半导体封装之“盘”它一条国产QFN封测线！

将近年底，大家谈点轻松的。最近有位金主问笔者：“你们半导体行业不是都流行逆向投资，我们也来逆风而行，盘它一条QFN封测线！盘它一条国产QFN封测线！”笔者当场表示：“马上安排！”。正所谓说者无意，听者有心。QFN产品大家耳熟能详，行业人士谁都能说上几句，但是对每个流程是不是能了如指掌呢？

我们一起来看看下文，争取大家都给笔者找找茬。发现任何问题，或者描述不对，请一定关注公众号加群告知

QFN（Quad Flat No-leads Package，方形扁平无引脚封装），表面贴装型封装之一。为什么是QFN？我们先从图1国际顶尖机构Yole对半导体封装的分类有个大概认知。QFN属于传统封装形式，盘一条线的成本比FCBGA以及近几年大火的2.5D及3D封装要低很多。另外QFN与DIP、SOP、SOT、TO、TOP等传统封装形式相比引脚更多，产品功能更为复杂，显的也更高端。从图2中就可以看出QFN相对其它传统封装形式出现较晚。QFN产品适用场景广泛，国内材料及设备配套齐全，实乃前期入门级投资首选。QFN的优势有体积小、重量轻、散热性好、电性能好、可靠性好。我们以32引脚QFN与传统的28引脚PLCC封装相比较为例，面积（5mm×5mm）缩小了84%，厚度（0.9mm）降低了80%，重量（0.06g）减轻了95%，电子封装寄生效应也提升了50%，所以非常适合应用在手机、数码相机、PDA以及其他便携小型电子设备的高密度印刷电路板上。

图1，来自Yole 2022年报告

图2，不同封装产品发明时间轴

QFN生产流程参考图3，但是图3有一些内容与实际并不一定相符。如果除去晶圆切割等后道相关及一些特殊处理外，最常见的工艺流程从固晶（DIE Bound）->固化以固定晶粒与框架（Curing）->打线（Wire Bound）->塑封（Molding）->去溢料->电镀（Plate）->切割（Dicing）->测试（Test）->分选打包(Packing)。我们接下来盘点一下每道工艺：

图3，QFN封装流程

1. 1.       固晶（DIE Bound）: 第一步在框架上喷涂银浆，然后将晶粒放于银浆覆盖的指定框架区域。固晶机国内外设备商众多，挑选固晶机最重要的一点是看贴装精度。晶粒固定不正，对后面的打线就会造成影响。因此，晶粒要贴正，打线的工艺冗余量大，最终产品质量才有保障。国内设备精度基本都可以达到+-25um，旋转控制在+-2度以内。通常可支持6寸及8寸的晶圆。不过，应该也很少有晶圆厂家用12寸晶圆来制作QFN的晶粒。固晶机本身也分为冷晶机和热晶机，QFN一般用冷晶机。冷晶机和热晶机主要差别在于冷晶机的固化步骤是通过后续固化炉固化，而热晶机是在固晶机上完成固化。当然，点胶的步骤都是在固晶机上完成的。

图4固晶机工作原理

图5 康强电子提供的QFN框架

1. 2.       固化（Curing）: 目的是将第一步固晶流程中的银浆固化，从而将晶粒与框架固定。为第三步打线做好准备。固化的核心是要在氮气环境下完成，温控必须精准。比如华天科技的产品程控厌氧洁净烘箱其炉腔内有9个测温点，温度差异根据设定温度不同可以控制在1度到1.5度内。
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3. 3.       打线（Wire Bound）:目的是通过引线将晶粒上的PAD与框架连接。打线是固晶步骤后的第二个核心工艺，很多产品缺陷主要来自打线这一工序。从下图就可以感受到打线工艺的难度。比如QFN64产品，数十根引线需要从指甲盖那么小的晶粒上引出，引线与引线的间距可能小至35微米，引线高度也有严格要求。所以打线机的选择除了精度外，还要考虑线弧高度、长度、摆幅等控制。由于该工艺复杂程度高，设备自检及实时监控等也至关重要。
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图6 Wire Bound实物图

1. 4.       塑封（Molding）：塑封就是将打好引线的产品通过注塑模具用环氧树脂将产品封住，只露出引脚。在力学方面保护连接好的引线和晶粒，在化学方面起到隔绝空气和水分的作用，延长产品使用寿命。塑封的核心是模具，国内模具制造商较为成熟，选一家靠谱的模具制造商是塑封工艺良率的保障。
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图7，黑色部分为塑封体，成品由塑封体全覆盖，仅露出引脚

1. 5.       去溢料：主要是去除塑封产生的边角料。该工艺的核心是去溢料产线化学品管理，异味控制，温度，水压等控制。图8为溢料缺陷。
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图8，塑封溢料/毛边/溢胶引自摩尔芯球速芯微专栏 《塑封溢胶改善》

1. 6.       切割(Dicing)：因为到直到这一步，我们的产品还都是以框架为单位，只有通过切割才形成独立的个体。框架的切割和晶圆切割类似，设备供应商也基本通用。
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图9，和研科技精密切割机宣传照片

1. 7.       测试（TEST）：测试环节看着没有增加实质内容，从LEAN的角度讲，是没有任何附加值的步骤。但是，测试又必不可少。没有测试的产品可能有短路的风险，下游SMT的用户直接将短路的产品贴装到主板上很可能会直接将主板烧坏。而且其它功能缺陷也必须通过测试环境进行检测。测试还起到及时发现前道问题的职责。
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图10，长川科技测试机

1. 8.       分选打包(Packing)：根据测试结果，将产品进行分选，将合格产品放入载带或其它形式的包装中。不要小看这个环节，在笔者之前工作过的公司，这个环节设备数量大，产量安排难度大，设备稳定性不高，从而导致大量产品堆积在该站点。
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最后，我们谈谈选条国产QFN线的可行性。答案是肯定的，随着QFN产品的大量普及，国内围绕QFN等产品的设备供应商可选范围非常大。不过各家的真实水平还需要大家仔细考察，最好能去其供应的封装厂实地走访。走访时也特别注意产品类型、良率、应用场景对可靠性的要求等是否匹配，可能同一个机型生产他人的产品没任何问题，但是搬到你自己的工厂则有各种各样的问题

原文始发于微信公众号（艾邦半导体网）：半导体封装之“盘”它一条国产QFN封测线！