芯片晶圆封装石墨治具完整制作工艺

芯片晶圆封装石墨治具完整制作工艺

说明：石墨坯料是上游材料厂生产；石墨治具厂主要做选料、下料、CNC精密加工、表面处理、清洗、检测。半导体晶圆封装治具主流选用高纯细晶等静压石墨（高纯度、各向同性、孔隙低，减少碳粉污染芯片）

图纸评审与材料选型

1. 根据客户晶圆/芯片尺寸、共晶/烧结工艺、炉型，做治具结构设计：定位型腔、台阶、泄压槽、定位销孔、避让槽；

2. 材料选型：普通封装选用细晶等静压石墨；高端芯片、低粉尘要求，选用超高纯石墨，后续增加 CVD-SiC涂层；

3. 材料进厂检验：纯度、密度、晶粒尺寸、孔隙率，排查内部裂纹、气孔。

下料粗割

从大块石墨方料，按毛坯余量用金刚石锯切割成石墨坯板，预留0.3~0.8mm加工余量；

去除锯切毛刺，吹扫石墨粉尘，初步外观检查有无崩缺。

CNC粗加工

石墨专用高速CNC加工中心，金刚石刀具，负压吸尘：

铣外形、基准面、型腔轮廓，快速去除大部分余量；

型腔、多孔阵列、台阶槽留0.05~0.1mm精加工余量；

加工泄压通气槽，方便烧结时助焊剂挥发物排出。

精加工（核心工序，决定精度）

高速微铣，小直径刀具加工微米级定位腔、微孔、台阶定位面：

平面度、平行度、型腔尺寸公差一般控制在±0.005~±0.02mm；

多腔阵列保证每个型腔位置度一致，避免芯片定位偏移；

完成后去毛刺，轻修边角，严禁崩边崩孔；

石墨材质脆，精加工对刀具、转速、吸尘要求很高，防止石墨粉尘残留在型腔。

表面处理（可选，高端产品必做）

方案A：普通石墨治具（无涂层）

超声波清洗+高纯氮气吹扫，去除型腔内部微粉，烘干。用于普通二极管、功率芯片烧结。

方案B：CVD-SiC碳化硅涂层（高端晶圆共晶、MEMS、IGBT）

化学气相沉积CVD工艺，1100~1350℃真空炉内沉积5~20μm致密SiC层SGL Carbon：

在石墨表面生成一层无孔隙碳化硅保护层；

作用：隔绝石墨基体，杜绝碳粉脱落污染芯片；提升抗氧化能力、耐磨，延长治具循环寿命；

涂层完成后，部分产品需要二次精磨找平，保证型腔尺寸精度。

深度清洗、洁净处理

1. 超声波多道清洗，配合纯水/高纯溶剂，把型腔内部细微石墨粉末彻底清出；

2. 热风/氮气烘干；

3. 洁净室存放，避免二次沾污。

7. 全尺寸检测+品质检验

三坐标测量仪：检测型腔尺寸、位置度、平面度、平行度；

显微镜：检查型腔内壁、边角崩缺、划痕；

外观全检；SiC涂层件增加涂层厚度、针孔检测；

出具检测报告，合格后包装出货。

8. 试配验证（可选增值工序）

部分客户需要试装晶圆/基板，做试装验证，确认芯片放入顺畅、无卡料、无刮伤。

工艺要点总结

核心难点：多孔阵列微米级精密加工+控粉尘，晶圆封装最怕碳粉掉在芯片表面造成器件漏电/不良；

无涂层石墨：成本低，适合中小批量；缺点：反复高温会缓慢掉粉；

CVD-SiC涂层石墨：成本更高，低粉尘、抗氧化，高端晶圆共晶焊首选。