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划片与封装

1. 划片

芯片分割（Die singulation），也称为晶圆切割（wafer dicing）。 在这个过程中，一个大的硅晶圆被切割成许多小的，独立的半导体芯片或集成电路。 每个小芯片都包含了一个完整的电路。 划片过程的主要目的是将硅晶圆上的多个集成电路分离开来，以便于后续的封装和测试。

扩展：划片机

划片通常是通过一个高精度的划片机完成的，这个机器可以根据预设的模式和尺寸切割硅晶圆。划片机使用一种高速旋转的刀片（通常是金刚石或其他硬质材料）在硅晶圆上进行切割。这个过程需要非常精确，以确保每个芯片都被正确地切割，而不会损坏芯片上的电路。

划片需要提供的资料如下：

  • 划片数量
  • 划片示意图
划片图示例

划片所需的时间大约为1-2 天，20 颗 50 颗划片时间基本一样。

2. 封装

芯片封装（Integrated circuit packaging，chip packaging）发生在硅晶圆划片之后。封装的主要目的是保护微小、脆弱的半导体芯片，同时提供交互接口，使芯片可以和电子设备的其他部分进行电气连接。

我们使用的封装方式主要有两种：

  • 插座封装（Socketed Packaging）
  • COB（Chip on Board）

2.1 插座封装

这种封装方式的主要特点是将芯片封装在一个管壳（package）中，并通过插座（socket）将其连接到电路板上。这种方法的优点是便于更换、升级和维护芯片，缺点是电气性能稍差。

插座封装示例
拓展：封装过程

  1. 芯片装载（Die Attachment）：切割后的芯片（也称为“die”）被安装到封装的载体（通常是金属或塑料）上。这个过程通常使用导热材料（例如银胶或锡膏）来确保良好的热接触，帮助散热。

  2. 线引封装（Wire Bonding）：芯片上的电路通过极细的金属线（通常是金或铝）连接到封装的引脚上。这些金属线非常细小，通常需要使用高精度的自动设备来进行操作。

  3. 封装封闭（Encapsulation）：芯片和金属线被一个保护层覆盖，通常是塑料或陶瓷。这个保护层可以防止芯片受到物理损伤，同时也防止环境因素（如湿气、灰尘、化学物质等）对芯片造成损害。

完成封装后的芯片可以被焊接到电路板上，与电子设备的其他部分进行电气连接。

芯片封装有很多种类型，我们使用的封装类型为QFN（Quad Flat No-leads）封装。 QFN（Quad Flat No-leads）封装是一种四面平无引脚封装。 它的特点是四个边都是平的，没有传统意义上的引脚，而是采用周边的 pad（电接触垫）来实现电路的连接。 QFN 封装体积小、高度低，因此对于需要小型化的电子设备来说，非常适合。

QFN 封装侧视图

QFN 后面的数字（如 QFN64、QFN88 10*10）通常指的是封装上的 pad 的数量。 例如，QFN64 的封装就有 64 个 pad，而 QFN88 的封装则有 88 个 pad。"10*10"则通常指的是封装的物理尺寸，单位通常是毫米(mm)。

我们需要将芯片的 IO 与 QFN 封装的 pad 进行对应，以便在封装过程中正确连接芯片的电路。

打线图示例

插座封装需要提供的资料如下：

  • 打线图：封装厂商需要根据该图完成引线
  • 封装类型和尺寸：即 QFN64 8*8、QFN88 10*10 等
  • QFN 插座：需要淘宝自行购买与封装类型相匹配的 socket，直接邮寄给 PCB 厂商焊接

注意

留意封装厂商提供的封装类型和尺寸信息，以确保购买正确的插座！ 有些封装尺寸不支持快封，支持快封的类型和尺寸如下：

封装类型 芯片长度（mm） 芯片宽度（mm） 封装尺寸（mm x mm x mm）
QFN28 2.40 2.40 4 x 4 x 0.4
QFN32 3.30 3.30 5 x 5 x 0.5
QFN40 4.24 4.24 6 x 6 x 0.5
QFN40 4.40 4.40 6 x 6 x 0.4
QFN48 4.40 4.40 6 x 6 x 0.4
QFN48 5.20 5.20 7 x 7 x 0.5
QFN56 6.00 6.00 8 x 8 x 0.5
QFN56 6.40 6.40 8 x 8 x 0.5
QFN64 7.00 7.00 9 x 9 x 0.5
QFN68 6.40 6.40 8 x 8 x 0.4
QFN72 8.40 8.40 10 x 10 x 0.5
QFN88 8.40 8.40 10 x 10 x 0.4
QFN100 10.00 10.00 12 x 12 x 0.4

封装厂商一般会提供快封和塑封两种管壳封装形式。 快封划片后大概1-2 天封好；塑封要等芯片划片完成后大概一周左右出货。 二者性能上面没有什么区别，外观和常规量产芯片有些不一样，表面塑封料颜色不一样。

2.2 COB

COB，全称 Chip On Board，即直接将芯片安装在电路板上的封装技术。 这种技术中，裸芯片被放置在电路板上，然后通过金线或铜线进行键合，与电路板上的其他组件进行电气连接。 然后，芯片和键合线会被一种特殊的环氧树脂（通常被称为"黑胶"）覆盖，以保护它们免受物理损伤和环境影响。

相比插座封装，COB 技术由于减少了连接点，电气性能更好，信号传输更稳定，电阻更低。相应的，一旦芯片安装到 PCB 上，维修和更换芯片非常困难。

COB 封装示例

COB 封装不需要提供打线图和插座，只需要将芯片寄给封装厂商即可，划片后大概需要1-2 天完成。

特别感谢 Yanchi Dong，Yiyang Sun，Yiqi Jing 对本页内容的贡献和校对！

Page Authors: Siris-Li (94.95%), Bwoah-Kimi (5.05%)