【導讀】在智能手機、電腦、服務器等電子設備的核心部件中，芯片無疑是“大腦”，但這個“大腦”卻異常脆弱——微小的灰塵、潮濕的空氣、輕微的機械沖擊都可能導致其失效。為了讓芯片“堅不可摧”，塑封工藝應運而生，它就像給芯片穿上一層“保護鎧甲”，不僅能隔絕外界環境的損害，還能提高芯片的機械強度，便于后續貼片安裝。如今，塑封工藝已占據微電子封裝市場90%以上的份額，其中環氧模塑料（EMC）因耐高溫、耐化學腐蝕、機械強度高的特性，成為塑封材料的“絕對主流”。從芯片到成品，塑封工藝貫穿了微電子封裝的關鍵環節，每一步都蘊含著精密的技術與細節。
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，其性能直接決定了芯片的可靠性。根據加工特性，塑封材料分為熱塑性塑料和熱固性塑料兩大類：
熱塑性塑料（如聚碳酸酯PC、聚對苯二甲酸丁二醇酯PBT）：具有可重復加工的特點，加熱時融化，冷卻后固化，適合批量生產。但它的耐高溫性和機械強度較差，無法滿足芯片長期工作的需求（芯片工作溫度可達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（如環氧樹脂、酚醛樹脂）：固化后形成三維網狀結構，不可逆，具有出色的耐高溫性（可承受150℃以上的溫度）、耐化學腐蝕性（不易被酸堿侵蝕）和機械強度（比熱塑性塑料高2-3倍）。其中，環氧模塑料（EMC）因添加了二氧化硅填充劑（提高機械強度）、固化劑（促進固化）、脫模劑（便于脫模）等成分，成為微電子封裝的“首選材料”，占據了90%以上的市場份額。
為什么環氧模塑料能成為“主流”？舉個例子，手機中的芯片需要在高溫（充電時溫度可達60℃以上）、潮濕（雨天或手汗）的環境下工作，環氧模塑料能有效隔絕 moisture 和氧氣，防止芯片氧化；同時，它的高機械強度能承受手機掉落時的沖擊，避免芯片開裂。這些特性讓環氧模塑料成為芯片的“最佳保護者”。
二、塑封成型：轉移與壓縮的“技術巔峰對決”
塑封成型是將模塑料轉化為芯片“保護鎧甲”的關鍵步驟，目前主要有轉移成型和壓縮成型兩種技術，它們各有優勢，適用于不同的封裝場景：
1. 轉移成型：效率與批量生產的“王者”
轉移成型是微電子封裝中最常用的成型技術，它整合了注塑和壓縮成型的優點，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）準確放入模具型腔中，確保芯片位置無誤；
合模：模具閉合，形成密封的型腔；
加入模塑料：將預熱至80-100℃的模塑料（呈粘稠狀）注入模具的澆道；
預加熱與加壓：模具加熱至120-150℃，同時施加10-20MPa的壓力，讓模塑料填充整個型腔（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），形成堅硬的塑封體。
轉移成型的優點是成型快、效率高（每 cycle 僅需幾十秒），適合批量生產（如電阻、電容、普通IC等）；但也存在利用率低、填充不均的缺點——模塑料需要填充澆道和澆口，導致材料利用率僅為70%左右；此外，若模塑料的流動性不好，容易在芯片周圍形成氣泡或空隙，影響保護效果。
2. 壓縮成型：薄型與大尺寸封裝的“專家”
壓縮成型是一種更“直接”的成型技術，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）。
壓縮成型的優點是材料利用率高（可達90%以上）、填充均勻（無澆道和澆口，避免了材料流動的阻力），特別適合薄型（如0.5mm以下的手機攝像頭模塊）和大尺寸（如100mm以上的服務器芯片）封裝。例如，手機的攝像頭模塊需要非常薄（否則會增加手機厚度），壓縮成型能讓模塑料均勻填充，形成薄而堅硬的塑封體；服務器芯片尺寸大（如Intel的Xeon芯片），壓縮成型能避免轉移成型中常見的“填充不均”問題，確保芯片整體受力均勻。不過，壓縮成型的效率較低（每 cycle 需幾分鐘），適合小批量或高端產品的生產。
三、塑封后處理：固化與去溢料的“細節必修課”
塑封成型后，產品還需要經過固化處理和去溢料兩個關鍵步驟，才能進入下一步流程：
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%），需要放入烘箱中進行二次固化（Post Molding Cure，PMC）。固化條件通常為150-180℃，持續2-4小時，其作用有兩個：
充分固化：讓模塑料的分子鏈完全交聯，形成三維網狀結構，提高機械強度和耐高溫性；
消除內應力：成型過程中，模塑料的溫度變化會產生內應力（如冷卻時收縮不均），二次固化能釋放這些應力，避免塑封體開裂。
若固化不充分，模塑料會比較脆，容易在后續的切筋成型中開裂；若固化過度，模塑料會變脆，同樣影響可靠性。因此，固化溫度和時間的控制非常關鍵，需要根據模塑料的型號（如環氧模塑料的固化溫度通常為175℃）進行調整。
2. 去溢料：讓產品“煥然一新”
塑封成型時，模塑料會溢出到模具的縫隙中（如引線之間的小縫隙），形成溢料（Flash）。溢料會影響后續的電鍍和引腳成型，必須去除。目前，去溢料的方法主要有以下幾種：
機械噴砂：用高壓沙子（或氧化鋁顆粒）噴擊產品表面，將溢料打掉。這種方法適合簡單形狀的產品（如電阻、電容），但可能會損傷產品表面的鍍層（如錫層），影響可焊性；
堿性電解法：將產品放入堿性溶液（如氫氧化鈉溶液）中，通電，讓溢料（主要成分為環氧樹脂）被電解掉。這種方法環保（無粉塵），適合復雜形狀的產品（如QFP封裝，引腳之間的溢料很難用機械方法去掉），但對模塑料的腐蝕性較強，需要控制電解時間；
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），因為這些產品的引腳密度高（如BGA的引腳在底部，數量可達數百個），溢料容易導致短路。激光去溢料不會損傷引腳，是目前最先進的去溢料技術，但成本較高（激光設備價格昂貴）。
四、電鍍與退火：提升性能的“雙重保險”
塑封后的產品需要進行電鍍和退火處理，以提高引線框架的可焊性和導電性，同時抑制錫須生長（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（導電性好），但銅容易氧化（氧化后表面會形成氧化銅，焊錫無法粘上去）。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：
提高可焊性：錫層的表面張力小，焊錫容易潤濕，便于后續的貼片安裝（如SMT貼片）；
提高導電性：錫的導電性比銅差，但電鍍層很薄（約5-10μm），不會影響整體導電性。
目前，無鉛電鍍是趨勢（歐盟的RoHS指令禁止使用含鉛的電子元件），常用的無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（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，它的機械強度比純錫高，能承受更多的插拔次數（如USB接口的連接器）。
2. 退火：抑制錫須“生長”
電鍍后的錫層容易生成錫須（Tin Whisker）——一種細長的錫結晶（長度可達1mm以上）。錫須會導致相鄰引腳之間短路（如手機中的芯片，引腳間距僅0.5mm，錫須長到0.5mm就會短路），是電子設備死機的“隱形殺手”。
為了抑制錫須生長，需要進行退火處理（Annealing）：將電鍍后的產品放在烘箱中，在120-150℃下烤1-2小時。退火的原理是讓錫層的晶粒長大（晶粒尺寸從1-2μm長大到5-10μm），減少晶界（錫須通常從晶界處生長），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（錫層表面有細小的顆粒，減少晶界）、添加有機金屬添加劑（如鉍，阻止錫原子擴散）、鎳層阻擋（在銅和錫之間鍍一層鎳，阻止銅擴散到錫層里，減少錫須生成的動力）。
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”（多個芯片連在一起）變成“成品”（單個芯片），流程分為切筋和引腳成型兩步：
1. 切筋：把芯片“分開”
引線框架上的芯片是連在一起的（通過筋條連接），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100-200噸）將筋條沖斷，留下單個芯片。切筋的精度要求很高（誤差需小于0.1mm），否則會導致引腳變形（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，需要根據封裝形式（如SOP、QFP、BGA）進行引腳成型（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）、機器人成型（用機器人手臂彎曲引腳，精度更高）等。
隨著封裝技術的進步，切筋成型工藝也在不斷發展：
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：用機器人進行三維引腳成型（如手機的連接器，引腳需要彎成“Z”形），提高效率和一致性；
在線檢測：用AOI（自動光學檢測）設備實時檢測切筋成型后的產品（如引腳變形、裂紋），確保產品質量。
結語：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含著精密的技術與細節。它不僅是芯片的“保護鎧甲”，更是芯片“成型的魔術師”——將脆弱的芯片變成能承受各種環境考驗的成品。隨著封裝技術的進步（如扇出型封裝、3D封裝），塑封工藝也在不斷創新：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）、更環保的后處理工藝（如激光去溢料），以適應更高的要求（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鍵步驟，將繼續發揮重要作用，保護芯片，提高性能，讓我們的電子設備更可靠、更先進。無論是智能手機中的芯片，還是服務器中的CPU，都離不開塑封工藝的“守護”——它是微電子產業的“基石”，也是我們日常生活中“看不見的英雄”。
推薦閱讀：
德州儀器電源路徑充電技術解析：如何實現電池壽命與系統性能的雙贏？
力芯微ET75016激光驅動芯片：重新定義TOF 3D傳感精度與效率
多維科技TMR13Nx磁開關芯片：重新定義智能筆360°無死角喚醒體驗
Littelfuse推出DO-214AB封裝2kA浪涌保護晶閘管，革新電源安全設計
