1、半导体器件封装,电子系 苏艺菁 2011年9月,教 材,集成电路芯片封装技术 主 编：李可为 单 位：电子工业出版社 主 页：http:/,教学目标,了解集成电路芯片封装技术的基本原理,熟知集成电路芯片封装的工艺流程,掌握集成电路芯片封装的主要工艺技术,了解IC芯片先进封装技术的现状和发展趋势,主要参考资料,（1）林明祥.集成电路制造工艺.北京：机械工业出版社, 2005，9 （2）周良知.微电子器件封装. 北京：化学工业出版社, 2006 （3）吴德馨.现代微电子技术. 北京：化学工业出版社, 2001 （4）陈力俊.微电子材料与工程. 上海：复旦大学出版社, 2005,考核方式,平时成绩（
2、40%）+ 论文一篇（60%）,=学期成绩,平时成绩=出勤+作业,1、集成电路芯片封装与微电子封装,课程引入与主要内容,2、芯片封装技术涉及领域及功能,3、封装技术层次与分类,微电子封装技术=集成电路芯片封装技术,目 录,封装技术的概念,芯片封装设计的技术领域,微电子封装的功能及影响因素,微电子封装技术的技术层次及分类,微电子封装技术的演变,微电子封装技术的发展趋势,微电子封装技术发展对封装的要求,封装技术的概念,微电子封装：A Bridge from IC to System,微电子封装的概念,狭义：芯片级 IC Packaging 薄膜技术和微细加工技术 广义：芯片级+系统级：封装工程,电
3、子封装工程：将基板、芯片封装体和分立器件等要素，按电子整机要求进行连接和装配，实现一定电气、物理性能，转变为具有整机或系统形式的整机装置或设备。,微电子封装过程=电子整机制作流程,芯片封装涉及的技术领域, 芯片封装技术涉及物理、化学、化工、材料、机械、电气与自动化等学科。所涉及材料包括金属、陶瓷、玻璃和高分子材料等。芯片封装技术整合了电子产品的电气特性、热特性、可靠性、材料与工艺应用和成本价格等因素，是以获得综合性能最优化为目的的工程技术。,封装涉及的技术领域,微电子封装的功能,1、电源分配：传递电能-配给合理、减少电压损耗,2、信号分配：减少信号延迟和串扰、缩短传递线路,3、提供散热途径：散
4、热材料与散热方式选择,微电子封装的功能,4、机械支撑：结构保护与支持,5、环境保护：抵抗外界恶劣环境（例：军工产品）,确定封装要求的影响因素,成本,外形与结构,产品可靠性,性能,类比：人体器官的构成与实现,电路在最佳性能指标下的最低价格,机械冲击、温度循环、加速度机械强度,微电子封装技术的技术层次,第一层次：零级封装-芯片互连级（CLP）,第二层次：一级封装SCM 与MCM（Single/Multi Chip Module）,第三层次：二级封装 组装成SubsystemCOB（Chip on Board）和元器件安装在基板上,第四层次：三级微电子封装电子整机系统构建,微电子封装技术分级,三维（
5、3D）封装技术,传统二维封装基础上向三维z方向发展的封装技术。,实现三维封装的方法： 【1】 埋置型元器件埋置或芯片嵌入 【2】 有源基板半导体材料做基板Wafer Scale Integration 【3】叠层法将多个裸芯片或封装芯片在垂直方向上互连抑或是MCM叠层：散热与基板选择,封装的分类,按封装中组合IC芯片数目分：SCP（单芯片封装）和MCP（多芯片。包括MCM),按密封材料分：陶瓷封装和高分子材料封装（塑封）,按器件与电路板互连方式分：引脚插入型（PTH）和表面贴装型（SMT）,按引脚分布形态分：单边、双边、四边和底部引脚常见： SIP、DIP、SOP、QFP、MCP、PGA,封装
6、型式的发展,发展方向：轻、薄、短、小,DIPSDIPSKDIP（双列式） SOPTSPUTSOP（小型-薄型-超薄型） PGABGA（点阵列式-球栅阵列式） Lead on Chip：芯片上引线封装,封装技术与封装材料,例：陶瓷封装与塑料封装均可制作DIP与BGA类芯片，但两类芯片的可靠性和成本不同。,封装形态、封装工艺、封装材料由产品的电特性、导热性能、可靠性需求、材料工艺技术和成本价格等因素决定。封装形态与封装工艺技术、封装材料之间不是一一对应关系。,封装材料,芯片封装所采用的材料主要包括金属、陶瓷、高分子聚合物材料等。,问题：如何进行材料选择？,依据材料的电热性质、热-机械可靠性、技术和
7、工艺成熟度、材料成本和供应等因素。 表1.2-表1.4,介电系数：表征材料绝缘程度的比例常数，相对值，通常介电系数大于1的材料通常认为是绝缘材料。 热膨胀系数（CTE Coefficient of expansion ） 物体由于温度改变而有胀缩现象，等压条件下，单位温度变所导致的体积变化，即热膨胀系数表示。 介电强度：是一种材料作为绝缘体时的电强度的量度。定义为试样被击穿时， 单位厚度承受的最大电压。物质的介电强度越大， 它作为绝缘体的质量越好。,封装材料性能参数,W/S,Laptop,Cellular,SMART “Watch” & Bio-sensor,电子整机的发展趋势,微电子封装技术
8、的演变,Past Bulky components Bulky systems,Current Thinfilm components Miniaturized modules,Future Embedded components Packagesized systems,微电子封装技术的演变,庞大,薄、微型化,嵌入式,微电子封装技术的演变,微电子封装技术的演变,微电子封装技术发展的驱动力,一、IC发展对微电子封装的推动,IC发展水平的标志：集成度和特征尺寸 IC发展方向：大芯片尺寸、高集成度、小特征尺寸和高I/O数。,二、电子整机发展对微电子封装的拉动,电子整机的高性能、多功能、小型化和便携
9、化、低成本、高可靠性要求促使微电子封装由插装向贴装发展，并持续向薄型、超薄型、窄节距发展，进一步由窄节距四边引脚向面阵列引脚发展。,微电子封装技术发展的驱动力,三、市场发展对微电子封装的驱动,“吞金业”向“产金业”转变,产品性价比要求不断提升、电子产品更新加速剧烈,电子产品更新加速剧烈,驱动微电子封装技术发展的是整个微电子技术产业,微电子封装技术的发展趋势,一、微电子产业在曲折中迅速发展“硅周期”世界电子元器件行业的生产、销售和效益出现的高峰和低谷交替周期性（4-5年）波动。生产电子元器件企业的国际化程度越高，受“硅周期”影响越深。,“道路是曲折的，前途是光明的”,微电子封装的发展趋势,二、国
10、际半导体技术发展路线和“摩尔定律”,“摩尔定律”：集成电路特征尺寸每三年缩小1/3，集成度（即DRAM单个芯片上的晶体管数）每两年增加一倍。1965年，戈登摩尔（Gordon Moore）,当前，集成电路技术仍按照摩尔定律发展。,一、芯片尺寸越来越大：片上功能的增加，实现芯片系统。,二、工作频率越来越高运算速度的提高，提高了对封装技术的要求。,三、发热量日趋增大途径：降低电源电压；增加散热通道（成本与重量）,四、引脚数越来越多造成单边引脚间距缩短。,微电子封装的发展趋势-IC发展趋势,一、封装尺寸小型化（更轻和更薄）超小型芯片封装形式的出现顺应了电子产品的轻薄短小的发展趋势。,解决办法：新型封
11、装型式和微纳技术的采用。获得芯片尺寸的最小化：IC芯片尺寸最小化？,圆片级封装技术（WLP）：使封装完成后的IC芯片尺寸尽可能接近圆片级裸芯片尺寸，,微电子技术发展对封装的要求,二、适应更高得散热和电性能要求,1、IC功能集成度增大，功耗增加，封装热阻增大 2、电信号延迟和串扰等现象严重,解决途径： 1、降低芯片功耗：双极型-PMOS-CMOS-？ 2、增加材料的热导率：成本,微电子技术发展对封装的要求,三、集成度提高 适应大芯片要求,热膨胀系数（CTE）失配热应力和热变形,解决途径： 1、采用低应力贴片材料：使大尺寸IC采用CTE接近Si的陶瓷材料，但目前环氧树脂封装仍为主流 2、采用应力低
12、传递模压树脂 消除封装过程中的热应力和残留应力。 3、采用低应力液态密封树脂,微电子技术发展对封装的要求,四、高密度化和高引脚数,高密度和高I/O数造成单边引脚间距缩短、封装难度加大：焊接时产生短路、引脚稳定性差,解决途径： 采用BGA技术和TCP（载带）技术 成本高、难以进行外观检查等。,微电子技术发展对封装的要求,五、适应恶劣环境 密封材料分解造成IC芯片键合结合处开裂、断路 解决办法：寻找密封替代材料,六、适应高可靠性要求军工、空间电子产品的高稳定要求。,七、考虑环保要求 无铅产品的使用克服了铅污染，但是对焊接温度和封装耐热性提出了更高要求,芯片可返修性、低成本,微电子技术发展对封装的要
13、求,微电子封装技术的发展特点,微电子封装向高密度和高I/O引脚数发展，引脚由四引出向面阵列发展。,微电子封装向表面安装式封装（SMP）发展，适应表面贴装技术（SMT）,从陶瓷封装向塑料封装发展,从注重发展IC芯片向先发展后道封装再发展芯片转移,国内微电子封装产业的发展现状,高起点、微电子封装技术产业链构建迅速,封装技术发展快速与封装材料业发展落后并存,封装技术发展快速与封装材料业发展落后并存,一、写出下列封装形式英文缩写对应的英文全写和中文名称。DIP、FBGA、QFP、WLP、CSP、LGA、CLCC、SOP、PGA、MCM、SIP、SOJ,二、简述芯片封装实现的五种主要功能。,三、试述封装工程技术的划分层次和各层次得到的相应封装产品类别。,四、简述微电子技术发展对封装的要求。,课后作业（20110908）,
