一、陶瓷基板芯片封装生产工艺流程概述

陶瓷基板芯片封装是一种将芯片与陶瓷基板相结合，实现芯片的物理支撑、电气连接、散热以及环境保护等功能的封装技术。在现代电子制造业中，陶瓷基板芯片封装工艺是非常重要的一环，广泛应用于高功率、高频以及高可靠性要求的电子设备，如军事、航空航天、通信等领域的芯片封装。这一工艺涉及多个环节，流程相对复杂，但每个环节都对最终芯片封装的性能有着重要影响。

二、陶瓷基板芯片封装主要步骤

（一）芯片准备

1. 晶圆切割

• 在芯片封装前，晶圆上包含多个芯片，需要将其切割成单个芯片。这通常使用切割机械或激光切割技术来完成。切割机械切割是较为传统的方法，适用于一些精度要求不是极高的芯片切割；而激光切割则具有精度高、切割边缘整齐的优点，对于一些小型化、高性能芯片的切割更为适用。例如在一些微处理器芯片的制造中，激光切割能够保证芯片的尺寸精度在很小的范围内，满足芯片后续与陶瓷基板精确装配的要求。

2. 芯片清洗

• 切割后的芯片表面会残留污垢、杂质以及切割过程中产生的微粒等。为了确保后续工序的顺利进行，需要对芯片进行清洗。清洗过程涉及使用化学试剂和特殊的清洗设备，一般会采用多步清洗，如先用有机溶剂去除油脂，再用去离子水清洗以去除残留的化学物质等。不清洁的芯片表面可能导致焊接不良、电气连接故障等问题，所以芯片清洗是保证封装质量的关键步骤。

（二）陶瓷基板准备

1. 基板清洗

• 陶瓷基板在使用前同样需要进行清洗，以去除表面的污染物，如灰尘、油脂等。清洗方法类似于芯片清洗，但需要注意陶瓷基板的材质特性，避免清洗过程对其造成损伤。例如，对于某些具有特殊涂层的陶瓷基板，可能需要采用温和的清洗试剂和特定的清洗参数。

2. 布线与金属化处理（如有需要）

• 如果陶瓷基板需要具备特定的电气连接功能，就需要进行布线和金属化处理。这一过程包括在陶瓷基板表面形成金属线路，如采用薄膜蒸发、溅射等技术沉积金属层（如铜层），然后通过光刻、蚀刻等工艺制作出所需要的线路图案。比如在一些高频电路的陶瓷基板芯片封装中，精确的布线能够减少信号传输损耗，提高电路的性能。

（三）芯片与陶瓷基板的结合

1. 黏结（粘片）过程

• 通常采用粘结剂将芯片固定在陶瓷基板的芯片安装区。粘结剂需要具备良好的粘结性、热稳定性以及与芯片和陶瓷基板材料相容性。例如银胶在陶瓷基板芯片封装中是常用的粘结剂，它不仅能够牢固地粘结芯片和基板，而且具有较好的导热性能，可以有效地将芯片产生的热量传导到陶瓷基板上。

2. 焊接过程（如果采用焊接方式）

• 除了黏结，还可以采用焊接方式将芯片与陶瓷基板连接。在这种情况下，需要在芯片和基板的连接部位形成焊接点，可以使用回流焊、超声焊等焊接技术。例如，对于一些需要更高电气连接可靠性的芯片封装，回流焊能够形成稳定的焊接连接，保证芯片与基板之间的电气导通性和机械稳定性。

（四）引线连接

1. 键合工序

• 通过键合线将芯片的电极与陶瓷基板上的对应连接点相连，常用的键合线有金线、铜线或铝线。键合方法包括热压键合、超声键合等。热压键合是在一定的温度和压力下将键合线与芯片和基板的连接点压合在一起；超声键合则是利用超声能量使键合线与连接点形成牢固的连接。例如在功率芯片封装中，金线键合能够保证在大电流情况下的电气连接稳定性。

2. 键合检查

• 键合完成后需要对键合的质量进行检查，以确保每一个键合点都符合质量要求。检查内容包括键合的牢固程度、电气连接性等。通常会采用机器视觉检测技术或者电气测试设备进行检查。如果发现键合不良，如键合点松动、断线等，则需要对相应的键合点进行返工修复。

（五）封装密封保护

1. 封帽或封胶

• 如果采用陶瓷封装外壳，需要进行封帽操作。在封帽前通常会进行封帽前内部检查，确保内部元件安装正确、连接无误后，再将陶瓷封装外壳的帽盖密封固定。若是不采用外壳的封装方式，则会进行封胶操作。封胶是将液态的封装材料（如树脂）填充到芯片和陶瓷基板周围，然后通过加热或紫外线固化等方式使封装材料硬化，形成对芯片和连接线路的保护。

2. 气密性检查（如果需要）

• 对于一些对气密性有要求的芯片封装，如在一些要求防潮、防腐蚀的高可靠性应用场景下，需要进行气密性检查。一般采用气密检测仪器，检测封装体内部在一定压力条件下的气体泄漏率。如果气密性不达标，可能会导致芯片受潮、氧化等问题，影响芯片的使用寿命和性能。

（六）后处理与检测

1. 成型与外观检查

• 如果需要对封装后的芯片进行特定的外形塑造，如将其加工成一定的形状和尺寸规格，就会进行成型操作。之后进行外观检查，检查封装体的外形是否完整、有无裂缝、划痕等缺陷。外观检查可以通过人工目视或者机器视觉检测系统来完成。

2. 电气性能测试

• 使用专门的测试设备对封装后的芯片进行电气性能测试，包括对芯片的电路功能、信号传输、电气参数（如电阻、电容、电感等）的测试。任何电气性能不符合要求的芯片都需要进一步分析故障原因并进行修复或者报废处理。

3. 可靠性测试（可选）

• 根据芯片的应用需求，可能会进行可靠性测试，如高温老化测试、温度循环测试、湿度测试等。这些测试旨在模拟芯片在实际使用环境中的各种恶劣条件，检验芯片封装在长期使用过程中的可靠性。通过可靠性测试可以提前发现潜在的封装缺陷，提高产品的质量和稳定性。

三、陶瓷基板芯片封装的关键工艺环节

（一）芯片与陶瓷基板的连接

1. 连接方式的选择

• 芯片与陶瓷基板的连接方式（黏结或焊接）对封装的可靠性和电气性能有着至关重要的影响。在选择连接方式时，需要考虑芯片的类型、工作环境、封装的要求等因素。例如，对于一些大功率芯片，焊接方式能够提供更好的散热路径和更高的机械稳定性；而对于一些对热应力敏感的芯片，黏结方式可能更为合适，因为它可以通过选择具有合适弹性模量的粘结剂来缓解热应力。在军事装备中的芯片封装，为了追求极端的可靠性，会根据芯片的具体性能和在装备中的应用场景，精心挑选芯片与陶瓷基板的连接方式。

2. 连接材料的特性

• 无论是粘结剂还是焊接材料，它们的特性直接决定了连接的质量。粘结剂的粘结性、热导率、热膨胀系数等特性必须与芯片和陶瓷基板相匹配。例如，银胶的热导率相对较高，适合于需要散热的芯片封装场景；同时，银胶在固化后收缩率较小，能够减少由于收缩产生的应力对芯片和基板连接的影响。对于焊接材料而言，如在陶瓷球栅阵列封装（CBGA）中的焊球材料，高温共晶焊料（10Sn90Pb）和低温共晶焊料（63Sn37Pb）的特性满足了不同的连接需求，高温共晶焊料用于陶瓷封装体底部焊点与电路板的连接，能够承受较高的温度，而低温共晶焊料用于焊球和封装体的连接，在较低的温度下就能实现良好的焊接效果。

（二）引线键合

1. 键合工艺参数的控制

• 在引线键合过程中，键合的工艺参数（如温度、压力、时间等）的精确控制是保证键合质量的关键。不同的键合线材料（金线、铜线、铝线）和键合方法（热压键合、超声键合）对工艺参数有不同的要求。例如，在热压键合金线过程中，温度过高可能会导致金线过度熔化或者损坏芯片电极，温度过低则可能造成键合不牢固；压力过大可能会压坏芯片或者基板上的连接点，压力过小则无法形成可靠的键合。因此，需要根据具体的键合材料和方法，通过实验和优化确定合适的键合工艺参数范围，并在实际生产中严格控制这些参数。

2. 键合点的可靠性

• 键合点需要具备良好的电气连接性、机械稳定性以及抵抗环境因素（如温度变化、振动等）影响的能力。键合点的大小、形状、键合线与连接点的接触面积等都会影响键合点的可靠性。例如，一个经过优化设计的键合点形状（如圆形键合点相对于椭圆形键合点在某些情况下具有更好的机械稳定性）和适当的键合线与连接点的接触面积，可以提高键合点在外界应力作用下的稳定性，减少键合点损坏的风险。在航空航天设备中的芯片封装，由于需要在复杂的振动、温度变化环境下运行，对键合点的可靠性要求极高，需要采用特殊的键合工艺和质量控制措施来确保键合点的长期有效性。

（三）封装密封保护

1. 密封材料与密封工艺

• 无论是封帽还是封胶，密封材料的选择和密封工艺的实施都是关键。密封材料需要具备良好的密封性、绝缘性、对芯片和基板的化学相容性等特性。例如，在陶瓷封装外壳封帽时，帽盖与陶瓷外壳之间的密封需要选择合适的密封材料（如玻璃料等），并采用合适的烧结工艺来实现气密密封。对于封胶工艺而言，液态封装树脂的流动性、固化收缩率、透明度等性质会影响封胶的效果。如果树脂的固化收缩率过大，可能会在固化过程中对芯片和连接线路产生应力，导致连接失效或者芯片损坏。

2. 气密性保障（如果需要）

• 在一些对气密性要求严格的应用场景中，如何保障封装的气密性是一个关键挑战。除了采用合适的密封材料和密封工艺外，还需要在封装过程中进行严格的气密性控制和检测。在生产过程中，可能需要建立无尘、干燥的生产环境，防止灰尘、水汽等杂质进入封装体，影响气密性。例如在海底通信设备中的芯片封装，由于长期处于高湿度、高压力的海底环境，气密性能即使有微小的下降都可能导致芯片失效，因此气密性保障是生产过程中的重中之重。

四、陶瓷基板芯片封装工艺详细流程介绍

（一）预处理阶段

1. 芯片方面

• 晶圆在切割成单个芯片后，首先要进行的是芯片强度抗拉/剪强度测试。这一测试能够评估芯片在装配过程中耐受机械应力的能力。若芯片强度不足，在后续工序（如键合、封装等）可能因为受力而损坏。例如，在高功率芯片由于结构特性可能存在一些内部应力集中点，强度测试可以检测出其在受拉或受剪时的极限情况。随后进行等离子清洗，等离子体中的活性粒子能够有效地去除芯片表面的有机污染物和微小颗粒，清洁后的芯片表面能够提高后续粘合或焊接的质量。

2. 陶瓷基板方面

• 陶瓷基板同样要进行清洗处理。先使用特定的化学试剂去除表面的油脂、灰尘等杂质，然后进行烘干处理。对于有布线需求的陶瓷基板，在清洗后就要进行金属化布线的一系列操作。这包括首先在基板表面沉积一层金属膜（如用溅射的方法沉积铜膜），然后通过光刻技术将所需的线路图案转移到金属膜上，最后通过蚀刻工艺去除不需要的金属部分，从而形成精确的线路。这一过程类似于半导体芯片制造中的光刻蚀刻工艺，需要高精度的设备和严格的工艺控制。例如在高频电路的陶瓷基板上，线路的宽度、间距等尺寸精度可能要控制在微米级别，以减少信号传输过程中的损耗。

（二）芯片与陶瓷基板的装配阶段

1. 黏结工艺

• 当芯片和陶瓷基板都准备好后，如果采用黏结方式，如使用银胶进行黏结。将适量的银胶涂抹在陶瓷基板的芯片安装区，然后将芯片精准地放置在预定位置。在放置过程中，需要确保芯片与基板之间没有气泡或杂质存在，因为气泡会影响黏合效果和热传导性能。之后将芯片和基板在一定的温度和压力下进行固化处理，使银胶充分固化，形成牢固的连接。固化温度和时间要依据银胶的特性来确定，不同品牌和型号的银胶可能有不同的要求。

2. 焊接工艺

• 如果采用焊接方式，首先要在芯片和陶瓷基板的连接部位预涂助焊剂（如果需要）。助焊剂有助于焊接过程中去除金属表面的氧化物，提高焊接质量。然后将芯片和基板正确定位，使用回流焊设备（如果是采用回流焊工艺）进行焊接。在回流焊过程中，焊接温度会按照预先设定的温度曲线进行变化。例如，先将温度升高到足以使焊料熔化的温度，然后保持一定时间后再缓慢降温，使焊料在凝固过程中形成良好的冶金连接。焊接完成后要进行检查，确保焊接点无虚焊、短路等问题。

（三）引线连接阶段

1. 键合操作

• 在芯片与陶瓷基板连接完成后，就进入引线键合工序。如采用金线键合，先将金线的一端烧成小球，这个小球会被压焊在芯片上的电极焊点处，形成第一个焊点。然后将金线拉到陶瓷基板对应的连接点上方，再次施加压力和超声能量（如果是超声键合）或加热（如果是热压键合），使金线与连接点形成牢固的连接，这就是第二个焊点。在键合过程中，键合设备要严格按照设定的工艺参数（如温度、压力、超声能量功率、键合时间等）进行操作。而且键合的顺序和路径也需要进行优化，以提高键合效率和减少键合线之间的相互干扰。例如在大规模集成芯片的键合中，合理的键合顺序可以避免键合线在空中发生碰撞或者缠绕。

2. 键合检查

• 键合完成后立即进行键合检查。这一检查主要包括两方面：一是对键合点外观的检查，通过机器视觉系统观察键合点的形状、大小、表面是否光滑等。例如正常的键合点应该是规则的圆形或椭圆形，表面无明显的裂纹或气孔；二是对键合点电气性能的检查，通过专用的电气测试设备检测键合点的电阻值等电学参数。如果发现键合点的外观不符合要求或者电学参数异常，就要对相应的键合点进行重新键合或者修复处理。

（四）封装密封保护阶段

1. 封帽操作（如果采用封帽）

• 在封帽前需要进行封帽前内部检查。这一检查内容包括芯片位置是否正确、引线连接是否正常、有无异物进入等。在确认无误后，将陶瓷封装外壳的帽盖放置在预定位置。对于采用玻璃熔封（如CerDIP，但已逐渐被取代）的方式，要进行烧结密封。烧结过程中，帽盖和外壳主体在高温下通过玻璃料的熔化来实现密封。烧结温度、时间和保护气体等烧结参数要根据玻璃料的特性来确定。例如，在一定的烧结时间内，烧结温度过高可能会导致玻璃料过度流淌，影响密封效果；温度过低则可能无法实现良好的气密密封。

2. 封胶操作（如果采用封胶）

• 对于采用封胶方式的封装，首先将液态的封装树脂注入模具中。树脂在模具中要确保均匀分布，避免产生气泡或者局部缺胶的情况。注入树脂后，根据树脂的类型采用相应的固化方式。如果是热固化树脂，就将模具放入加热设备中按照规定的温度和时间进行固化；如果是光固化树脂，则使用紫外线等光源进行照射固化。固化后的树脂要对芯片和引线起到良好的保护作用，不能有开裂或者与芯片、基板脱开的现象。

• 若是对气密性有要求的封装，在封胶或封帽完成后还要进行气密性检查。采用气密检测仪器，向封装体内部充入一定压力的气体（如氦气），然后检测气体的泄漏率。根据不同的应用场景，对气密性的要求也不同。例如在航天领域，对待气密性的标准非常严格，泄漏率必须控制在极低的水平。

（五）后处理与检测阶段

1. 成型与外观检查

• 如果封装后的芯片需要进行成型，如将其加工成特定的外形以适应不同的应用场景。成型操作可以采用切削、研磨等机械加工方法。在成型后就要进行外观检查，通过人工目视或者自动化的机器视觉系统检查封装体的表面是否有划痕、裂缝、变形等缺陷。对于一些微小的缺陷，可能需要使用高放大倍数的显微镜进行观察。例如在一些小型化的芯片封装中，即使是细微的划痕也可能影响芯片的性能或者可靠性。

2. 电气性能测试与可靠性测试

• 电气性能测试是使用专门的测试设备对封装后的芯片进行全面的电气参数测试。包括对芯片的输入输出特性、功耗、信号传输质量等方面的测试。例如在通信芯片封装后，要测试其信号的频率响应、带宽等参数，确保其符合通信标准的要求。可靠性测试则是根据芯片的应用环境进行有针对性的测试，如高温老化测试。在高温老化测试箱中，将封装后的芯片放置在设定的高温环境下（如125°C 或更高，根据芯片的规格而定）持续一定的时间（如数小时或数百小时），然后检查芯片的性能是否发生变化。其他的可靠性测试还包括温度循环测试（如 - 40°C到 +125°C之间进行多次循环）、湿度测试等，这些测试旨在检验芯片封装在各种恶劣环境下的长期稳定性。

五、陶瓷基板芯片封装的常见生产流程分析

（一）传统封装生产流程

1. 侧重于特定封装形式的流程

• 在传统的陶瓷基板芯片封装中，以陶瓷双列直插封装（CDIP）为例。首先要进行的是减薄工序，对于晶圆或者陶瓷基板（如果需要）进行厚度削减，以便于后续的装配和封装。然后进行划片操作，将晶圆切割成单个的芯片。芯片切割后进行X - RAY无损检查，这个检查能够发现芯片内部是否存在微观的缺陷（如裂纹等）。之后是芯片强度抗拉/剪强度测试、等离子清洗等预处理工序。接下来进行引线键合，将芯片与陶瓷基板上的引脚通过键合线连接起来。在键合完成后进行键合检查，确保每一个键合点的质量。对于CDIP封装形式，随后还要进行封帽前内部检查，确认内部装配无误后进行封帽操作。封帽完成后进行气密性检查和外观检查，最后进行电气性能测试和必要的可靠性测试等。整个过程中，每一个步骤都有各自的质量控制要求，严格遵守流程能确保CDIP封装的芯片质量，这种封装形式在一些对稳定性要求较高、但对封装尺寸不是特别紧凑的应用场景下比较常见，如早期的电子产品或一些工业控制设备中的芯片封装。

2. 面向多形式的通用流程部分

• 无论是哪种传统的陶瓷基板芯片封装形式，都会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，这是确保后续工序质量的基础。在芯片与陶瓷基板的连接环节，根据实际需求选择黏结或者焊接方式，这两者的流程在前面已经详细描述。而键合环节，无论是金线键合还是铜线键合，虽然在工艺参数等方面可能有所差异，但基本的键合顺序和质量检查步骤都是相似的。在封装密封保护环节，封帽和封胶也有着各自的规律，如封帽要先进行内部检查，封胶要注意避免气泡等问题。最终的电气性能和可靠性测试则是对整个封装产品质量的综合评估，任何一种封装形式都必须通过这些测试才能保证产品符合要求。

（二）现代先进封装技术下的生产流程变化

1. 适应小型化和高性能需求

• 在现代先进封装技术的影响下，陶瓷基板芯片封装流程有了一些变化。随着电子设备的小型化和高性能化需求，芯片的尺寸越来越小，引脚间距越来越窄。这就对芯片与陶瓷基板的精确装配提出了更高的要求。例如在高精度的倒装芯片封装技术中，芯片需要直接面向陶瓷基板进行精确的贴合，连接点的位置精度可能要达到微米甚至更小的量级。在这种情况下，芯片和基板的预处理过程中的清洗和表面平整度控制就更为严格。在芯片与基板连接时，不能使用传统的一些容易产生位移或定位偏差的方法，而是采用高精度的夹具和定位系统，同时连接材料（如焊接焊料或者粘结剂）的性能也需要进一步优化，以适应更小的连接间隙和更高的连接可靠性要求。

2. 多芯片封装的特殊要求

• 现代的陶瓷基板芯片封装往往会涉及多芯片封装的情况，即将多个芯片集成在一个陶瓷基板上。这种多芯片封装生产流程与单芯片封装流程有很大不同。首先在芯片布局设计阶段就要考虑到芯片之间的电磁兼容性、热管理等问题。例如，在一个同时集成了处理器芯片和内存芯片的陶瓷基板封装中，处理器芯片由于功耗较大产生的热量较多，需要与内存芯片合理布局，并且在陶瓷基板上设计合理的散热通道。在装配过程中，多个芯片的黏结或焊接顺序需要精心规划，以避免在操作过程中对已安装芯片造成损坏。同时，多芯片之间的引线连接也更加复杂，可能需要采用多层布线或者特殊的键合技术来保证各个芯片之间以及芯片与外部引脚之间的电气连接性。而且在封装密封保护环节，要确保整个多芯片封装体的气密性或者密封效果，防止外界环境对芯片的影响。最后，针对多芯片封装的电气性能测试也要更加全面，除了对每个芯片单独的性能测试外，还需要对芯片之间的交互性能、整个封装体的整体性能进行测试。

芯片封装清洗介绍

合明科技研发的水基清洗剂配合合适的清洗工艺能为芯片封装前提供洁净的界面条件。

水基清洗的工艺和设备配置选择对清洗精密器件尤其重要，一旦选定，就会作为一个长期的使用和运行方式。水基清洗剂必须满足清洗、漂洗、干燥的全工艺流程。

 污染物有多种，可归纳为离子型和非离子型两大类。离子型污染物接触到环境中的湿气，通电后发生电化学迁移，形成树枝状结构体，造成低电阻通路，破坏了电路板功能。非离子型污染物可穿透PC B 的绝缘层，在PCB板表层下生长枝晶。除了离子型和非离子型污染物，还有粒状污染物，例如焊料球、焊料槽内的浮点、灰尘、尘埃等，这些污染物会导致焊点质量降低、焊接时焊点拉尖、产生气孔、短路等等多种不良现象。

 这么多污染物，到底哪些才是最备受关注的呢？助焊剂或锡膏普遍应用于回流焊和波峰焊工艺中，它们主要由溶剂、润湿剂、树脂、缓蚀剂和活化剂等多种成分，焊后必然存在热改性生成物，这些物质在所有污染物中的占据主导，从产品失效情况来而言，焊后残余物是影响产品质量最主要的影响因素，离子型残留物易引起电迁移使绝缘电阻下降，松香树脂残留物易吸附灰尘或杂质引发接触电阻增大，严重者导致开路失效，因此焊后必须进行严格的清洗，才能保障电路板的质量。

合明科技运用自身原创的产品技术，满足芯片封装工艺制程清洗的高难度技术要求，打破国外厂商在行业中的垄断地位，为芯片封装材料全面国产自主提供强有力的支持。