备注：资料来源《芯片制造--半导体工艺制程实用教程第五版》

    在应用于电路或者电子产品之前，单个芯片需从晶圆整体分离出，多数情况下，被置入一个保护性的封装体中；

    ①可以直接安装在陶瓷衬底的表面作为混合电路的一部分；

    ②或与其他芯片一起安装到一个大型的封装体中，作为多芯片模块（MCN）的一部分；

    ③或直接安装在印刷电路板上；

    ④或做成“板上芯片”（COB）；

    ⑤或直接贴芯片（DCA）

    这一系列工艺称为封装（packaging）、组装（assembly）或后端工序。封装工艺中，芯片称为“dies”或“dice”。

    更高密度的芯片要求更多的输入（I）和输出（O）连线点，被称为I/O数，或称为引脚数；

    保证器件高度可靠性的封装、工艺和测试称为“hi-rel”（高可靠性类），如：太空环境，汽车、军用产品等；

    其他领域芯片及封装被称为商用（commercial）类；

    芯片特性

    有些特性是由封装设计和封装工艺直接衍生出来，如：集成度、晶圆厚度、尺寸、环境敏感点、物理弱点、发热、热敏感性等；

     ① 芯片密度（集成度）决定所需外部连接点的数目，集成度越高的芯片，表面积越大，外部连接点越多；

     ② 化学类污染，如：钠和氯；环境因素：微粒、湿度和静电可以毁坏芯片或改变其性能；

     ③ 芯片显著特性：表面受到物理损伤时显得极其脆弱；

     ④ 临近晶圆制造工艺结束处的钝化层淀积，可能基于二氧化硅和氮化硅的硬质层（掺杂一些硼、磷或两者兼备）增加保护特性，或者像聚酰亚胺的软质层。

     ⑤ 封装设计考虑散热因素，封装工艺温度的极限在450℃，高于这个温度，芯片上接触的铝和硅可以在晶圆表面形成一种合金导致电路短路。

    封装功能和设计

    封装的主要功能是将芯片与电路板或直接与电子产品相连接

   （此连接不能直接实现，因为连接芯片表面器件的金属系统太过纤细和脆弱

    ①基本引脚系统：因为用于连接芯片表面器件的金属系统过于纤细和脆弱，所以引进引脚系统，作用是通过传统的引脚或用在针栅阵列封装体中的球，将芯片与外部连接起来；

    ②物理性保护：防止芯片破碎，免受微粒污染和外界损伤。方法是将芯片粘贴一个特定的芯片安装区域，然后用适当的封装体将芯片、连线、封装体内部引脚封闭起来；

    ③环境性保护：封装外壳对芯片的环境性保护，可免受化学品、潮气和其他有可能干扰芯片正常功能的气体对其产生的影响；

    ④散热：所有的半导体在工作时都会产生一定的热量，选择封装材料的一个因素就是看其散热特性，对于产生大量热的芯片，需额外考虑封装设计，可能会影响封装体的尺寸，同时大多数情况下要求额外安装于封装体上的金属散热条（块）；

    洁净度和静电控制

    ①芯片在整个使用寿命的期限内对污染物攻击的易损性长期存在。

    ②常见的污染物和静电控制的实施方案：

    ③封装区域内来自于外界环境的最致命危害是静电，对静电的控制主要是防止颗粒物吸附到芯片表面，重点关于静电放电（ESD）；

       -->防静电方案：生产操作员佩带接地的腕带和无静电工作服，使用防静电材料的搬运载体，搬运产品时用升降式设备而不用推拉式设备；生产设备，工作台面及地板垫均要接地。

    基本工艺流程

    封装是一条龙生产线，无反复工序，三种连接芯片和封装体的主要方法：引线压焊、凸点（球）技术和载带自动压焊（TAB）。

     引线压焊的工艺流程：

    ① 背面准备：在晶圆生产工艺的结尾，有些晶圆需要被减薄（晶圆减薄）才能装进特定的封装体重，以及去除背面损伤或结；对于有将芯片用金-硅共晶封装中的芯片背面要求镀一层金（背面金属化，简称背金）；

    ② 划片：利用划片锯或者划线-剥离（scribe-and-break）技术将芯片分离成单个芯片；

    ③ 取片和放置：良品芯片在拣选机上被认出后，就从划碎的芯片中挑出来放于承载托盘中；

    ④ 检查：托盘中的芯片都要经过光学仪器的目检来确定边缘是否完整，有无污染物及表面缺陷；

    ⑤ 粘片：用金-硅共晶粘贴层或者用环氧粘贴材料，将各个芯片粘贴在封装体的粘片区；

    ⑥ 压焊：芯片上的压点与封装体引脚的内部端点之间用很细的金属线连接起来；

    ⑦ 封装前检查：目检在封装体内压焊完的芯片。检查芯片对准、压点位置、沾污情况、粘片质量和压焊质量；

    ⑧ 电镀、切筋和打标：为增强封装体的外部引脚在印刷电路板上的可焊性，需要在外部引脚的表面镀一层额外的导电性金属层，封装工序结尾，带有外部引脚的封装体还要通过一道切筋工序将引脚与引脚之间的连筋切除。打标工序会将重要的信息码印在封装体的外壳上。

    ⑨ 最终测试：对每一个已封装的芯片进行一系列的最终测试，包括电性测试和环境适应的可靠性测试。有的芯片会通过老化（burn-in）试验来探测早期失效。

    常用的封装件

    芯片的粘贴区域：每一个封装体的中心区域就是芯片被牢固地粘贴在封装体上。可以实现芯片的背面与余下的引脚系统之间的电性连接。该区域必须绝对平整，保证封装体很好地支撑紧密粘贴在其上的芯片。

    内部和外部的引脚：金属引脚系统的芯片从内部的粘片区凹腔至外部的印刷电路板或电子产品是连续的。系统的内部连接称为内部引脚（inner lead）、压焊接头（bonding leadtip）或压焊指尖（bond finger）。内部引脚通常是引脚系统中最窄的部分。引脚从内至外逐渐变宽，在封装体外部终止。

    芯片-封装体的连接：芯片与封装体的电性连接由压焊线、压焊球或其他芯片上的连接体完成的。

    封装：粘贴区、压焊线、内部引脚及外部引脚组成封装体的电连接部分。其他部分称为封装外壳（enclosure）或封装体（body），提供保护及散热的功能。封装的完整性分为：密封型与非密封型。密封型不受外界湿气和其他气体的影响，用于非常严酷的外界环境中，金属和陶瓷是制造密封型封装体的首选材料。非密封型封装体足以满足大多数消费类电子产品，由树脂或聚酰亚胺材料组成，通常称为塑料封装（plastic package）。

     封装前晶圆的准备

    晶圆减薄和背面镀金不是必须的，视晶圆的厚度和特殊的电路设计而定。减薄的工序一般介于芯片分离和划片工序之间。研磨晶圆背面时，可能会划伤芯片的正面和导致芯片破碎。且晶圆要被压紧到研磨机表面或抛光平面上，晶圆正面需要保护，防止刻蚀剂的侵蚀，一般情况下在芯片正面涂一层较厚的光刻胶，或者在晶圆正面粘一层与芯片大小尺寸相同，背面有胶的聚合膜。

      晶圆减薄原因：

      ① 增厚的芯片在划片工序需要更昂贵的完全划开方法。虽然划片刀可以画出高质量的芯片边缘，但是费时以及消耗划片刀（顶端镶有钻石）使得极其昂贵；增厚的芯片同时需要更深一些的粘片凹腔，进一步增加成本，所以在划片前进行晶圆减薄，则可以降低一些成本。

      ② 晶圆通过晶圆厂掺杂时，背面没有保护起来，掺杂剂会在晶圆的背部形成电的结，影响要求背面传导性好的电路的正常运行。这些结可以通过晶圆减薄来去除。

      背面镀金原因：

      对计划用共晶粘贴技术将芯片粘贴到封装体中的晶圆，背面需要镀金层。通常以蒸发或者溅射的工艺来完成（背面研磨后）。

      划片，将晶圆分离成单个芯片。两种方法：划片分离或锯片分离。

      ① 划片法：划片法或钻石划法是工业界开发的第一代划片技术。要求用镶有钻石尖锐的划片器从划线的中心划过，并通过折弯晶圆将芯片分离。当芯片厚度超过10mil时，划片法的可靠性会降低。

      ② 锯片法：更厚晶圆的首选方法。由可旋转的晶圆载台、自动或手动的划痕定位影响系统和一个镶有钻石的圆形锯片。对于薄的芯片，锯片降低到芯片的表面划出一条深入1/3芯片厚度的浅槽。芯片分离方法采用圆柱滚轴加压，或者用锯片将晶圆完全锯开成单个芯片。

      对于要完全锯开的晶圆，首先将其贴在一张弹性较好的塑料膜上，芯片被分离后还会继续贴在塑料膜上，对下一步提取芯片的工艺有帮助。锯片法划出的芯片边缘效果较好，芯片侧面较少产生裂纹和崩角，所以首选方法锯片法。

    取放芯片

    划片后，分离的芯片被传送到工作台进行挑选良品。手动模式，操作员手持真空吸笔将无墨点芯片取出放入到一个分盘中；对于贴在塑料膜上的进入工作台的晶圆，首先放在一个框架上，框架将塑料膜伸展开，即芯片分离开。自动模式中，存有良品芯片的位置数据被上载到机器后，吸笔会自动将良品芯片置入分区盘中。

    芯片检查

    光学检查，芯片边缘质量，表面划痕和污染物，可以用显微镜人工检查或光学成像系统自动检查。

    粘片

    目的：芯片和封装体之间产生很牢固的物理连接，芯片与封装体之间产生传导性或绝缘性的连接，作为介质将芯片上产生的热传导到封装体上。

    要求：永久的结合性，不应松动或在余下的流水作业中变坏或在最终的电子产品使用中失效。粘片材料选用标准应为无污染物和余下流水作业加热环节中不会释放气体。

    贴片技术：共晶法和环氧树脂粘贴法。

    ①共晶法：两种材料融合（合金）在一起时它的熔点会低于原先每个单独材料各自的熔点。粘片工艺，两种材料分别是金和硅，金的熔点是1063℃，硅在1415℃熔化。两种材料混合，会在380℃开始形成合金。金会被镀到粘片区，然后在加热条件下与芯片底部的硅形成合金。

    步骤：1. 首先对封装体加热，直至金-硅合金熔化成液体；2. 把芯片安放在粘片区；3. 研磨，将芯片与封装体的表面挤压在一起，当在加热条件下形成金-硅共晶合金膜；4. 冷却整个系统，完成芯片与封装体的物理性与电性的连接。

    ② 环氧树脂粘贴法：环氧树脂黏合剂，可以在芯片和封装体之间形成一层绝缘层或在渗杂一些金属（金或银）成为电和热的良好导体。聚酰亚胺也可作为黏合剂，大部分是渗入银粉的环氧树脂（银浆）用于铜框架的封装体以及渗入银粉的聚酰亚胺用于22号合金的框架。

    步骤：1. 先用针形的点浆器或表面贴印法在粘片区沉积上一层环氧树脂黏合剂，真空吸笔将芯片放入粘片区中心；2. 向下挤压芯片以使下面的环氧树脂形成一层平整的薄膜；3. 烘干，放入烤炉内，升至特定温度时完成对环氧树脂接电的固化。

    缺点：环氧树脂在高温的粘片和封装工序中容易分解，粘贴点的接合力不如金-硅低熔点法。

    芯片-封装体连线使用三种技术：连线压焊、凸点/倒扣压焊、TAB压焊（载带自动焊）  

    ① 连线压焊： 通常使用金线或铝线（导电性和延展性很强，经得住压焊过程中的变形并且保持牢固和可靠）

      a. 金线压焊：金是公认的常温下最好的导体，也是极好的热导体，且抗氧化和腐蚀，而且易于在融化后与铝的压焊点形成牢固的连接且在整个工艺过程中不被氧化。金线压焊两种方法：热挤压法和超声波加热法。

      b. 铝线压焊：成本低，不容易受腐蚀的影响，且铝的压焊温度较金可以更低，与环氧树脂黏合剂粘片的工艺更兼容。

    ② 凸点/倒扣压焊技术：将芯片悬在封装体表面上方，物理应力和应变被软焊料凸点吸收。通过环氧树脂填充缝隙可增加应力裕度。

    ③ 载带自动焊（TAB）：先在一条柔软的载带上排列好引脚系统，芯片定位在卡盘上，载带的运动有链轮齿的转动来带动，直至精确定位在芯片上方。热电极面向一个平整的钻石平面并且被加热，热电极向下移动，首先接触内部引脚，然后继续向下移动施以足够的压力把内部引脚压结在压焊点上。