將近年底，大家談點輕松的。最近有位金主問筆者：“你們半導體行業不是都流行逆向投資，我們也來逆風而行，盤它一條QFN封測線！盤它一條國產QFN封測線！”筆者當場表示：“馬上安排！”。正所謂說者無意，聽者有心。QFN產品大家耳熟能詳，行業人士誰都能說上幾句，但是對每個流程是不是能了如指掌呢？
我們一起來看看下文，爭取大家都給筆者找找茬。發現任何問題，或者描述不對，請一定關注公眾號加群告知
QFN（Quad Flat No-leads Package，方形扁平無引腳封裝），表面貼裝型封裝之一。為什么是QFN？我們先從圖1國際頂尖機構Yole對半導體封裝的分類有個大概認知。QFN屬于傳統封裝形式，盤一條線的成本比FCBGA以及近幾年大火的2.5D及3D封裝要低很多。另外QFN與DIP、SOP、SOT、TO、TOP等傳統封裝形式相比引腳更多，產品功能更為復雜，顯的也更高端。從圖2中就可以看出QFN相對其它傳統封裝形式出現較晚。QFN產品適用場景廣泛，國內材料及設備配套齊全，實乃前期入門級投資首選。QFN的優勢有體積小、重量輕、散熱性好、電性能好、可靠性好。我們以32引腳QFN與傳統的28引腳PLCC封裝相比較為例，面積（5mm×5mm）縮小了84%，厚度（0.9mm）降低了80%，重量（0.06g）減輕了95%，電子封裝寄生效應也提升了50%，所以非常適合應用在手機、數碼相機、PDA以及其他便攜小型電子設備的高密度印刷電路板上。
圖1，來自Yole 2022年報告
圖2，不同封裝產品發明時間軸
QFN生產流程參考圖3，但是圖3有一些內容與實際并不一定相符。如果除去晶圓切割等后道相關及一些特殊處理外，最常見的工藝流程從固晶（DIE Bound）->固化以固定晶粒與框架（Curing）->打線（Wire Bound）->塑封（Molding）->去溢料->電鍍（Plate）->切割（Dicing）->測試（Test）->分選打包(Packing)。我們接下來盤點一下每道工藝：
圖3，QFN封裝流程
- 1. ????? 固晶（DIE Bound）: 第一步在框架上噴涂銀漿，然后將晶粒放于銀漿覆蓋的指定框架區域。固晶機國內外設備商眾多，挑選固晶機最重要的一點是看貼裝精度。晶粒固定不正，對后面的打線就會造成影響。因此，晶粒要貼正，打線的工藝冗余量大，最終產品質量才有保障。國內設備精度基本都可以達到+-25um，旋轉控制在+-2度以內。通常可支持6寸及8寸的晶圓。不過，應該也很少有晶圓廠家用12寸晶圓來制作QFN的晶粒。固晶機本身也分為冷晶機和熱晶機，QFN一般用冷晶機。冷晶機和熱晶機主要差別在于冷晶機的固化步驟是通過后續固化爐固化，而熱晶機是在固晶機上完成固化。當然，點膠的步驟都是在固晶機上完成的。
圖4固晶機工作原理
圖5 康強電子提供的QFN框架
- 2. ????? 固化（Curing）: 目的是將第一步固晶流程中的銀漿固化，從而將晶粒與框架固定。為第三步打線做好準備。固化的核心是要在氮氣環境下完成，溫控必須精準。比如華天科技的產品程控厭氧潔凈烘箱其爐腔內有9個測溫點，溫度差異根據設定溫度不同可以控制在1度到1.5度內。
- 3. ????? 打線（Wire Bound）:目的是通過引線將晶粒上的PAD與框架連接。打線是固晶步驟后的第二個核心工藝，很多產品缺陷主要來自打線這一工序。從下圖就可以感受到打線工藝的難度。比如QFN64產品，數十根引線需要從指甲蓋那么小的晶粒上引出，引線與引線的間距可能小至35微米，引線高度也有嚴格要求。所以打線機的選擇除了精度外，還要考慮線弧高度、長度、擺幅等控制。由于該工藝復雜程度高，設備自檢及實時監控等也至關重要。
圖6 Wire Bound實物圖
- 4. ????? 塑封（Molding）：塑封就是將打好引線的產品通過注塑模具用環氧樹脂將產品封住，只露出引腳。在力學方面保護連接好的引線和晶粒，在化學方面起到隔絕空氣和水分的作用，延長產品使用壽命。塑封的核心是模具，國內模具制造商較為成熟，選一家靠譜的模具制造商是塑封工藝良率的保障。
圖7，黑色部分為塑封體，成品由塑封體全覆蓋，僅露出引腳
- 5. ????? 去溢料：主要是去除塑封產生的邊角料。該工藝的核心是去溢料產線化學品管理，異味控制，溫度，水壓等控制。圖8為溢料缺陷。
圖8，塑封溢料/毛邊/溢膠引自摩爾芯球速芯微專欄 《塑封溢膠改善》
- 6. ????? 切割(Dicing)：因為到直到這一步，我們的產品還都是以框架為單位，只有通過切割才形成獨立的個體。框架的切割和晶圓切割類似，設備供應商也基本通用。
圖9，和研科技精密切割機宣傳照片
- 7. ????? 測試（TEST）：測試環節看著沒有增加實質內容，從LEAN的角度講，是沒有任何附加值的步驟。但是，測試又必不可少。沒有測試的產品可能有短路的風險，下游SMT的用戶直接將短路的產品貼裝到主板上很可能會直接將主板燒壞。而且其它功能缺陷也必須通過測試環境進行檢測。測試還起到及時發現前道問題的職責。
圖10，長川科技測試機
- 8. ????? 分選打包(Packing)：根據測試結果，將產品進行分選，將合格產品放入載帶或其它形式的包裝中。不要小看這個環節，在筆者之前工作過的公司，這個環節設備數量大，產量安排難度大，設備穩定性不高，從而導致大量產品堆積在該站點。
最后，我們談談選條國產QFN線的可行性。答案是肯定的，隨著QFN產品的大量普及，國內圍繞QFN等產品的設備供應商可選范圍非常大。不過各家的真實水平還需要大家仔細考察，最好能去其供應的封裝廠實地走訪。走訪時也特別注意產品類型、良率、應用場景對可靠性的要求等是否匹配，可能同一個機型生產他人的產品沒任何問題，但是搬到你自己的工廠則有各種各樣的問題
原文始發于微信公眾號（艾邦半導體網）：半導體封裝之“盤”它一條國產QFN封測線！