車規(guī)級芯片封裝工藝概述

車規(guī)級芯片封裝工藝是指針對汽車環(huán)境特殊性，對芯片進(jìn)行特殊封裝的工藝過程。這種封裝不僅要保證芯片的電氣性能，還要考慮到芯片在高溫、低溫、振動、電磁等惡劣環(huán)境下的穩(wěn)定性，以及對潮濕、鹽霧等化學(xué)環(huán)境的抵抗能力。車規(guī)級芯片封裝工藝是確保車用電子設(shè)備可靠性和安全性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。

車規(guī)級芯片封裝技術(shù)難點(diǎn)

車規(guī)級芯片封裝技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)主要包括以下幾個方面：

1. 環(huán)境適應(yīng)性：車規(guī)級芯片需要在極端的溫度、濕度和振動條件下工作，因此封裝材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計必須能夠承受這些惡劣條件。

2. 可靠性：芯片封裝需要保證在長期使用中的穩(wěn)定性和可靠性，防止因封裝缺陷導(dǎo)致的早期失效。

3. 小型化：隨著汽車電子設(shè)備的小型化趨勢，芯片封裝需要在保證性能的同時實現(xiàn)更小的尺寸。

4. 散熱性能：良好的散熱性能是保證芯片長時間穩(wěn)定工作的關(guān)鍵，特別是在功率半導(dǎo)體等發(fā)熱較大的組件中。

車規(guī)級芯片封裝的關(guān)鍵技術(shù)

1. 倒裝芯片技術(shù)

倒裝芯片（Flip-Chip）是一種將芯片的電氣面朝下放置的技術(shù)，相比于傳統(tǒng)的金屬線鍵合技術(shù)，倒裝芯片具有更小的外形尺寸和更高的密度。倒裝芯片通過焊球陣列與基板進(jìn)行電氣連接，這種封裝方式在汽車行業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。

2. 密封材料和填充工藝

為了保證芯片在復(fù)雜環(huán)境下的穩(wěn)定性，封裝過程中需要使用密封材料填充芯片與基板之間的空隙。這種填充工藝不僅能夠提高封裝的機(jī)械強(qiáng)度，還能減少應(yīng)力集中和提高散熱效率。然而，填充工藝中需要注意避免氣泡的產(chǎn)生和填充物質(zhì)的過多或過少，以及控制填充溫度和方法。

3. 電磁屏蔽技術(shù)

車規(guī)級芯片在工作過程中會產(chǎn)生電磁干擾，因此在封裝過程中需要采用電磁屏蔽罩來減少對外部環(huán)境的影響。電磁屏蔽罩通常覆蓋在芯片的敏感區(qū)域，以降低電磁干擾的影響。

4. 絕緣材料的應(yīng)用

絕緣材料在車規(guī)級芯片封裝中扮演著重要角色。它不僅用于隔離不同電氣區(qū)域，防止短路，還可以作為熱絕緣材料，減少因熱膨脹系數(shù)不同而導(dǎo)致的機(jī)械失效風(fēng)險。絕緣材料的選擇和厚度設(shè)計至關(guān)重要，通常采用半固化樹脂或金屬氧化物等具有熱穩(wěn)定性的有機(jī)材料。

結(jié)論

車規(guī)級芯片封裝工藝是一項復(fù)雜而精密的工作，它涉及到材料科學(xué)、機(jī)械工程和電子學(xué)等多個領(lǐng)域的知識。隨著汽車智能化和網(wǎng)聯(lián)化的不斷發(fā)展，對車規(guī)級芯片封裝技術(shù)的要求也在不斷提高，未來的封裝技術(shù)將更加注重輕量化、小型化、高密度化以及環(huán)境適應(yīng)性。

汽車電子產(chǎn)品的價格普遍比較貴，其中的主要原因之一就是使用了車規(guī)級的電子元件，但什么樣的電子元件才是車規(guī)級的器件呢？我們先來看看電子元件在汽車上的應(yīng)用和一般的消費(fèi)電子在應(yīng)用有什么差異。

環(huán)境要求

溫度：汽車電子對元件的工作溫度要求比較寬，根據(jù)不同的安裝位置等有不同的需求，但一般都要高于民用產(chǎn)品的要求（據(jù)說 AEC Q100 在 H 版中刪除了 0℃-70℃ 這檔溫度的要求，因為沒有哪個汽車產(chǎn)品要求可以這么低）。

舉例：

發(fā)動機(jī)周邊：-40℃-150℃；

乘客艙：-40℃-85℃；

民用產(chǎn)品：0℃-70℃。

其它環(huán)境要求 濕度，發(fā)霉，粉塵，水，EMC 以及有害氣體侵蝕等等往往都高于消費(fèi)電子產(chǎn)品要求。

振動，沖擊

汽車在運(yùn)動的環(huán)境中工作，會相關(guān)很多產(chǎn)品來說，遭遇更多的振動和沖擊。這種要求可能會比擺放在家里使用的產(chǎn)品要高很多。

可靠性

為了說明汽車對可靠性的要求，我來換個其它方式來說明一下：

1. 設(shè)計壽命：一般的汽車設(shè)計壽命都在 15 年 20 萬公里左右，遠(yuǎn)大于消費(fèi)電子產(chǎn)品壽命要求。

2. 在相同的可靠性要求下，系統(tǒng)組成的部件和環(huán)節(jié)越多，對組成的部件的可靠性要求就越高。目前車上的電子化程度已經(jīng)非常高了，從動力總成到制動系統(tǒng)，都裝配了大量的電子裝置，每個裝置里面又由很多的電子元件組成。如果就簡單的把它們看成串聯(lián)關(guān)系，那么要保證整車達(dá)到相當(dāng)?shù)目煽啃?，對系統(tǒng)組成的每一個部分要求是非常高的，這也是為什么汽車零部件的要求經(jīng)常是用 PPM（百萬分之一）來描述。

一致性要求

現(xiàn)在的汽車已經(jīng)進(jìn)入到了一個大規(guī)模生產(chǎn)的階段的，一款車 1 年可以生產(chǎn)數(shù)十萬輛，所以這對產(chǎn)品質(zhì)量的一致性要求就非常高了。這在早些年對于半導(dǎo)體材料來說，是挺有挑戰(zhàn)的。

畢竟生產(chǎn)半導(dǎo)體中的擴(kuò)散等工藝的一致性是很難控制的，生產(chǎn)出來的產(chǎn)品性能易離散，早期只能依靠老化和篩選來完成，現(xiàn)在隨著工藝的不斷提高，一致性得到極大提高。質(zhì)量的一致性也是很多本地供應(yīng)商和國際知名供應(yīng)商的最大差異。對于組成復(fù)雜的汽車產(chǎn)品來說，一致性差的元件導(dǎo)致整車出現(xiàn)安全隱患是肯定不能接受的。

再來看幾點(diǎn)其它的需求：

制造工藝

汽車產(chǎn)品制造工藝的要求，雖然汽車的零件也在不斷的向小型化和輕量化發(fā)展，但相對消費(fèi)產(chǎn)品來說，在體積和功耗上還相對可以放松，一般使用的封裝較大，以保證有足夠的機(jī)械強(qiáng)度并符合主要的汽車供應(yīng)商的制造工藝。

產(chǎn)品生命周期

雖然近些年，汽車產(chǎn)品不斷的降價，但汽車還是一個耐用的大件商品，必須要保持相當(dāng)長的時間的售后配件的供應(yīng)能力。同時開發(fā)一個汽車零件需要投入大量的驗證工作，更換元件帶來的驗證工作也是巨大的，所以整車制造企業(yè)和零部件供應(yīng)商也需要維持較長時間的穩(wěn)定供貨。

標(biāo)準(zhǔn)

這樣看來，滿足汽車產(chǎn)品要求的確復(fù)雜，而且以上的要求是針對汽車零件的（對于電子元件來說就是系統(tǒng)了），如何去轉(zhuǎn)換成電子元件的要求就變得很困難，為解決這個問題就自然有一些規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)，比較得到公認(rèn)的就是 AEC 的標(biāo)準(zhǔn)：

AEC Q100 針對有源（Active Device）元件的要求

AEC Q200 針對無源（Possive Device）元件的要求

當(dāng)然我猜想很多人還會說，還有許多的整車廠的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。但這點(diǎn)我也想來說一下我的理解。在我以前工作過的整車廠確實是有相關(guān)的一般可靠性要求的標(biāo)準(zhǔn)，但它考核的是一個完整的汽車組件(由電子元件構(gòu)成的系統(tǒng))，而非直接針對組成這些組件的電子元件的要求（電阻，電容，三極管，芯片等），雖然它的要求是可以用來參考對下級元件的選型，但作為電子元件測試等來說還是非常的不合適的。

車規(guī)級芯片封裝清洗劑選擇：

水基清洗的工藝和設(shè)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(yùn)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(huán)境中的濕氣，通電后發(fā)生電化學(xué)遷移，形成樹枝狀結(jié)構(gòu)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(nèi)的浮點(diǎn)、灰塵、塵埃等，這些污染物會導(dǎo)致焊點(diǎn)質(zhì)量降低、焊接時焊點(diǎn)拉尖、產(chǎn)生氣孔、短路等等多種不良現(xiàn)象。

這么多污染物，到底哪些才是最備受關(guān)注的呢？助焊劑或錫膏普遍應(yīng)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(zhì)在所有污染物中的占據(jù)主導(dǎo)，從產(chǎn)品失效情況來而言，焊后殘余物是影響產(chǎn)品質(zhì)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(zhì)引發(fā)接觸電阻增大，嚴(yán)重者導(dǎo)致開路失效，因此焊后必須進(jìn)行嚴(yán)格的清洗，才能保障電路板的質(zhì)量。

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