1、半导体器件封装,1电子封装概论 2集成电路与封装的发展趋势 3芯片封装类型 4芯片封装的衬底材料,续,5封装中的连接工艺 6焊料 7封装材料 8印刷电路板,封装的主要目的,电力传送。 讯号输送。 散热。 电路保护。,封装的定义,指安装半导体集成电路芯片用的外壳，通过芯片上的接点连接到封装外壳上的引脚上，这些引脚又通过印刷电路板上的插槽与其他器件相接，他起着安装、固定、密封、保护芯片及增强电热性能等方面的作用。,2电子封装概论,一级封装器件封装 二级封装电路板封装 高密度器件封装 芯片直接贴装于印刷电路板 电子封装的发展趋势,封装技术简介,回顾“集成电路封装技术 ”发展历史 70年代 Dual
2、In-line Packag (DIP) 80年代 Surface Mount Technology (SMT)Leadless Ceramic Chip Carrier (LCCC)Plastic Leaded Chip Carrier (PLCC)Small Outline Package (SOP)Plastic Quad Flat Package (PQFP) 90年代 Ball Grid Array (BGA)Direct Chip Attach (DCA)Chip Scale Package (CSP)Multi Chip Modulus(MCM),DIP QFP PGA BGA
3、CSP MCM 朝着高密度、高性能、高可靠性、小尺寸及低价格方向发展,BGA封装技术特点,高封装密度和工艺上易于实现，产量较高。更多的引脚数，较小的安装面积，更低的安装高度，较大的引脚间距。 良好的散热性能，更好的电气性能，如寄生参数减小，信号传输延迟小，使用频率大大提高。 BGA具有较高的可靠性高，封装效率，成本低。 缺点是占用基板面积过大，检测困难，返修时难度大，部分BGA封装对潮湿非常敏感等。,BGA的分类,通常的BGA是由芯腔、基座、引线、封盖和引脚等组成。根据芯腔的放置、引脚的排列，基座的材料和密封方式的不同，BGA的封装结构也不同，大体分类如下： 按芯腔的放置有：芯腔朝上形和芯腔朝
4、下型。 按基座的材料分类有：塑料（PBGA）、陶瓷（CBGA）、有机带（TBGA）、陶瓷柱（CBGA）。,按引线分类有：焊球均匀全分布焊球阵列、焊球交错全分布球焊阵列、焊球周边分布球焊阵列、带中心散热和接地面的焊球周边分布球焊阵列等。,90年代初日本和美国继续小型化的研究和开发1994年研究成功超小型BGA，叫做 BGA，端子间距为0.5mm。是一种接近芯片尺寸的超小型封装，把它叫做芯片规模封装，简称CSP。,CSP技术封装特点,封装面积不大于1.2倍芯片尺寸的一种封装形式。 封装面积缩小到BGA的1/4至1/10，延迟时间缩小到极限。 提高三倍的I/O端口密度。 CSP技术易于控制、测试、返
5、修，与SMT技术兼容。 它给高性能、低成本、微型化及高密度封装带来希望。,典型结构,1 薄膜型CSP 2 LOC型CSP（lead on chip） 3 T-BGA型CSP 4 F/C BGA型CSP,LOC (lead on chip) 引线接管,T-BGA(UBGA),薄膜型CSP剖示图,F/C BGA型,依设计、材料、应用等特性可概略分为四种： 1 引线框型（Lead frame） 2 柔性基板型（Flex） 3 硬质基板型（Rigid） 4圆片级型（Wafer level）,MCM封装技术特点,封装密度高， 高频性能好， 解决了可靠性和系统噪声控制问题。MCM有三种基本类型： 多层板M
6、CM(MCM-L)、厚膜技术陶瓷板MCM(MCM-C) 和薄膜技术绝缘板MCM(MCM-D)。,类型,按外壳材料分 陶瓷封装 塑料封装 金属封装 玻璃封装等 按引脚方式分， 单列式封装 双列式封装 针栅阵列封装 四边引线封装等,高密度封装器件,芯片尺度封装(CSP) 球栅阵列(BGA) 多芯片封装,芯片直接贴装于印刷电路板,芯片贴装于印刷电路板(COB，chip-on-board)或芯片直接贴装(DCA,direct chip attachment)技术 印刷电路板贴片芯片(COB) 玻璃板贴装芯片(COG，chip-on-glass) 倒装焊（FCOB, flip-chip on board
7、）,半导体封装工艺,1晶片减薄（wafer back grinding）（前道）,2 贴膜(wafer mount),3 芯片切割(wafer sawing),4 贴片(die attaching),5 金线键合(wire bonding),6 注塑成型(molding)（后道工序）,7 贴装焊球(solder ball attaching),8 产品切割(package sawing),9 产品 (product),芯片封装的封底材料,管座 引线框架 玻璃和陶瓷片,管座材料： 一般是以一系列Fe/Ni为基的铁镍钴合金（kovar）。其缺点是电阻相当高，而且热传导性均比金或铝底得多，适合与要求
8、不高的电子封装系统，其优点是kovar合金和玻璃间的优良密封性。,引线框架： 青铜和磷铜之类的铜合金，具有高的热和电的热和电的传导性对封装件性能可有显著改善。,氧化铝陶瓷衬底： 机械强度高和化学性能稳定性好，但其缺点有：热膨胀系数高，热传导率底以及介电常数高，它会导致高频信号的电容损失。,玻璃： 玻璃具有优异的光滑性和热膨胀系数可节的优点；然而大部分玻璃具有显著的易脆性，并且它们易与湿气发生反应，在表面形成可动的离子性物质，导致高的表面导电率，正是玻璃具有这些缺点，所以在选择高性能电学封装衬底时，通常不采用玻璃衬底。,塑封材料,1 聚合物材料： 优点是绝缘性能好，缺点是热膨胀系数高，因为一般环
9、氧树脂的热膨胀系数是硅和砷化镓的5-10倍。环氧树脂的固化温度通常在150度以上，在从固化温度冷却下来期间，环氧树脂的收缩要比其他部件厉害得多，产生明显的应变，并且可能会导致引线损坏，甚至会使芯片表面上软的铝合金导轨产生变形。,2 玻璃材料： 优点是绝缘性能好。玻璃封装的主要缺点是温度高，因为玻璃需要高温降低其黏度才能适用于浇注。此外，高温下的玻璃经常会释放出如Na2O和K2O之类的挥发性氧化物，这些钠和钾离子会加快铝接触导轨上的腐蚀过程。,电子封装中接触界面上可能形成的键合类型,两种类型：范德华键和化学键。 当两种材料接触时，产生范德华力，这种力相对较弱，仅由范德华静电引力，要获得具有相当机
10、械强度的连接是不可能的。例如：金属导线和焊盘之间的金属键，玻璃与金属氧化物或陶瓷间的离子键要比范德华键强得多。而在陶瓷与聚合物之间没有MO之类键可形成，而是靠范德华力结合在一起，,芯片与封装衬底的连接,背面焊技术（back bonding) 线焊技术（wire bonding) 载带焊技术（tape bonding)倒装焊技术(flip chip bonding,FCB) 梁式引线焊技术（beam lead),背面焊,大约有50um厚的焊料盘放在封装衬底表面的金属焊盘上，再把芯片背面放在焊盘上面。然后，在焊料的熔点以上进行热循环，将芯片与衬底紧密粘合。,线焊技术,它是将一根非常细的金属导线焊接
11、在芯片表面的金属化层上，然后将导线的另一端焊接在与外界连接的金属管脚上。,载带焊技术,可替代线焊的技术，载带是指互连过程实际使用的连接介质。其优点可一次同时完成与芯片表面所有相同的引线焊接。,倒装焊：,采用焊球作为互连媒介，将焊球直接制作在芯片上，在封装衬底上制作出相应的焊点图形（焊盘），芯片工作面向下将焊球与衬底焊盘对准后，所有焊接可以一次完成，是采用焊盘在芯片和衬底之间形成电学和机械连接，倒装焊焊球是直接完成芯片和封装间的电连接，实现了芯片和封装间最短的电连接通路。,芯片裸装技术-带式自动组装技术,梁式引线焊接,是将较粗的接触引线直接固定在芯片表面的焊盘上。这些接触梁是从芯片工作中心区延伸
12、到芯片边缘，然后用化学腐蚀把芯片的边缘腐蚀掉，留下了从芯片表面延伸出去的接触梁，这些接触梁与衬底接触盘相连接。,印刷电路板,印制电路板是一种附着于绝缘基材表面，用于连接电子元器件的导电图形PCB。 基板材料：有机和无机两大类 无机：陶瓷基板材料 ，90%氧化铝， 氧化铍（金属卤化物）具有良好的电绝缘性能和优异的热导性，用于高功率密度电路的基板,无机材料： 陶瓷基板材料 ，90%氧化铝，氧化铍（金属卤化物）具有良好的电绝缘性能和优异的热导性，用于高功率密度电路的基板；用于厚、薄膜混合集成电路，多芯片微组装中。CTE可以和LCCC外客的CTE相匹配；耐高温，化学稳定性好的特点。,有机材料： 环氧玻璃纤维电路基板 CTE是氧化铝的2倍 Kevlar可降低CTE,印制电路板的设计,系统概况电路设计元件选择基板选择（材料）工艺选择电路板布线设计。,基板选择,1电路块的划分：电路各部分的功能划分；模拟和数字电路划分；高频（屏蔽）和中、低频电路划分；大功率电路和其他电路隔开（散热）；减少电路噪声干扰。 2电路板的尺寸和形状,布线设计,1线宽和线距 2焊盘、导通孔 3布线设计,印制电路板的制造,1照相底版 2丝网印刷 3腐蚀 4机械加工 5预涂助焊剂,
