【导读】在智能手机、电脑、服务器等电子设备的核心部件中，芯片无疑是“大脑”，但这个“大脑”却异常脆弱——微小的灰尘、潮湿的空气、轻微的机械冲击都可能导致其失效。为了让芯片“坚不可摧”，塑封工艺应运而生，它就像给芯片穿上一层“保护铠甲”，不仅能隔绝外界环境的损害，还能提高芯片的机械强度，便于后续贴片安装。如今，塑封工艺已占据微电子封装市场90%以上的份额，其中环氧模塑料（EMC）因耐高温、耐化学腐蚀、机械强度高的特性，成为塑封材料的“绝对主流”。从芯片到成品，塑封工艺贯穿了微电子封装的关键环节，每一步都蕴含着精密的技术与细节。
一、塑封材料：热塑性与热固性的“终极选择”
塑封材料是塑封工艺的基础，其性能直接决定了芯片的可靠性。根据加工特性，塑封材料分为热塑性塑料和热固性塑料两大类：
热塑性塑料（如聚碳酸酯PC、聚对苯二甲酸丁二醇酯PBT）：具有可重复加工的特点，加热时融化，冷却后固化，适合批量生产。但它的耐高温性和机械强度较差，无法满足芯片长期工作的需求（芯片工作温度可达80℃以上），因此仅用于低端电子元件（如电阻、电容）的封装。
热固性塑料（如环氧树脂、酚醛树脂）：固化后形成三维网状结构，不可逆，具有出色的耐高温性（可承受150℃以上的温度）、耐化学腐蚀性（不易被酸碱侵蚀）和机械强度（比热塑性塑料高2-3倍）。其中，环氧模塑料（EMC）因添加了二氧化硅填充剂（提高机械强度）、固化剂（促进固化）、脱模剂（便于脱模）等成分，成为微电子封装的“首选材料”，占据了90%以上的市场份额。
为什么环氧模塑料能成为“主流”？举个例子，手机中的芯片需要在高温（充电时温度可达60℃以上）、潮湿（雨天或手汗）的环境下工作，环氧模塑料能有效隔绝 moisture 和氧气，防止芯片氧化；同时，它的高机械强度能承受手机掉落时的冲击，避免芯片开裂。这些特性让环氧模塑料成为芯片的“最佳保护者”。
二、塑封成型：转移与压缩的“技术巅峰对决”
塑封成型是将模塑料转化为芯片“保护铠甲”的关键步骤，目前主要有转移成型和压缩成型两种技术，它们各有优势，适用于不同的封装场景：
1. 转移成型：效率与批量生产的“王者”
转移成型是微电子封装中最常用的成型技术，它整合了注塑和压缩成型的优点，流程大致分为以下几步：
定位引线框架：将贴有芯片的引线框架（Chip-on-Lead，COL）准确放入模具型腔中，确保芯片位置无误；
合模：模具闭合，形成密封的型腔；
加入模塑料：将预热至80-100℃的模塑料（呈粘稠状）注入模具的浇道；
预加热与加压：模具加热至120-150℃，同时施加10-20MPa的压力，让模塑料填充整个型腔（包括芯片与引线之间的缝隙）；
固化：保持压力和温度，让模塑料固化（约几十秒），形成坚硬的塑封体。
转移成型的优点是成型快、效率高（每 cycle 仅需几十秒），适合批量生产（如电阻、电容、普通IC等）；但也存在利用率低、填充不均的缺点——模塑料需要填充浇道和浇口，导致材料利用率仅为70%左右；此外，若模塑料的流动性不好，容易在芯片周围形成气泡或空隙，影响保护效果。
2. 压缩成型：薄型与大尺寸封装的“专家”
压缩成型是一种更“直接”的成型技术，它省去了浇道和浇口，直接将模塑料放入模具型腔中，流程为：
放入模塑料：将模塑料（颗粒状或片状）直接放入模具型腔；
合模与加热：模具闭合，加热至150-180℃，让模塑料融化；
加压固化：施加5-10MPa的压力，让模塑料填充型腔，然后保持压力直到固化（约几分钟）。
压缩成型的优点是材料利用率高（可达90%以上）、填充均匀（无浇道和浇口，避免了材料流动的阻力），特别适合薄型（如0.5mm以下的手机摄像头模块）和大尺寸（如100mm以上的服务器芯片）封装。例如，手机的摄像头模块需要非常薄（否则会增加手机厚度），压缩成型能让模塑料均匀填充，形成薄而坚硬的塑封体；服务器芯片尺寸大（如Intel的Xeon芯片），压缩成型能避免转移成型中常见的“填充不均”问题，确保芯片整体受力均匀。不过，压缩成型的效率较低（每 cycle 需几分钟），适合小批量或高端产品的生产。
三、塑封后处理：固化与去溢料的“细节必修课”
塑封成型后，产品还需要经过固化处理和去溢料两个关键步骤，才能进入下一步流程：
1. 固化处理：让模塑料“彻底变硬”
塑封成型后的模塑料并未完全固化（仅固化了60%-70%），需要放入烘箱中进行二次固化（Post Molding Cure，PMC）。固化条件通常为150-180℃，持续2-4小时，其作用有两个：
充分固化：让模塑料的分子链完全交联，形成三维网状结构，提高机械强度和耐高温性；
消除内应力：成型过程中，模塑料的温度变化会产生内应力（如冷却时收缩不均），二次固化能释放这些应力，避免塑封体开裂。
若固化不充分，模塑料会比较脆，容易在后续的切筋成型中开裂；若固化过度，模塑料会变脆，同样影响可靠性。因此，固化温度和时间的控制非常关键，需要根据模塑料的型号（如环氧模塑料的固化温度通常为175℃）进行调整。
2. 去溢料：让产品“焕然一新”
塑封成型时，模塑料会溢出到模具的缝隙中（如引线之间的小缝隙），形成溢料（Flash）。溢料会影响后续的电镀和引脚成型，必须去除。目前，去溢料的方法主要有以下几种：
机械喷砂：用高压沙子（或氧化铝颗粒）喷击产品表面，将溢料打掉。这种方法适合简单形状的产品（如电阻、电容），但可能会损伤产品表面的镀层（如锡层），影响可焊性；
碱性电解法：将产品放入碱性溶液（如氢氧化钠溶液）中，通电，让溢料（主要成分为环氧树脂）被电解掉。这种方法环保（无粉尘），适合复杂形状的产品（如QFP封装，引脚之间的溢料很难用机械方法去掉），但对模塑料的腐蚀性较强，需要控制电解时间；
激光去溢料：用激光（如CO₂激光）照射溢料，将其烧掉。这种方法精度高（可以去掉0.1mm以下的溢料），适合高端封装（如BGA、CSP），因为这些产品的引脚密度高（如BGA的引脚在底部，数量可达数百个），溢料容易导致短路。激光去溢料不会损伤引脚，是目前最先进的去溢料技术，但成本较高（激光设备价格昂贵）。
四、电镀与退火：提升性能的“双重保险”
塑封后的产品需要进行电镀和退火处理，以提高引线框架的可焊性和导电性，同时抑制锡须生长（短路的“隐形杀手”）：
1. 电镀：让引线“更易焊接”
引线框架的材料是铜（导电性好），但铜容易氧化（氧化后表面会形成氧化铜，焊锡无法粘上去）。因此，需要在引线框架表面电镀一层可焊性金属（如锡、锡银铜合金），其作用有两个：
提高可焊性：锡层的表面张力小，焊锡容易润湿，便于后续的贴片安装（如SMT贴片）；
提高导电性：锡的导电性比铜差，但电镀层很薄（约5-10μm），不会影响整体导电性。
目前，无铅电镀是趋势（欧盟的RoHS指令禁止使用含铅的电子元件），常用的无铅镀层有锡银铜合金（Sn-3Ag-0.5Cu）、锡铋合金（Sn-58Bi）等。锡银铜合金的熔点（217℃）比纯锡（232℃）低，更适合SMT贴片（回流焊温度通常为240℃左右）；同时，它的机械强度比纯锡高，能承受更多的插拔次数（如USB接口的连接器）。
2. 退火：抑制锡须“生长”
电镀后的锡层容易生成锡须（Tin Whisker）——一种细长的锡结晶（长度可达1mm以上）。锡须会导致相邻引脚之间短路（如手机中的芯片，引脚间距仅0.5mm，锡须长到0.5mm就会短路），是电子设备死机的“隐形杀手”。
为了抑制锡须生长，需要进行退火处理（Annealing）：将电镀后的产品放在烘箱中，在120-150℃下烤1-2小时。退火的原理是让锡层的晶粒长大（晶粒尺寸从1-2μm长大到5-10μm），减少晶界（锡须通常从晶界处生长），从而降低锡须生成的概率。此外，还有其他抑制锡须的方法，如镀雾锡（锡层表面有细小的颗粒，减少晶界）、添加有机金属添加剂（如铋，阻止锡原子扩散）、镍层阻挡（在铜和锡之间镀一层镍，阻止铜扩散到锡层里，减少锡须生成的动力）。
五、切筋成型：从“毛坯”到“成品”的最后一步
切筋成型是塑封工艺的最后一步，将引线框架上的“毛坯”（多个芯片连在一起）变成“成品”（单个芯片），流程分为切筋和引脚成型两步：
1. 切筋：把芯片“分开”
引线框架上的芯片是连在一起的（通过筋条连接），需要用切筋模具（Trim Die）把多余的筋条切掉。切筋的原理是用冲床（压力可达100-200吨）将筋条冲断，留下单个芯片。切筋的精度要求很高（误差需小于0.1mm），否则会导致引脚变形（如引脚弯曲）。
2. 引脚成型：把引脚“弯成需要的形状”
切筋后的芯片引脚是直的，需要根据封装形式（如SOP、QFP、BGA）进行引脚成型（Forming）。例如，SOP（小外形封装）的引脚是“L”形（贴在PCB表面），QFP（ quad flat package）的引脚是“J”形（插入PCB的孔中），BGA（球栅阵列）的引脚是“球”形（在芯片底部）。引脚成型的方法有冲床成型（用模具把引脚弯成需要的形状）、机器人成型（用机器人手臂弯曲引脚，精度更高）等。
随着封装技术的进步，切筋成型工艺也在不断发展：
激光切筋：用激光（如光纤激光）切掉筋条，精度更高（误差小于0.05mm），适合高端封装（如BGA）；
3D引脚成型：用机器人进行三维引脚成型（如手机的连接器，引脚需要弯成“Z”形），提高效率和一致性；
在线检测：用AOI（自动光学检测）设备实时检测切筋成型后的产品（如引脚变形、裂纹），确保产品质量。
结语：塑封工艺——微电子封装的“基石”
从材料选择到成型，再到后处理，塑封工艺的每一步都蕴含着精密的技术与细节。它不仅是芯片的“保护铠甲”，更是芯片“成型的魔术师”——将脆弱的芯片变成能承受各种环境考验的成品。随着封装技术的进步（如扇出型封装、3D封装），塑封工艺也在不断创新：比如用更薄的模塑料（如0.1mm以下的扇出型封装）、更精确的成型方法（如压缩成型用于3D封装）、更环保的后处理工艺（如激光去溢料），以适应更高的要求（如更薄、更小、更高密度的封装）。
塑封工艺作为微电子封装的关键步骤，将继续发挥重要作用，保护芯片，提高性能，让我们的电子设备更可靠、更先进。无论是智能手机中的芯片，还是服务器中的CPU，都离不开塑封工艺的“守护”——它是微电子产业的“基石”，也是我们日常生活中“看不见的英雄”。
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