一、陶瓷基板芯片封裝生產工藝流程概述

陶瓷基板芯片封裝是一種將芯片與陶瓷基板相結合，實現芯片的物理支撐、電氣連接、散熱以及環境保護等功能的封裝技術。在現代電子制造業中，陶瓷基板芯片封裝工藝是非常重要的一環，廣泛應用于高功率、高頻以及高可靠性要求的電子設備，如軍事、航空航天、通信等領域的芯片封裝。這一工藝涉及多個環節，流程相對復雜，但每個環節都對最終芯片封裝的性能有著重要影響。

二、陶瓷基板芯片封裝主要步驟

（一）芯片準備

1. 晶圓切割

• 在芯片封裝前，晶圓上包含多個芯片，需要將其切割成單個芯片。這通常使用切割機械或激光切割技術來完成。切割機械切割是較為傳統的方法，適用于一些精度要求不是極高的芯片切割；而激光切割則具有精度高、切割邊緣整齊的優點，對于一些小型化、高性能芯片的切割更為適用。例如在一些微處理器芯片的制造中，激光切割能夠保證芯片的尺寸精度在很小的范圍內，滿足芯片后續與陶瓷基板精確裝配的要求。

2. 芯片清洗

• 切割后的芯片表面會殘留污垢、雜質以及切割過程中產生的微粒等。為了確保后續工序的順利進行，需要對芯片進行清洗。清洗過程涉及使用化學試劑和特殊的清洗設備，一般會采用多步清洗，如先用有機溶劑去除油脂，再用去離子水清洗以去除殘留的化學物質等。不清潔的芯片表面可能導致焊接不良、電氣連接故障等問題，所以芯片清洗是保證封裝質量的關鍵步驟。

（二）陶瓷基板準備

1. 基板清洗

• 陶瓷基板在使用前同樣需要進行清洗，以去除表面的污染物，如灰塵、油脂等。清洗方法類似于芯片清洗，但需要注意陶瓷基板的材質特性，避免清洗過程對其造成損傷。例如，對于某些具有特殊涂層的陶瓷基板，可能需要采用溫和的清洗試劑和特定的清洗參數。

2. 布線與金屬化處理（如有需要）

• 如果陶瓷基板需要具備特定的電氣連接功能，就需要進行布線和金屬化處理。這一過程包括在陶瓷基板表面形成金屬線路，如采用薄膜蒸發、濺射等技術沉積金屬層（如銅層），然后通過光刻、蝕刻等工藝制作出所需要的線路圖案。比如在一些高頻電路的陶瓷基板芯片封裝中，精確的布線能夠減少信號傳輸損耗，提高電路的性能。

（三）芯片與陶瓷基板的結合

1. 黏結（粘片）過程

• 通常采用粘結劑將芯片固定在陶瓷基板的芯片安裝區。粘結劑需要具備良好的粘結性、熱穩定性以及與芯片和陶瓷基板材料相容性。例如銀膠在陶瓷基板芯片封裝中是常用的粘結劑，它不僅能夠牢固地粘結芯片和基板，而且具有較好的導熱性能，可以有效地將芯片產生的熱量傳導到陶瓷基板上。

2. 焊接過程（如果采用焊接方式）

• 除了黏結，還可以采用焊接方式將芯片與陶瓷基板連接。在這種情況下，需要在芯片和基板的連接部位形成焊接點，可以使用回流焊、超聲焊等焊接技術。例如，對于一些需要更高電氣連接可靠性的芯片封裝，回流焊能夠形成穩定的焊接連接，保證芯片與基板之間的電氣導通性和機械穩定性。

（四）引線連接

1. 鍵合工序

• 通過鍵合線將芯片的電極與陶瓷基板上的對應連接點相連，常用的鍵合線有金線、銅線或鋁線。鍵合方法包括熱壓鍵合、超聲鍵合等。熱壓鍵合是在一定的溫度和壓力下將鍵合線與芯片和基板的連接點壓合在一起；超聲鍵合則是利用超聲能量使鍵合線與連接點形成牢固的連接。例如在功率芯片封裝中，金線鍵合能夠保證在大電流情況下的電氣連接穩定性。

2. 鍵合檢查

• 鍵合完成后需要對鍵合的質量進行檢查，以確保每一個鍵合點都符合質量要求。檢查內容包括鍵合的牢固程度、電氣連接性等。通常會采用機器視覺檢測技術或者電氣測試設備進行檢查。如果發現鍵合不良，如鍵合點松動、斷線等，則需要對相應的鍵合點進行返工修復。

（五）封裝密封保護

1. 封帽或封膠

• 如果采用陶瓷封裝外殼，需要進行封帽操作。在封帽前通常會進行封帽前內部檢查，確保內部元件安裝正確、連接無誤后，再將陶瓷封裝外殼的帽蓋密封固定。若是不采用外殼的封裝方式，則會進行封膠操作。封膠是將液態的封裝材料（如樹脂）填充到芯片和陶瓷基板周圍，然后通過加熱或紫外線固化等方式使封裝材料硬化，形成對芯片和連接線路的保護。

2. 氣密性檢查（如果需要）

• 對于一些對氣密性有要求的芯片封裝，如在一些要求防潮、防腐蝕的高可靠性應用場景下，需要進行氣密性檢查。一般采用氣密檢測儀器，檢測封裝體內部在一定壓力條件下的氣體泄漏率。如果氣密性不達標，可能會導致芯片受潮、氧化等問題，影響芯片的使用壽命和性能。

（六）后處理與檢測

1. 成型與外觀檢查

• 如果需要對封裝后的芯片進行特定的外形塑造，如將其加工成一定的形狀和尺寸規格，就會進行成型操作。之后進行外觀檢查，檢查封裝體的外形是否完整、有無裂縫、劃痕等缺陷。外觀檢查可以通過人工目視或者機器視覺檢測系統來完成。

2. 電氣性能測試

• 使用專門的測試設備對封裝后的芯片進行電氣性能測試，包括對芯片的電路功能、信號傳輸、電氣參數（如電阻、電容、電感等）的測試。任何電氣性能不符合要求的芯片都需要進一步分析故障原因并進行修復或者報廢處理。

3. 可靠性測試（可選）

• 根據芯片的應用需求，可能會進行可靠性測試，如高溫老化測試、溫度循環測試、濕度測試等。這些測試旨在模擬芯片在實際使用環境中的各種惡劣條件，檢驗芯片封裝在長期使用過程中的可靠性。通過可靠性測試可以提前發現潛在的封裝缺陷，提高產品的質量和穩定性。

三、陶瓷基板芯片封裝的關鍵工藝環節

（一）芯片與陶瓷基板的連接

1. 連接方式的選擇

• 芯片與陶瓷基板的連接方式（黏結或焊接）對封裝的可靠性和電氣性能有著至關重要的影響。在選擇連接方式時，需要考慮芯片的類型、工作環境、封裝的要求等因素。例如，對于一些大功率芯片，焊接方式能夠提供更好的散熱路徑和更高的機械穩定性；而對于一些對熱應力敏感的芯片，黏結方式可能更為合適，因為它可以通過選擇具有合適彈性模量的粘結劑來緩解熱應力。在軍事裝備中的芯片封裝，為了追求極端的可靠性，會根據芯片的具體性能和在裝備中的應用場景，精心挑選芯片與陶瓷基板的連接方式。

2. 連接材料的特性

• 無論是粘結劑還是焊接材料，它們的特性直接決定了連接的質量。粘結劑的粘結性、熱導率、熱膨脹系數等特性必須與芯片和陶瓷基板相匹配。例如，銀膠的熱導率相對較高，適合于需要散熱的芯片封裝場景；同時，銀膠在固化后收縮率較小，能夠減少由于收縮產生的應力對芯片和基板連接的影響。對于焊接材料而言，如在陶瓷球柵陣列封裝（CBGA）中的焊球材料，高溫共晶焊料（10Sn90Pb）和低溫共晶焊料（63Sn37Pb）的特性滿足了不同的連接需求，高溫共晶焊料用于陶瓷封裝體底部焊點與電路板的連接，能夠承受較高的溫度，而低溫共晶焊料用于焊球和封裝體的連接，在較低的溫度下就能實現良好的焊接效果。

（二）引線鍵合

1. 鍵合工藝參數的控制

• 在引線鍵合過程中，鍵合的工藝參數（如溫度、壓力、時間等）的精確控制是保證鍵合質量的關鍵。不同的鍵合線材料（金線、銅線、鋁線）和鍵合方法（熱壓鍵合、超聲鍵合）對工藝參數有不同的要求。例如，在熱壓鍵合金線過程中，溫度過高可能會導致金線過度熔化或者損壞芯片電極，溫度過低則可能造成鍵合不牢固；壓力過大可能會壓壞芯片或者基板上的連接點，壓力過小則無法形成可靠的鍵合。因此，需要根據具體的鍵合材料和方法，通過實驗和優化確定合適的鍵合工藝參數范圍，并在實際生產中嚴格控制這些參數。

2. 鍵合點的可靠性

• 鍵合點需要具備良好的電氣連接性、機械穩定性以及抵抗環境因素（如溫度變化、振動等）影響的能力。鍵合點的大小、形狀、鍵合線與連接點的接觸面積等都會影響鍵合點的可靠性。例如，一個經過優化設計的鍵合點形狀（如圓形鍵合點相對于橢圓形鍵合點在某些情況下具有更好的機械穩定性）和適當的鍵合線與連接點的接觸面積，可以提高鍵合點在外界應力作用下的穩定性，減少鍵合點損壞的風險。在航空航天設備中的芯片封裝，由于需要在復雜的振動、溫度變化環境下運行，對鍵合點的可靠性要求極高，需要采用特殊的鍵合工藝和質量控制措施來確保鍵合點的長期有效性。

（三）封裝密封保護

1. 密封材料與密封工藝

• 無論是封帽還是封膠，密封材料的選擇和密封工藝的實施都是關鍵。密封材料需要具備良好的密封性、絕緣性、對芯片和基板的化學相容性等特性。例如，在陶瓷封裝外殼封帽時，帽蓋與陶瓷外殼之間的密封需要選擇合適的密封材料（如玻璃料等），并采用合適的燒結工藝來實現氣密密封。對于封膠工藝而言，液態封裝樹脂的流動性、固化收縮率、透明度等性質會影響封膠的效果。如果樹脂的固化收縮率過大，可能會在固化過程中對芯片和連接線路產生應力，導致連接失效或者芯片損壞。

2. 氣密性保障（如果需要）

• 在一些對氣密性要求嚴格的應用場景中，如何保障封裝的氣密性是一個關鍵挑戰。除了采用合適的密封材料和密封工藝外，還需要在封裝過程中進行嚴格的氣密性控制和檢測。在生產過程中，可能需要建立無塵、干燥的生產環境，防止灰塵、水汽等雜質進入封裝體，影響氣密性。例如在海底通信設備中的芯片封裝，由于長期處于高濕度、高壓力的海底環境，氣密性能即使有微小的下降都可能導致芯片失效，因此氣密性保障是生產過程中的重中之重。

四、陶瓷基板芯片封裝工藝詳細流程介紹

（一）預處理階段

1. 芯片方面

• 晶圓在切割成單個芯片后，首先要進行的是芯片強度抗拉/剪強度測試。這一測試能夠評估芯片在裝配過程中耐受機械應力的能力。若芯片強度不足，在后續工序（如鍵合、封裝等）可能因為受力而損壞。例如，在高功率芯片由于結構特性可能存在一些內部應力集中點，強度測試可以檢測出其在受拉或受剪時的極限情況。隨后進行等離子清洗，等離子體中的活性粒子能夠有效地去除芯片表面的有機污染物和微小顆粒，清潔后的芯片表面能夠提高后續粘合或焊接的質量。

2. 陶瓷基板方面

• 陶瓷基板同樣要進行清洗處理。先使用特定的化學試劑去除表面的油脂、灰塵等雜質，然后進行烘干處理。對于有布線需求的陶瓷基板，在清洗后就要進行金屬化布線的一系列操作。這包括首先在基板表面沉積一層金屬膜（如用濺射的方法沉積銅膜），然后通過光刻技術將所需的線路圖案轉移到金屬膜上，最后通過蝕刻工藝去除不需要的金屬部分，從而形成精確的線路。這一過程類似于半導體芯片制造中的光刻蝕刻工藝，需要高精度的設備和嚴格的工藝控制。例如在高頻電路的陶瓷基板上，線路的寬度、間距等尺寸精度可能要控制在微米級別，以減少信號傳輸過程中的損耗。

（二）芯片與陶瓷基板的裝配階段

1. 黏結工藝

• 當芯片和陶瓷基板都準備好后，如果采用黏結方式，如使用銀膠進行黏結。將適量的銀膠涂抹在陶瓷基板的芯片安裝區，然后將芯片精準地放置在預定位置。在放置過程中，需要確保芯片與基板之間沒有氣泡或雜質存在，因為氣泡會影響黏合效果和熱傳導性能。之后將芯片和基板在一定的溫度和壓力下進行固化處理，使銀膠充分固化，形成牢固的連接。固化溫度和時間要依據銀膠的特性來確定，不同品牌和型號的銀膠可能有不同的要求。

2. 焊接工藝

• 如果采用焊接方式，首先要在芯片和陶瓷基板的連接部位預涂助焊劑（如果需要）。助焊劑有助于焊接過程中去除金屬表面的氧化物，提高焊接質量。然后將芯片和基板正確定位，使用回流焊設備（如果是采用回流焊工藝）進行焊接。在回流焊過程中，焊接溫度會按照預先設定的溫度曲線進行變化。例如，先將溫度升高到足以使焊料熔化的溫度，然后保持一定時間后再緩慢降溫，使焊料在凝固過程中形成良好的冶金連接。焊接完成后要進行檢查，確保焊接點無虛焊、短路等問題。

（三）引線連接階段

1. 鍵合操作

• 在芯片與陶瓷基板連接完成后，就進入引線鍵合工序。如采用金線鍵合，先將金線的一端燒成小球，這個小球會被壓焊在芯片上的電極焊點處，形成第一個焊點。然后將金線拉到陶瓷基板對應的連接點上方，再次施加壓力和超聲能量（如果是超聲鍵合）或加熱（如果是熱壓鍵合），使金線與連接點形成牢固的連接，這就是第二個焊點。在鍵合過程中，鍵合設備要嚴格按照設定的工藝參數（如溫度、壓力、超聲能量功率、鍵合時間等）進行操作。而且鍵合的順序和路徑也需要進行優化，以提高鍵合效率和減少鍵合線之間的相互干擾。例如在大規模集成芯片的鍵合中，合理的鍵合順序可以避免鍵合線在空中發生碰撞或者纏繞。

2. 鍵合檢查

• 鍵合完成后立即進行鍵合檢查。這一檢查主要包括兩方面：一是對鍵合點外觀的檢查，通過機器視覺系統觀察鍵合點的形狀、大小、表面是否光滑等。例如正常的鍵合點應該是規則的圓形或橢圓形，表面無明顯的裂紋或氣孔；二是對鍵合點電氣性能的檢查，通過專用的電氣測試設備檢測鍵合點的電阻值等電學參數。如果發現鍵合點的外觀不符合要求或者電學參數異常，就要對相應的鍵合點進行重新鍵合或者修復處理。

（四）封裝密封保護階段

1. 封帽操作（如果采用封帽）

• 在封帽前需要進行封帽前內部檢查。這一檢查內容包括芯片位置是否正確、引線連接是否正常、有無異物進入等。在確認無誤后，將陶瓷封裝外殼的帽蓋放置在預定位置。對于采用玻璃熔封（如CerDIP，但已逐漸被取代）的方式，要進行燒結密封。燒結過程中，帽蓋和外殼主體在高溫下通過玻璃料的熔化來實現密封。燒結溫度、時間和保護氣體等燒結參數要根據玻璃料的特性來確定。例如，在一定的燒結時間內，燒結溫度過高可能會導致玻璃料過度流淌，影響密封效果；溫度過低則可能無法實現良好的氣密密封。

2. 封膠操作（如果采用封膠）

• 對于采用封膠方式的封裝，首先將液態的封裝樹脂注入模具中。樹脂在模具中要確保均勻分布，避免產生氣泡或者局部缺膠的情況。注入樹脂后，根據樹脂的類型采用相應的固化方式。如果是熱固化樹脂，就將模具放入加熱設備中按照規定的溫度和時間進行固化；如果是光固化樹脂，則使用紫外線等光源進行照射固化。固化后的樹脂要對芯片和引線起到良好的保護作用，不能有開裂或者與芯片、基板脫開的現象。

• 若是對氣密性有要求的封裝，在封膠或封帽完成后還要進行氣密性檢查。采用氣密檢測儀器，向封裝體內部充入一定壓力的氣體（如氦氣），然后檢測氣體的泄漏率。根據不同的應用場景，對氣密性的要求也不同。例如在航天領域，對待氣密性的標準非常嚴格，泄漏率必須控制在極低的水平。

（五）后處理與檢測階段

1. 成型與外觀檢查

• 如果封裝后的芯片需要進行成型，如將其加工成特定的外形以適應不同的應用場景。成型操作可以采用切削、研磨等機械加工方法。在成型后就要進行外觀檢查，通過人工目視或者自動化的機器視覺系統檢查封裝體的表面是否有劃痕、裂縫、變形等缺陷。對于一些微小的缺陷，可能需要使用高放大倍數的顯微鏡進行觀察。例如在一些小型化的芯片封裝中，即使是細微的劃痕也可能影響芯片的性能或者可靠性。

2. 電氣性能測試與可靠性測試

• 電氣性能測試是使用專門的測試設備對封裝后的芯片進行全面的電氣參數測試。包括對芯片的輸入輸出特性、功耗、信號傳輸質量等方面的測試。例如在通信芯片封裝后，要測試其信號的頻率響應、帶寬等參數，確保其符合通信標準的要求。可靠性測試則是根據芯片的應用環境進行有針對性的測試，如高溫老化測試。在高溫老化測試箱中，將封裝后的芯片放置在設定的高溫環境下（如125°C 或更高，根據芯片的規格而定）持續一定的時間（如數小時或數百小時），然后檢查芯片的性能是否發生變化。其他的可靠性測試還包括溫度循環測試（如 - 40°C到 +125°C之間進行多次循環）、濕度測試等，這些測試旨在檢驗芯片封裝在各種惡劣環境下的長期穩定性。

五、陶瓷基板芯片封裝的常見生產流程分析

（一）傳統封裝生產流程

1. 側重于特定封裝形式的流程

• 在傳統的陶瓷基板芯片封裝中，以陶瓷雙列直插封裝（CDIP）為例。首先要進行的是減薄工序，對于晶圓或者陶瓷基板（如果需要）進行厚度削減，以便于后續的裝配和封裝。然后進行劃片操作，將晶圓切割成單個的芯片。芯片切割后進行X - RAY無損檢查，這個檢查能夠發現芯片內部是否存在微觀的缺陷（如裂紋等）。之后是芯片強度抗拉/剪強度測試、等離子清洗等預處理工序。接下來進行引線鍵合，將芯片與陶瓷基板上的引腳通過鍵合線連接起來。在鍵合完成后進行鍵合檢查，確保每一個鍵合點的質量。對于CDIP封裝形式，隨后還要進行封帽前內部檢查，確認內部裝配無誤后進行封帽操作。封帽完成后進行氣密性檢查和外觀檢查，最后進行電氣性能測試和必要的可靠性測試等。整個過程中，每一個步驟都有各自的質量控制要求，嚴格遵守流程能確保CDIP封裝的芯片質量，這種封裝形式在一些對穩定性要求較高、但對封裝尺寸不是特別緊湊的應用場景下比較常見，如早期的電子產品或一些工業控制設備中的芯片封裝。

2. 面向多形式的通用流程部分

• 無論是哪種傳統的陶瓷基板芯片封裝形式，都會有一些通用的流程部分。比如芯片和陶瓷基板的清洗工作是必不可少的，這是確保后續工序質量的基礎。在芯片與陶瓷基板的連接環節，根據實際需求選擇黏結或者焊接方式，這兩者的流程在前面已經詳細描述。而鍵合環節，無論是金線鍵合還是銅線鍵合，雖然在工藝參數等方面可能有所差異，但基本的鍵合順序和質量檢查步驟都是相似的。在封裝密封保護環節，封帽和封膠也有著各自的規律，如封帽要先進行內部檢查，封膠要注意避免氣泡等問題。最終的電氣性能和可靠性測試則是對整個封裝產品質量的綜合評估，任何一種封裝形式都必須通過這些測試才能保證產品符合要求。

（二）現代先進封裝技術下的生產流程變化

1. 適應小型化和高性能需求

• 在現代先進封裝技術的影響下，陶瓷基板芯片封裝流程有了一些變化。隨著電子設備的小型化和高性能化需求，芯片的尺寸越來越小，引腳間距越來越窄。這就對芯片與陶瓷基板的精確裝配提出了更高的要求。例如在高精度的倒裝芯片封裝技術中，芯片需要直接面向陶瓷基板進行精確的貼合，連接點的位置精度可能要達到微米甚至更小的量級。在這種情況下，芯片和基板的預處理過程中的清洗和表面平整度控制就更為嚴格。在芯片與基板連接時，不能使用傳統的一些容易產生位移或定位偏差的方法，而是采用高精度的夾具和定位系統，同時連接材料（如焊接焊料或者粘結劑）的性能也需要進一步優化，以適應更小的連接間隙和更高的連接可靠性要求。

2. 多芯片封裝的特殊要求

• 現代的陶瓷基板芯片封裝往往會涉及多芯片封裝的情況，即將多個芯片集成在一個陶瓷基板上。這種多芯片封裝生產流程與單芯片封裝流程有很大不同。首先在芯片布局設計階段就要考慮到芯片之間的電磁兼容性、熱管理等問題。例如，在一個同時集成了處理器芯片和內存芯片的陶瓷基板封裝中，處理器芯片由于功耗較大產生的熱量較多，需要與內存芯片合理布局，并且在陶瓷基板上設計合理的散熱通道。在裝配過程中，多個芯片的黏結或焊接順序需要精心規劃，以避免在操作過程中對已安裝芯片造成損壞。同時，多芯片之間的引線連接也更加復雜，可能需要采用多層布線或者特殊的鍵合技術來保證各個芯片之間以及芯片與外部引腳之間的電氣連接性。而且在封裝密封保護環節，要確保整個多芯片封裝體的氣密性或者密封效果，防止外界環境對芯片的影響。最后，針對多芯片封裝的電氣性能測試也要更加全面，除了對每個芯片單獨的性能測試外，還需要對芯片之間的交互性能、整個封裝體的整體性能進行測試。

芯片封裝清洗介紹

合明科技研發的水基清洗劑配合合適的清洗工藝能為芯片封裝前提供潔凈的界面條件。

水基清洗的工藝和設備配置選擇對清洗精密器件尤其重要，一旦選定，就會作為一個長期的使用和運行方式。水基清洗劑必須滿足清洗、漂洗、干燥的全工藝流程。

 污染物有多種，可歸納為離子型和非離子型兩大類。離子型污染物接觸到環境中的濕氣，通電后發生電化學遷移，形成樹枝狀結構體，造成低電阻通路，破壞了電路板功能。非離子型污染物可穿透PC B 的絕緣層，在PCB板表層下生長枝晶。除了離子型和非離子型污染物，還有粒狀污染物，例如焊料球、焊料槽內的浮點、灰塵、塵埃等，這些污染物會導致焊點質量降低、焊接時焊點拉尖、產生氣孔、短路等等多種不良現象。

 這么多污染物，到底哪些才是最備受關注的呢？助焊劑或錫膏普遍應用于回流焊和波峰焊工藝中，它們主要由溶劑、潤濕劑、樹脂、緩蝕劑和活化劑等多種成分，焊后必然存在熱改性生成物，這些物質在所有污染物中的占據主導，從產品失效情況來而言，焊后殘余物是影響產品質量最主要的影響因素，離子型殘留物易引起電遷移使絕緣電阻下降，松香樹脂殘留物易吸附灰塵或雜質引發接觸電阻增大，嚴重者導致開路失效，因此焊后必須進行嚴格的清洗，才能保障電路板的質量。

合明科技運用自身原創的產品技術，滿足芯片封裝工藝制程清洗的高難度技術要求，打破國外廠商在行業中的壟斷地位，為芯片封裝材料全面國產自主提供強有力的支持。