣影響可靠性。因此，固化溫度和時(shí)間的控制非常關(guān)鍵，需要根據(jù)模塑料的型號(hào)（如環(huán)氧模塑料的固化溫度通常為175℃）進(jìn)行調(diào)整。
2. 去溢料：讓產(chǎn)品“煥然一新”
塑封成型時(shí)，模塑料會(huì)溢出到模具的縫隙中（如引線之間的小縫隙），形成溢料（Flash）。溢料會(huì)影響后續(xù)的電鍍和引腳成型，必須去除。目前，去溢料的方法主要有以下幾種：
機(jī)械噴砂：用高壓沙子（或氧化鋁顆粒）噴擊產(chǎn)品表面，將溢料打掉。這種方法適合簡(jiǎn)單形狀的產(chǎn)品（如電阻、電容），但可能會(huì)損傷產(chǎn)品表面的鍍層（如錫層），影響可焊性；
堿性電解法：將產(chǎn)品放入堿性溶液（如氫氧化鈉溶液）中，通電，讓溢料（主要成分為環(huán)氧樹(shù)脂）被電解掉。這種方法環(huán)保（無(wú)粉塵），適合復(fù)雜形狀的產(chǎn)品（如QFP封裝，引腳之間的溢料很難用機(jī)械方法去掉），但對(duì)模塑料的腐蝕性較強(qiáng)，需要控制電解時(shí)間；
激光去溢料：用激光（如CO?激光）照射溢料，將其燒掉。這種方法精度高（可以去掉0.1mm以下的溢料），適合高端封裝（如BGA、CSP），因?yàn)檫@些產(chǎn)品的引腳密度高（如BGA的引腳在底部，數(shù)量可達(dá)數(shù)百個(gè)），溢料容易導(dǎo)致短路。激光去溢料不會(huì)損傷引腳，是目前最先進(jìn)的去溢料技術(shù)，但成本較高（激光設(shè)備價(jià)格昂貴）。
四、電鍍與退火：提升性能的“雙重保險(xiǎn)”
塑封后的產(chǎn)品需要進(jìn)行電鍍和退火處理，以提高引線框架的可焊性和導(dǎo)電性，同時(shí)抑制錫須生長(zhǎng)（短路的“隱形殺手”）：
1. 電鍍：讓引線“更易焊接”
引線框架的材料是銅（導(dǎo)電性好），但銅容易氧化（氧化后表面會(huì)形成氧化銅，焊錫無(wú)法粘上去）。因此，需要在引線框架表面電鍍一層可焊性金屬（如錫、錫銀銅合金），其作用有兩個(gè)：
提高可焊性：錫層的表面張力小，焊錫容易潤(rùn)濕，便于后續(xù)的貼片安裝（如SMT貼片）；
提高導(dǎo)電性：錫的導(dǎo)電性比銅差，但電鍍層很薄（約5-10μm），不會(huì)影響整體導(dǎo)電性。
目前，無(wú)鉛電鍍是趨勢(shì)（歐盟的RoHS指令禁止使用含鉛的電子元件），常用的無(wú)鉛鍍層有錫銀銅合金（Sn-3Ag-0.5Cu）、錫鉍合金（Sn-58Bi）等。錫銀銅合金的熔點(diǎn)（217℃）比純錫（232℃）低，更適合SMT貼片（回流焊溫度通常為240℃左右）；同時(shí)，它的機(jī)械強(qiáng)度比純錫高，能承受更多的插拔次數(shù)（如USB接口的連接器）。
2. 退火：抑制錫須“生長(zhǎng)”
電鍍后的錫層容易生成錫須（Tin Whisker）——一種細(xì)長(zhǎng)的錫結(jié)晶（長(zhǎng)度可達(dá)1mm以上）。錫須會(huì)導(dǎo)致相鄰引腳之間短路（如手機(jī)中的芯片，引腳間距僅0.5mm，錫須長(zhǎng)到0.5mm就會(huì)短路），是電子設(shè)備死機(jī)的“隱形殺手”。
為了抑制錫須生長(zhǎng)，需要進(jìn)行退火處理（Annealing）：將電鍍后的產(chǎn)品放在烘箱中，在120-150℃下烤1-2小時(shí)。退火的原理是讓錫層的晶粒長(zhǎng)大（晶粒尺寸從1-2μm長(zhǎng)大到5-10μm），減少晶界（錫須通常從晶界處生長(zhǎng)），從而降低錫須生成的概率。此外，還有其他抑制錫須的方法，如鍍霧錫（錫層表面有細(xì)小的顆粒，減少晶界）、添加有機(jī)金屬添加劑（如鉍，阻止錫原子擴(kuò)散）、鎳層阻擋（在銅和錫之間鍍一層鎳，阻止銅擴(kuò)散到錫層里，減少錫須生成的動(dòng)力）。
五、切筋成型：從“毛坯”到“成品”的最后一步
切筋成型是塑封工藝的最后一步，將引線框架上的“毛坯”（多個(gè)芯片連在一起）變成“成品”（單個(gè)芯片），流程分為切筋和引腳成型兩步：
1. 切筋：把芯片“分開(kāi)”
引線框架上的芯片是連在一起的（通過(guò)筋條連接），需要用切筋模具（Trim Die）把多余的筋條切掉。切筋的原理是用沖床（壓力可達(dá)100-200噸）將筋條沖斷，留下單個(gè)芯片。切筋的精度要求很高（誤差需小于0.1mm），否則會(huì)導(dǎo)致引腳變形（如引腳彎曲）。
2. 引腳成型：把引腳“彎成需要的形狀”
切筋后的芯片引腳是直的，需要根據(jù)封裝形式（如SOP、QFP、BGA）進(jìn)行引腳成型（Forming）。例如，SOP（小外形封裝）的引腳是“L”形（貼在PCB表面），QFP（ quad flat package）的引腳是“J”形（插入PCB的孔中），BGA（球柵陣列）的引腳是“球”形（在芯片底部）。引腳成型的方法有沖床成型（用模具把引腳彎成需要的形狀）、機(jī)器人成型（用機(jī)器人手臂彎曲引腳，精度更高）等。
隨著封裝技術(shù)的進(jìn)步，切筋成型工藝也在不斷發(fā)展：
激光切筋：用激光（如光纖激光）切掉筋條，精度更高（誤差小于0.05mm），適合高端封裝（如BGA）；
3D引腳成型：用機(jī)器人進(jìn)行三維引腳成型（如手機(jī)的連接器，引腳需要彎成“Z”形），提高效率和一致性；
在線檢測(cè)：用AOI（自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)）設(shè)備實(shí)時(shí)檢測(cè)切筋成型后的產(chǎn)品（如引腳變形、裂紋），確保產(chǎn)品質(zhì)量。
結(jié)語(yǔ)：塑封工藝——微電子封裝的“基石”
從材料選擇到成型，再到后處理，塑封工藝的每一步都蘊(yùn)含著精密的技術(shù)與細(xì)節(jié)。它不僅是芯片的“保護(hù)鎧甲”，更是芯片“成型的魔術(shù)師”——將脆弱的芯片變成能承受各種環(huán)境考驗(yàn)的成品。隨著封裝技術(shù)的進(jìn)步（如扇出型封裝、3D封裝），塑封工藝也在不斷創(chuàng)新：比如用更薄的模塑料（如0.1mm以下的扇出型封裝）、更精確的成型方法（如壓縮成型用于3D封裝）、更環(huán)保的后處理工藝（如激光去溢料），以適應(yīng)更高的要求（如更薄、更小、更高密度的封裝）。
塑封工藝作為微電子封裝的關(guān)鍵步驟，將繼續(xù)發(fā)揮重要作用，保護(hù)芯片，提高性能，讓我們的電子設(shè)備更可靠、更先進(jìn)。無(wú)論是智能手機(jī)中的芯片，還是服務(wù)器中的CPU，都離不開(kāi)塑封工藝的“守護(hù)”——它是微電子產(chǎn)業(yè)的“基石”，也是我們?nèi)粘Ｉ钪小翱床灰?jiàn)的英雄”。
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