微电子封装工艺的发展

微电子封装工艺的发展
微电子封装工艺的发展

微电子封装技术的发展

一、封装技术的发展

从80年代中后期,开始电子产品正朝着便携式、小型化、网络化和多媒体化方向发展,这种市场需求对电路组装技术提出了相应的要求,单位体积信息的提高(高密度)和单位时间处理速度的提高(高速化)成为促进微电子封装技术发展的重要因素。

1.1 片式元件:小型化、高性能

片式元件是应用最早、产量最大的表面组装元件。它主要有以厚薄膜工艺制造的片式电阻器和以多层厚膜共烧工艺制造的片式独石电容器,这是开发和应用最早和最广泛的片式元件。随着工业和消费类电子产品市场对电子设备小型化、高性能、高可靠性、安全性和电磁兼容性的需求,对电子电路性能不断地提出新的要求,片式元件进一步向小型化、多层化、大容量化、耐高压、集成化和高性能化方向发展。在铝电解电容和钽电解电容片式化后,现在高Q值、耐高温、低失真的高性能MLCC已投放市场;介质厚度为10um的电容器已商品化,层数高达100层之多;出现了片式多层压敏和热敏电阻,片式多层电感器,片式多层扼流线圈,片式多层变压器和各种片式多层复合元件;在小型化方面,规格尺寸从3216→2125→1608→1005发展,目前最新出现的是0603(长0.6mm,宽0.3mm),体积缩小为原来的0.88%。集成化是片式元件未来的另一个发展趋势,它能减少组装焊点数目和提高组装密度,集成化的元件可使Si效率(芯片面积/基板面积)达到80%以上,并能有效地提高电路性能。由于不在电路板上安装大量的分立元件,从而可极大地解决焊点失效引起的问题。

1.2 芯片封装技术:追随IC的发展而发展

数十年来,芯片封装技术一直追随着IC的发展而发展,一代IC就有相应一代的封装技术相配合,而SMT的发展,更加促进芯片封装技术不断达到新的水平。六七十年代的中、小规模IC,曾大量使用TO型封装,后来又开发出DIP、PDIP,并成为这个时期的主导产品形式。八十年代出现了SMT,相应的IC封装形式开发出适于表面贴装短引线或无引线的LCCC、PLCC、SOP等结构。在此基础上,经十多年研制开发的QFP不但解决了LSI的封装问题,而且适于使用SMT在PCB或其他基板上表面贴装,使QFP终于成为SMT主导电子产品并延续至今。为了适应电路组装密度的进一步提高,QFP的引脚间距目前已从1.27mm发展到了0.3mm 。由于引脚间距不断缩小,I/O数不断增加,封装体积也不断加大,给电路组装生产带来了许多困难,导致成品率下降和组装成本的提高。另一方面由于受器件引脚框架加工精度等制造技术的限制0.3mm已是QFP引脚间距的极限,这都限制了组装密度的提高。于是一种先进的芯片封装BGA(Ball Grid Array)应运而生,BGA是球栅阵列的英文缩写,它的I/O端子以圆形或柱状焊点按阵列形式分布在封装下面,引线间距大,引线长度短。BGA技术的优点是可增加I/O数和间距,消除QFP技术的高I/O数带来的生产成本和可靠性问题。 BGA的兴起和发展尽管解决了QFP面临的困难,但它仍然不能满足电子产品向更加小型、更多功能、更高可靠性对电路组件的要求,也不能满足硅集成技术发展对进一步提高封装效率和进一步接近芯片本征传输速率的要求,所以更新的封装CSP(Chip Size Package)又出现了,它的英文含义是封装尺寸与裸芯片相同或封装尺寸比裸芯片稍大。日本电子工业协会对CSP规定是芯片面积与封装尺寸面积之比大于80%。CSP与BGA结构基本一样,只是锡球直径和球中心距缩小了、更薄了,这样在相同封装尺寸时可有更多的I/O数,使组装密度进一步提高,可以说CSP是缩小了的BGA。 CSP之所以受到极大关注,是由于它提供了比BGA更高的组装密度,而比采用倒装片的板极组装密度低。但是它的组装工艺却不像倒装片那么复杂,没有倒装片的裸芯片处理问题,基本上与SMT的组装工艺相一致,并且可以像SMT那样进行预测和返工。正是由于这些无法比拟的优点,才使CSP得以迅速发展并进入实用化阶段。目前日本有多家公司生产CSP,而且正越来越多地应用于移动电话、数码录像机、笔记本电脑等产品

上。从CSP近几年的发展趋势来看,CSP将取代QFP成为高I/O端子IC封装的主流。

为了最终接近IC本征传输速度,满足更高密度、更高功能和高可靠性的电路组装的要求,还必须发展裸芯片(Bare chip)技术。裸芯片技术有两种主要形式:一种是COB技术,另一种是倒装片技术(Flip chip) 。 COB技术用COB技术封装的裸芯片是芯片主体和I/O端子在晶体上方,在焊接时将此裸芯片用导电/导热胶粘接在PCB上,凝固后,用Bonder 机将金属丝(Al或Au)在超声、热压的作用下,分别连接在芯片的I/O端子焊区和PCB相对应的焊盘上,测试合格后,再封上树脂胶。与其它封装技术相比,COB技术有以下优点:价格低廉;节约空间;工艺成熟。COB技术也存在不足,即需要另配焊接机及封装机,有时速度跟不上;PCB贴片对环境要求更为严格;无法维修等。 Flip chip 技术 Flip chip,又称为倒装片,与COB相比,芯片结构和I/O端(锡球)方向朝下,由于I/O引出端分布于整个芯片表面,故在封装密度和处理速度上Flip chip已达到顶峰,特别是它可以采用类似SMT技术的手段来加工,故是芯片封装技术及高密度安装的最终方向。90年代,该技术已在多种行业的电子产品中加以推广,特别是用于便携式的通信设备中。裸芯片技术是当今最先进的微电子封装技术。随着电子产品体积的进一步缩小,裸芯片的应用将会越来越广泛。从1997年以来裸芯片的年增长率已达到30%之多,发展较为迅速的裸芯片应用包括计算机的相关部件,如微处理器、高速内存和硬盘驱动器等。除此之外,一些便携式设备,如电话机和传呼机,也可望于近期大量使用这一先进的半导体封装技术。最终所有的消费电子产品由于对高性能的要求和小型化的发展趋势,也将大量使用裸芯片技术。元器件的缩小则可以大大推进电子产品体积的缩小,以移动电话为例,90年代重220g,而现在最轻的已达57克,可以很容易地放进上衣口袋里。

1.3 微组装:新一代组装技术

微组装技术是90年代以来在半导体集成电路技术、混合集成电路技术和表面组装技术(SMT)的基础上发展起来的新一代电子组装技术。微组装技术是在高密度多层互连基板上,采用微焊接和封装工艺组装各种微型化片式元器件和半导体集成电路芯片,形成高密度、高速度、高可靠的三维立体机构的高级微电子组件的技术。多芯片组件(MCM)就是当前微组装技术的代表产品。它将多个集成电路芯片和其他片式元器件组装在一块高密度多层互连基板上,然后封装在外壳内,是电路组件功能实现系统级的基础。MCM采用DCA(裸芯片直接安装技术)或CSP,使电路图形线宽达到几微米到几十微米的等级。在MCM的基础上设计与外部电路连接的扁平引线,间距为0.5mm,把几块MCM借助SMT组装在普通的PCB上就实现了系统或系统的功能。当前MCM已发展到叠装的三维电子封装(3D),即在二维X、Y平面电子封装(2D)MCM基础上,向Z方向,即空间发展的高密度电子封装技术,实现3D,不但使电子产品密度更高,也使其功能更多,传输速度更快,性能更好,可靠性更好,而电子系统相对成本却更低。对MCM发展影响最大的莫过于IC芯片。因为MCM高成品率要求各类IC芯片都是良好的芯片(KGD),而裸芯片无论是生产厂家还是使用者都难以全面测试老化筛选,给组装MCM带来了不确定因素。 CSP的出现解决了KGD问题,CSP不但具有裸芯片的优点,还可像普通芯片一样进行测试老化筛选,使MCM的成品率才有保证,大大促进了MCM的发展和推广应用。

二、封装技术封的种类

自二十世纪几十年代以来迅速发展的新型微电子封装技术,包括寒秋阵列封装(BGA)、芯片尺寸封装(CSP)、原片级封装(WLP)、三位封装(3D)和系统封装(SIP)等项技术。

2.1焊球阵列封装(BGA)

阵列封装(BGA)是世界上九十年代初发展起来的一种新型封装。

这种BGA的突出的优点:①电性能更好:BGA用焊球代替引线,引出路径短,减少了引脚延迟、电阻、电容和电感;②封装密度更高;由于焊球是整个平面排列,因此对于同样面积,

引脚数更高。例如边长为31mm的BGA,当焊球节距为1mm时有900只引脚,相比之下,边长为32mm,引脚节距为0.5mm的QFP只有208只引脚;③BGA的节距为1.5mm、1.27mm、1.0mm、0.8mm、0.65mm和0.5mm,与现有的表面安装工艺和设备完全相容,安装更可靠;④由于焊料熔化时的表面张力具有"自对准"效应,避免了传统封装引线变形的损失,大大提高了组装成品率;⑤BGA引脚牢固,转运方便;⑥焊球引出形式同样适用于多芯片组件和系统封装。因此,BGA得到爆炸性的发展。BGA因基板材料不同而有塑料焊球阵列封装(PBGA),陶瓷焊球阵列封装(CBGA),载带焊球阵列封装(TBGA),带散热器焊球阵列封装(EBGA),金属焊球阵列封装(MBGA),还有倒装芯片焊球阵列封装(FCBGA。PQFP可应用于表面安装,这是它的主要优点。但是当PQFP的引线节距达到0.5mm时,它的组装技术的复杂性将会增加。所以PQFP一般用于较低引线数(208条)和较小的封装休尺寸(28mm见方)。因此,在引线数大于200条以上和封装体尺寸超过28mm见方的应用中,BGA封装取代PQFP是必然的。在以上几类BGA封装中,FCBGA最有·希望成为发展最快的BGA封装,我们不妨以它为例,叙述BGA的工艺技术和材料。FCBGA除了具有BGA的所有优点以外,还具有:①热性能优良,芯片背面可安装散热器;

②可靠性高,由于芯片下填料的作用,使FCBGA抗疲劳寿命大大增强;③可返修性强。FCBGA所涉及的关键技术包括芯片凸点制作技术、倒装芯片焊接技术、多层印制板制作技术(包括多层陶瓷基板和BT树脂基板)、芯片底部填充技术、焊球附接技术、散热板附接技术等。它所涉及的封装材料主要包括以下几类。凸点材料:Au、PbSn和AuSn等;凸点下金属化材料:Al/Niv/Cu、Ti/Ni/Cu或Ti/W/Au;焊接材料:PbSn焊料、无铅焊料;多层基板材料:高温共烧陶瓷基板(HTCC)、低温共烧陶瓷基板(LTCC)、BT树脂基板;底部填充材料:液态树脂;导热胶:硅树脂;散热板:铜。目前,国际上FCBGA的典型系列示于表1。 2.2 芯片尺寸封装(CSP) 芯片尺寸封装(CSP)和BGA是同一时代的产物,是整机小型化、便携化的结果。美国JEDEC给CSP的定义是:LSI芯片封装面积小于或等于LSI芯片面积120%的封装称为CSP。由于许多CSP采用BGA的形式,所以最近两年封装界权威人士认为,焊球节距大于等于lmm的为BGA,小于lmm的为CSP。由于CSP具有更突出的优点:①近似芯片尺寸的超小型封装;②保

三、国内外比较

我国封装技术与国外封装技术的差距所在

(1)封装技术人才严重短缺、缺少制程式改善工具的培训及持续提高培训的经费及手段。(2)先进的封装设备、封装材料及其产业链滞后,配套不拿且质量不稳定。

(3)封装技术研发能力不足,生产工艺程序设计不周伞,可操作性差,执行能力弱。

(4)封装设备维护保养能力欠伟,缺少有经验的维修工程师,且可靠性实验设备不齐全,失效分析(FA)能力不足。

(5)国内封装企业除个别企业外,普遍规模较小,从事低端产品生产的居多,可持续发展能力低,缺乏向高档发展的技术和资金。 (6)缺少团队精神,缺乏流程整合、持续改善、精细管理的精神,缺少现代企业管理的机制和理念。

先进封装在推动更高性能、更低功耗、更低成本和更小形状因子的产品上发挥着至关重要的作用。在芯片-封装协同设计以及为满足各种可靠性要求而使用具成本效益的材料和工艺方面,还存在很多挑战。为满足当前需求并使设备具备高产量大产能的能力,业界还需要在技术和制造方面进行众多的创新研究。在能量效率、医疗护理、公共安全和更多领域,都需要创新的封装解决方案。面对世界蓬勃发展的微电子封装形势,分析我国目前的现状,我们必须深思一些问题。 (1)微电子封装与电子产品密不可分,已经成为制约电子产品乃至系统发展的核心技术,是电子行业先进制造技术之一,谁掌握了它,谁就将掌握电子产品和系统的未来。 (2)微电子封装必须与时俱进才能发展。国际微电子封装的历史证明了这一点。我国微电子封装如何与时俱进?当务之急是研究我国微电子封装的发展战略,制订发

展规划。二是优化我国微电子封装的科研生产体系。三是积极倡导和大力发展属于我国自主知识产权的原创技术。否则,我们将越跟踪越落后。在这一点上,我们可以很好地借鉴韩国和台湾的经验。 (3)高度重视微电子三级封装的垂直集成。我们应该以电子系统为龙头,牵动一级、二级和三级封装,方能占领市场,提高经济效益,不断发展。我们曾倡议把手机和雷达作为技术平台发展我国的微电子封装,就是出于这种考虑。 (4)高度重视不同领域和技术的交叉及融合。不同材料的交叉和融合产生新的材料;不同技术交叉和融合产生新的技术;不同领域的交叉和融合产生新的领域。我们国家已经有了一定的基础,在电子学会,已经有不少分会和机构。技术领域已涉及电子电路、电子封装、表面贴装、电子装联、电子材料、电子专用设备、电子焊接和电子电镀等。过去,同行业交流很多,但不同行业交流不够。我们应该充分发挥电子学会各分会的作用,积极组织这种技术交流。

2 微电子三级封装

微电子封装,首先我们要叙述一下三级封装的概念。一般说来,微电子封装分为三级。所谓一级封装就是在半导体圆片裂片以后,将一个或多个集成电路芯片用适宜的封装形式封装起来,并使芯片的焊区与封装的外引脚用引线键合(WB)、载带自动键合(TAB)和倒装芯片键合(FCB)连接起来,使之成为有实用功能的电子元器件或组件。一级封装包括单芯片组件(SCM)和多芯片组件(MCM)两大类。应该说,一级封装包含了从圆片裂片到电路测试的整个工艺过程,即我们常说的后道封装,还要包含单芯片组件(SCM)和多芯片组件(MCM)的设计和制作,以及各种封装材料如引线键合丝、引线框架、装片胶和环氧模塑料等内容。这一级也称芯片级封装。二级封装就是将一级微电子封装产品连同无源元件一同安装到印制板或其它基板上,成为部件或整机。这一级所采用的安装技术包括通孔安装技术(THT)、表面安装技术(SMT)和芯片直接安装技术(DCA)。二级封装还应该包括双层、多层印制板、柔性电路板和各种基板的材料、设计和制作技术。这一级也称板级封装。三级封装就是将二级封装的产品通过选层、互连插座或柔性电路板与母板连结起来,形成三维立体封装,构成完整的整机系统,这一级封装应包括连接器、迭层组装和柔性电路板等相关材料、设计和组装技术。这一级也称系统级封装。所谓微电子封装是个整体的概念,包括了从一极封装到三极封装的全部技术内容。在国际上,微电子封装是一个很广泛的概念,包含组装和封装的多项内容。微电子封装所包含的范围应包括单芯片封装(SCP)设计和制造、多芯片封装(MCM)设计和制造、芯片后封装工艺、各种封装基板设计和制造、芯片互连与组装、封装总体电性能、机械性能、热性能和可靠性设计、封装材料、封装工模夹具以及绿色封装等多项内容。有人说,微电子封装就是封装外壳;又有人说微电子封装不过是无源元件,不可能是有源;还有人说,微电子封装不过是个包封体,可有可无,等等。这些看法都是片面的,不正确的。我们应该把现有的认识纳入国际微电子封装的轨道,这样既有利于我国微电子封装界与国外的技术交流,也有利于我国微电子封装自身的发展。

3 新型微电子封装技术

集成电路封装的历史,其发展主要划分为三个阶段。第一阶段,在二十世纪七十年代之前,以插装型封装为主。包括最初的金属圆形(TO型)封装,后来的陶瓷双列直插封装(CDIP)、陶瓷-玻璃双列直插封装(CerDIP)和塑料双列直插封装(PDIP)。尤其是PDIP,由于性能优良、成本低廉又能批量生产而成为主流产品。第二阶段,在二十世纪八十年代以后,以表面安装类型的四边引线封装为主。当时,表面安装技术被称作电子封装领域的一场革命,得到迅猛

发展。与之相适应,一批适应表面安装技术的封装形式,如塑料有引线片式裁体(PLCC)、塑料四边引线扁平封装(PQFP)、塑料小外形封装(PSOP)以及无引线四边扁平封装等封装形式应运而生,迅速发展。由于密度高、引线节距小、成本低并适于表面安装,使PQFP成为这一时期的主导产品。第三阶段,在二十世纪九十年代以后,以面阵列封装形式为主。二十世纪九十年代初,集成电路发展到了超大规模阶段,要求集成电路封装向更高密度和更高速度发展,因此集成电路封装从四边引线型向平面阵列型发展,发明了焊球阵列封装(BGA),并很快成为主流产品。后来又开发出了各种封装体积更小的CSP。也就是在同一时期,多芯片组件(MCM)蓬勃发展起来,也被称为电子封装的一场革命。因基板材料的不同分为多层陶瓷基板MCM(MCM-C)。薄膜多层基板MCM(MCM-D),塑料多层印制板MCM(MCM-L)和厚薄膜基板MCM(MCM-C/D)。与此同时,由于电路密度和功能的需要,3D封装和系统封装(SIP)也迅速发展起来。本文就把在二十世纪九十年代以来发展起来的封装称为新型微电子封装。下面就对BGA、CSP、3D和SIP分别进行叙述。

3.1焊球阵列封装(BGA)

阵列封装(BGA)是世界上九十年代初发展起来的一种新型封装。

这种BGA的突出的优点:①电性能更好:BGA用焊球代替引线,引出路径短,减少了引脚延迟、电阻、电容和电感;②封装密度更高;由于焊球是整个平面排列,因此对于同样面积,引脚数更高。例如边长为31mm的BGA,当焊球节距为1mm时有900只引脚,相比之下,边长为32mm,引脚节距为0.5mm的QFP只有208只引脚;③BGA的节距为1.5mm、1.27mm、1.0mm、0.8mm、0.65mm和0.5mm,与现有的表面安装工艺和设备完全相容,安装更可靠;④由于焊料熔化时的表面张力具有"自对准"效应,避免了传统封装引线变形的损失,大大提高了组装成品率;⑤BGA引脚牢固,转运方便;⑥焊球引出形式同样适用于多芯片组件和系统封装。因此,BGA得到爆炸性的发展。BGA因基板材料不同而有塑料焊球阵列封装(PBGA),陶瓷焊球阵列封装(CBGA),载带焊球阵列封装(TBGA),带散热器焊球阵列封装(EBGA),金属焊球阵列封装(MBGA),还有倒装芯片焊球阵列封装(FCBGA。PQFP可应用于表面安装,这是它的主要优点。但是当PQFP的引线节距达到0.5mm时,它的组装技术的复杂性将会增加。所以PQFP一般用于较低引线数(208条)和较小的封装休尺寸(28mm见方)。因此,在引线数大于200条以上和封装体尺寸超过28mm见方的应用中,BGA封装取代PQFP是必然的。在以上几类BGA封装中,FCBGA最有·希望成为发展最快的BGA封装,我们不妨以它为例,叙述BGA的工艺技术和材料。FCBGA除了具有BGA的所有优点以外,还具有:①热性能优良,芯片背面可安装散热器;

②可靠性高,由于芯片下填料的作用,使FCBGA抗疲劳寿命大大增强;③可返修性强。

FCBGA所涉及的关键技术包括芯片凸点制作技术、倒装芯片焊接技术、多层印制板制作技术(包括多层陶瓷基板和BT树脂基板)、芯片底部填充技术、焊球附接技术、散热板附接技术等。它所涉及的封装材料主要包括以下几类。凸点材料:Au、PbSn和AuSn等;凸点下金属化材料:Al/Niv/Cu、Ti/Ni/Cu或Ti/W/Au;焊接材料:PbSn焊料、无铅焊料;多层基板材料:高温共烧陶瓷基板(HTCC)、低温共烧陶瓷基板(LTCC)、BT树脂基板;底部填充材料:液态树脂;导热胶:硅树脂;散热板:铜。目前,国际上FCBGA的典型系列示于表1。

3.2 芯片尺寸封装(CSP)

芯片尺寸封装(CSP)和BGA是同一时代的产物,是整机小型化、便携化的结果。美国JEDEC 给CSP的定义是:LSI芯片封装面积小于或等于LSI芯片面积120%的封装称为CSP。由于许多CSP采用BGA的形式,所以最近两年封装界权威人士认为,焊球节距大于等于lmm的为BGA,小于lmm的为CSP。由于CSP具有更突出的优点:①近似芯片尺寸的超小型封装;②保护裸芯片;③电、热性优良;④封装密度高;⑤便于测试和老化;⑥便于焊接、安装和修整更换。因此,九十年代中期得到大跨度的发展,每年增长一倍左右。由于CSP正在处于蓬勃发展阶段,因此,它的种类有限多。如刚性基板CSP、柔性基板CSP、引线框架型CSP、微小模塑

型CSP、焊区阵列CSP、微型BGA、凸点芯片载体(BCC)、QFN型CSP、芯片迭层型CSP和圆片级CSP(WLCSP)等。CSP的引脚节距一般在1.0mm以下,有1.0mm、0.8mm、0.65mm、0.5mm、0.4mm、0.3mm和0.25mm等。表2示出了CSP系列。

一般地CSP,都是将圆片切割成单个IC芯片后再实施后道封装的,而WLCSP则不同,它的全部或大部分工艺步骤是在已完成前工序的硅圆片上完成的,最后将圆片直接切割成分离的独立器件。所以这种封装也称作圆片级封装(WLP) 。因此,除了CSP的共同优点外,它还具有独特的优点:①封装加工效率高,可以多个圆片同时加工;②具有倒装芯片封装的优点,即轻、薄、短、小;③与前工序相比,只是增加了引脚重新布线(RDL)和凸点制作两个工序,其余全部是传统工艺;④减少了传统封装中的多次测试。因此世界上各大型IC封装公司纷纷投入这类WLCSP的研究、开发和生产。WLCSP的不足是目前引脚数较低,还没有标准化和成本较高。图4示出了WLCSP的外形图。图5示出了这种WLCSP的工艺流程。

WLCSP所涉及的关键技术除了前工序所必须的金属淀积技术、光刻技术、蚀刻技术等以外,还包括重新布线(RDL)技术和凸点制作技术。通常芯片上的引出端焊盘是排到在管芯周边的方形铝层,为了使WLP适应了SMT二级封装较宽的焊盘节距,需将这些焊盘重新分布,使这些焊盘由芯片周边排列改为芯片有源面上阵列排布,这就需要重新布线(RDL)技术。另外将方形铝焊盘改为易于与焊料粘接的圆形铜焊盘,重新布线中溅射的凸点下金属(UBM)如Ti-Cu-Ni中的Cu应有足够的厚度(如数百微米),以便使焊料凸点连接时有足够的强度,也可以用电镀加厚Cu层。焊料凸点制作技术可采用电镀法、化学镀法、蒸发法、置球法和焊膏印刷法。目前仍以电镀法最为广泛,其次是焊膏印刷法。重新布线中UBM材料为Al/Niv/Cu、T1/Cu/Ni或Ti/W/Au。所用的介质材料为光敏BCB(苯并环丁烯)或PI(聚酰亚胺)凸点材料有Au、PbSn、AuSn、In等。

电子产品正朝着便携式、小型化、网络化和多媒体化方向发展,这种市场需求对电路组装技术提出了相应的要求,单位体积信息的提高(高密度)和单位时间处理速度的提高(高速化)成为促进微电子封装技术发展的重要因素。

片式元件:小型化、高性能

片式元件是应用最早、产量最大的表面组装元件。它主要有以厚薄膜工艺制造的片式电阻器和以多层厚膜共烧工艺制造的片式独石电容器,这是开发和应用最早和最广泛的片式元件。

随着工业和消费类电子产品市场对电子设备小型化、高性能、高可靠性、安全性和电磁兼容性的需求,对电子电路性能不断地提出新的要求,片式元件进一步向小型化、多层化、大容量化、耐高压、集成化和高性能化方向发展。在铝电解电容和钽电解电容片式化后,现在高Q值、耐高温、低失真的高性能MLCC已投放市场;介质厚度为10um的电容器已商品化,层数高达100层之多;出现了片式多层压敏和热敏电阻,片式多层电感器,片式多层扼流线圈,片式多层变压器和各种片式多层复合元件;在小型化方面,规格尺寸从3216→2125→1608→1005发展,目前最新出现的是0603(长0.6mm,宽0.3mm),体积缩小为原来的0.88%。集成化是片式元件未来的另一个发展趋势,它能减少组装焊点数目和提高组装密度,集成化

的元件可使Si效率(芯片面积/基板面积)达到80%以上,并能有效地提高电路性能。由于不在电路板上安装大量的分立元件,从而可极大地解决焊点失效引起的问题。

芯片封装技术:追随IC的发展而发展

数十年来,芯片封装技术一直追随着IC的发展而发展,一代IC就有相应一代的封装技术相配合,而SMT的发展,更加促进芯片封装技术不断达到新的水平。

六七十年代的中、小规模IC,曾大量使用TO型封装,后来又开发出DIP、PDIP,并成为这个时期的主导产品形式。八十年代出现了SMT,相应的IC封装形式开发出适于表面贴装短引线或无引线的LCCC、PLCC、SOP等结构。在此基础上,经十多年研制开发的QFP 不但解决了LSI的封装问题,而且适于使用SMT在PCB或其他基板上表面贴装,使QFP终于成为SMT主导电子产品并延续至今。为了适应电路组装密度的进一步提高,QFP的引脚间距目前已从1.27mm发展到了0.3mm 。由于引脚间距不断缩小,I/O数不断增加,封装体积也不断加大,给电路组装生产带来了许多困难,导致成品率下降和组装成本的提高。另一方面由于受器件引脚框架加工精度等制造技术的限制0.3mm已是QFP引脚间距的极限,这都限制了组装密度的提高。于是一种先进的芯片封装BGA(Ball Grid Array)应运而生,BGA是球栅阵列的英文缩写,它的I/O端子以圆形或柱状焊点按阵列形式分布在封装下面,引线间距大,引线长度短。BGA技术的优点是可增加I/O数和间距,消除QFP技术的高I/O数带来的生产成本和可靠性问题。

BGA的兴起和发展尽管解决了QFP面临的困难,但它仍然不能满足电子产品向更加小型、更多功能、更高可靠性对电路组件的要求,也不能满足硅集成技术发展对进一步提高封装效率和进一步接近芯片本征传输速率的要求,所以更新的封装CSP(Chip Size Package)又出现了,它的英文含义是封装尺寸与裸芯片相同或封装尺寸比裸芯片稍大。日本电子工业协会对CSP规定是芯片面积与封装尺寸面积之比大于80%。CSP与BGA结构基本一样,只是锡球直径和球中心距缩小了、更薄了,这样在相同封装尺寸时可有更多的I/O数,使组装密度进一步提高,可以说CSP是缩小了的BGA。

CSP之所以受到极大关注,是由于它提供了比BGA更高的组装密度,而比采用倒装片的板极组装密度低。但是它的组装工艺却不像倒装片那么复杂,没有倒装片的裸芯片处理问题,基本上与SMT的组装工艺相一致,并且可以像SMT那样进行预测和返工。正是由于这些无法比拟的优点,才使CSP得以迅速发展并进入实用化阶段。目前日本有多家公司生产CSP,而且正越来越多地应用于移动电话、数码录像机、笔记本电脑等产品上。

从CSP近几年的发展趋势来看,CSP将取代QFP成为高I/O端子IC封装的主流。

为了最终接近IC本征传输速度,满足更高密度、更高功能和高可靠性的电路组装的要求,还必须发展裸芯片(Bare chip)技术。

从1997年以来裸芯片的年增长率已达到30%之多,发展较为迅速的裸芯片应用包括计算机的相关部件,如微处理器、高速内存和硬盘驱动器等。除此之外,一些便携式设备,如电话机和传呼机,也可望于近期大量使用这一先进的半导体封装技术。最终所有的消费电子产品由于对高性能的要求和小型化的发展趋势,也将大量使用裸芯片技术。表2是引脚数都为160的QFP、CSP、 Bare chip在外形、尺寸上的比较。

从表中可以看出若以0.65mmQFP(160pin)面积为1,则同样引脚CSP,其占用面积为0.17,而采用Bare chip其占用面积仅为0.12。元器件的缩小则可以大大推进电子产品体积的缩小,以移动电话为例,90年代重220g,而现在最轻的已达57克,可以很容易地放进上衣口袋里。

微组装:新一代组装技术

微组装技术是90年代以来在半导体集成电路技术、混合集成电路技术和表面组装技术(SMT)的基础上发展起来的新一代电子组装技术。

微组装技术是在高密度多层互连基板上,采用微焊接和封装工艺组装各种微型化片式元器件和半导体集成电路芯片,形成高密度、高速度、高可靠的三维立体机构的高级微电子组件的技术。

多芯片组件(MCM)就是当前微组装技术的代表产品。它将多个集成电路芯片和其他片式元器件组装在一块高密度多层互连基板上,然后封装在外壳内,是电路组件功能实现系统级的基础。MCM采用DCA(裸芯片直接安装技术)或CSP,使电路图形线宽达到几微米到几十微米的等级。在MCM的基础上设计与外部电路连接的扁平引线,间距为0.5mm,把几块MCM 借助SMT组装在普通的PCB上就实现了系统或系统的功能。

当前MCM已发展到叠装的三维电子封装(3D),即在二维X、Y平面电子封装(2D)MCM 基础上,向Z方向,即空间发展的高密度电子封装技术,实现3D,不但使电子产品密度更高,也使其功能更多,传输速度更快,性能更好,可靠性更好,而电子系统相对成本却更低。

对MCM发展影响最大的莫过于IC芯片。因为MCM高成品率要求各类IC芯片都是良好的芯片(KGD),而裸芯片无论是生产厂家还是使用者都难以全面测试老化筛选,给组装MCM 带来了不确定因素。

CSP的出现解决了KGD问题,CSP不但具有裸芯片的优点,还可像普通芯片一样进行测试老化筛选,使MCM的成品率才有保证,大大促进了MCM的发展和推广应用。

目前MCM已经成功地用于大型通用计算机和超级巨型机中,今后将用于工作站、个人计算机、医用电子设备和汽车电子设备等领域。

裸芯片技术主要形式

裸芯片技术有两种主要形式:一种是COB技术,另一种是倒装片技术(Flip chip) 。

COB技术

用COB技术封装的裸芯片是芯片主体和I/O端子在晶体上方,在焊接时将此裸芯片用导电/导热胶粘接在PCB上,凝固后,用 Bonder 机将金属丝(Al或Au)在超声、热压的作用下,分别连接在芯片的I/O端子焊区和PCB相对应的焊盘上,测试合格后,再封上树脂胶。与其它封装技术相比,COB技术有以下优点:价格低廉;节约空间;工艺成熟。COB技术也存在不足,即需要另配焊接机及封装机,有时速度跟不上;PCB贴片对环境要求更为严格;无法维修等。

Flip chip 技术

Flip chip,又称为倒装片,与COB相比,芯片结构和I/O端(锡球)方向朝下,由于I/O引出端分布于整个芯片表面,故在封装密度和处理速度上Flip chip已达到顶峰,特别是它可以采用类似SMT技术的手段来加工,故是芯片封装技术及高密度安装的最终方向。90年代,该技术已在多种行业的电子产品中加以推广,特别是用于便携式的通信设备中。

裸芯片技术是当今最先进的微电子封装技术。随着电子产品体积的进一步缩小,裸芯片的应用将会越来越广泛。

微电子封装必备答案

微电子封装答案 微电子封装 第一章绪论 1、微电子封装技术的发展特点是什么?发展趋势怎样?(P8、9页) 答:特点: (1)微电子封装向高密度和高I/O引脚数发展,引脚由四边引出向面阵排列发展。 (2)微电子封装向表面安装式封装发展,以适合表面安装技术。 (3)从陶瓷封装向塑料封装发展。 (4)从注重发展IC芯片向先发展后道封装再发展芯片转移。 发展趋势: (1)微电子封装具有的I/O引脚数将更多。 (2)微电子封装应具有更高的电性能和热性能。 (3)微电子封装将更轻、更薄、更小。 (4)微电子封装将更便于安装、使用和返修。 (5)微电子封装的可靠性会更高。 (6)微电子封装的性能价格比会更高,而成本却更低,达到物美价廉。 2、微电子封装可以分为哪三个层次(级别)?并简单说明其内容。(P15~18页)答:(1)一级微电子封装技术 把IC芯片封装起来,同时用芯片互连技术连接起来,成为电子元器件或组件。 (2)二级微电子封装技术 这一级封装技术实际上是组装。将上一级各种类型的电子元器件安装到基板上。 (3)三级微电子封装技术 由二级组装的各个插板安装在一个更大的母板上构成,是一种立体组装技术。 3、微电子封装有哪些功能?(P19页) 答:1、电源分配2、信号分配3、散热通道4、机械支撑5、环境保护 4、芯片粘接方法分为哪几类?粘接的介质有何不同(成分)?。(P12页) 答:(1)Au-Si合金共熔法(共晶型) 成分:芯片背面淀积Au层,基板上也要有金属化层(一般为Au或Pd-Ag)。 (2)Pb-Sn合金片焊接法(点锡型) 成分:芯片背面用Au层或Ni层均可,基板导体除Au、Pd-Ag外,也可用Cu (3)导电胶粘接法(点浆型) 成分:导电胶(含银而具有良好导热、导电性能的环氧树脂。) (4)有机树脂基粘接法(点胶型) 成分:有机树脂基(低应力且要必须去除α粒子) 5、简述共晶型芯片固晶机(粘片机)主要组成部分及其功能。 答:系统组成部分: 1 机械传动系统 2 运动控制系统 3 图像识别(PR)系统 4 气动/真空系统 5 温控系统 6、和共晶型相比,点浆型芯片固晶机(粘片机)在各组成部分及其功能的主要不同在哪里?答: 名词解释:取晶、固晶、焊线、塑封、冲筋、点胶

封装与微组装

摘要:近年来,封装与微组装技术进入了超高速发展时期,新的封装和组装形式不断涌现,而其标准化工作已经严重滞后,导致概念上的模糊,这必然会对该技术的发展造成影响。力求将具有电子行业特点的封装与微组装技术的内涵和特点加以诠释,并对其发展提出见解和建议,以促进该技术的发展。 关键字:封装、微组装、发展、BGA、SOP、FC、CSP、MCM、集成电路、系统级封装 正文: 一、电子产品技术概述 第一代电子产品以电子管为核心。四十年代末世界上诞生了第一只半导体三极管,它以小巧、轻便、省电、寿命长等特点,很快地被各国应用起来,在很大范围内取代了电子管。五十年代末期,世界上出现了第一块集成电路,它把许多晶体管等电子元件集成在一块硅芯片上,使电子产品向更小型化发展。集成电路从小规模集成电路迅速发展到大规模集成电路和超大规模集成电路,从而使电子产品向着高效能低消耗、高精度、高稳定、智能化的方向发展。 随着电子元器件向小型化、复合化、轻量化、多功能、高可靠、长寿命的方向变革,从而相继出现了各种类型的片式电子元器件(SMC/SMD),导致了第四代组装技术即表面组装技术(SMT)的出现,在世界上引发了一场电子组装技术的新革命。在国际上,片式电子元器件应用于电子整机,始于用年代,当时美国IBM公司首先把片式电子元器件用于微机。 目前世界上发达国家已广泛采用表面贴装技术,片式元器件已成为电子元器件的主体,其中片式电容、片式电阻、片式电感以及片式敏感元件的需求量约占片式元件的90%,世界上发达国家电子元器件片式化率己高达80%以上,全世界平均亦在40%,而我国仅为约30%,可以预见,加入WTO后,片式元件产业的市场竞争将更趋激烈。实现了批量生产全系列片式电容器、片式电阻器、片式电感器,开始摆脱一代代重复引进的被动局面,并逐步走上自主发展的道路。2001年片式电容器、片式电阻器、片式电感器等片式元件市场低迷,价格普遍下调15%~20%,对国内元件生产企业造成了一定的影响。 二、集成电路与微电子封装技术 集成电路(integrated circuit)是一种微型电子器件或部件。采用一定的工艺,把一个电路中所需的晶体管、二极管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起,制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上,然后封装在一个管壳内,成为具有所需电路功能的微型结构;其中所有元件在结构上已组成一个整体,使电子元件向着微小型化、低功耗和高可靠性方面迈进了一大步。它在电路中用字母“IC”表示。集成电路发明者为杰克·基尔比(基于硅的集成电路)和罗伯特·诺伊思(基于锗的集成电路)。当今半导体工业大多数应用的是基于硅的集成电路。

微电子封装复习题

电子封装是指将具有一定功能的集成电路芯片,放置在一个与之相适应的外壳容器中,为芯片提供一个稳定可靠的工作环境;同时,封装也是芯片各个输出、输入端的向外过渡的连接手段,以及起将器件工作所产生的热量向外扩散的作用,从而形成一个完整的整体,并通过一系列的性能测试、筛选和各种环境、气候、机械的试验,来确保器件的质量,使之具有稳定、正常的功能。 从整个封装结构讲,电子封装包括一级封装、二级封装和三级封装。 芯片在引线框架上固定并与引线框架上的管脚或引脚的连接为一级封装; 管脚或引脚与印刷电路板或卡的连接为二级封装; 印刷电路板或卡组装在系统的母板上并保证封装各组件相对位置的固定、密封、以及与外部环境的隔离等为三级封装。 前工程: 从整块硅圆片入手,经过多次重复的制膜、氧化、扩散,包括照相制版和光刻等工序,制成三极管、集成电路等半导体组件卫电极等,开发材料的电子功能,以实现所要求的元器件特性。 后工程: 从由硅圆片切分好的一个一个的芯片入手,进行装片、固定、键合连接、塑料灌封、引出接线端子、按印检查等工序,完成作为器件、部件的封装体,以确保元器件的可靠性并便于与外电路连接。 ?环保和健康的要求 ?国内外立法的要求 ?全球无铅化的强制要求 1、无铅钎料的熔点较高。 比Sn37Pb提高34~44 oC。高的钎焊温度使固/液界面反应加剧。 2 、无铅钎料中Sn含量较高。 (SnAg中96.5% Sn ,SnPb中63%Sn),因为Pb不参与固/液和固/固界面反应,高Sn含量使固/液、固/固界面反应均加速。 3 小尺寸钎料在大电流密度的作用下会导致电迁移的问题。

(1) 无毒化,无铅钎料中不含有毒、有害及易挥发性的元素 (2) 低熔点,无铅钎料的熔点应尽量接近传统的Sn-Pb 共晶钎料的熔点(183℃),熔化温度间隔愈小愈好。 (3) 润湿性,无铅钎料的润湿铺展性能应达到Sn-Pb 共晶钎料的润湿性,从而易于形成良好的接头。 (4) 力学性能,无铅钎料应具有良好的力学性能,焊点在微电子连接中一个主要作用是机械连接。 (5) 物理性能,作为微电子器件连接用的无铅钎料,应具有良好的导电性、导热性、延伸率,以免电子组件上的焊点部位因过热而造成损伤,从而提高微电子器件的可靠性。 (6) 成本,从Sn-Pb 钎料向无铅钎料转化,必须把成本的增加控制在最低限度。因此应尽量减少稀有金属和贵重金属的含量,以降低成本。 电子元器件封装集成度的迅速提高,芯片尺寸的不断减小以及功率密度的持续增加,使得电子封装过程中的散热、冷却问题越来越不容忽视。而且,芯片功率密度的分布不均会产生所谓的局部热点,采用传统的散热技术已不能满足现有先进电子封装的热设计、管理与控制需求,它不仅限制了芯片功率的增加,还会因过度冷却而带来不必要的能源浪 。电子封装热管理是指对电子设备的耗热元件以及整机或系统采用合理的冷-~IJl 散热技术和结构设计优化,对其温度进行控制,从而保证电子设备或系统正常、可靠地工作。 热阻 由于热导方程与欧姆定律形式上的相似性,可以用类似于电阻的表达式来定义热阻 式中,?T 是温差,q 为芯片产生的热量。 该式适用于各种热传递形式的计算。 1、 具有极高耐热性 2、 具有极高吸湿性 3、 具有低热膨胀性 4、 具有低介电常数特性 电解铜箔是覆铜板(CCL)及印制电路板(PCB)制造的重要的材料。电解铜箔生产工序简单,主要工序有三道:溶液生箔、表面处理和产品分切。 q T R th ?=

微电子封装

晶圆:由普通硅砂熔炼提纯拉制成硅柱后切成的单晶硅薄片 微电子封装技术特点: 1:向高密度及高I/O引脚数发展,引脚由四边引出趋向面阵引出发展 2:向表面组装示封装(SMP)发展,以适应表面贴装(SMT)技术及生产要求 3:向高频率及大功率封装发展 4:从陶瓷封装向塑料封装发展 5:从单芯片封装(SCP)向多芯片封装(MCP)发展 6:从只注重发展IC芯片到先发展封装技术再发展IC芯片技术技术 微电子封装的定义:是指用某种材料座位外壳安防、固定和密封半导体继承电路芯片,并用导体做引脚将芯片上的接点引出外壳 狭义的电子封装技术定义:是指利用膜技术及微细连接技术,将半导体元器件及其他构成要素在框架或基板上布置、固定及连接,引出接线端子,并通过可塑性绝缘介质灌封固定,构成整体立体结构的工艺技术。(最基本的) 广义的电子封装技术定义:是指将半导体和电子元器件所具有的电子的、物理的功能,转变为能适用于设备或系统的形式,并使之为人类社会服务的科学与技术。(功能性的) 微电子封装的功能: 1:提供机械支撑及环境保护; 2:提供电流通路; 3:提供信号的输入和输出通路; 4:提供热通路。 微电子封装的要点: 1:电源分配; 2:信号分配; 3:机械支撑; 4:散热通道; 5:环境保护。 零级封装:是指半导体基片上的集成电路元件、器件、线路;更确切地应该叫未加封装的裸芯片。 一级封装:是指采用合适的材料(金属、陶瓷或塑料)将一个或多个集成电路芯片及它们的组合进行封装,同时在芯片的焊区与封装的外引脚间用引线键合(wire bonding,WB)、载带自动焊(tape automated bonding,TAB)、倒装片键合(flip chip bonding,FCB)三种互联技术连接,使其成为具有实际功能的电子元器件或组件。 二级封装技术:实际上是一种多芯片和多元件的组装,即各种以及封装后的集成电路芯片、微电子产品、以及何种类型元器件一同安装在印刷电路板或其他基板上。

微电子封装技术及发展探析

微电子封装技术及发展探析 摘要近年来,随着科学技术的不断进步与发展,集成电路的广泛使用使得我国工业的飞跃发展成为现实和可能,受此影响,集成电路产业也成为可我国国民经济长期可持续发展的关键。在集成电路产业之中,微电子封装技术的高低将直接决定整个集成电路的电性能、机械性能、光性能和热性能的优劣,在这样的情况下,对微电子封装技术及其发展进行分析和探讨就变得十分有必要了。基于此,本文从微电子封装技术的发展历程、现状出发,就现阶段我国微电子封装技术的特点及其未来的发展趋势进行了探析。 关键词微电子;封装技术;发展探析 在电子信息技术不断发展的当下,微型化、多功能化、高性能化逐步成为电子产品未来发展的基本要求,而为了更好地实现上述目的、确保电子产品能够正常使用,就离不开微电子封装技术对其提供相应的支持。目前,我国常用的微电子封装技术主要有倒装芯片技术、芯片规模封装等,不同的封装技术有不同的应用范围,只有在明确不同封装技术的特点的基础上,才能保证对大限度地发挥不同封装技术的优势和作用。下面,本文将就微电子封装技术及其发展进行详细阐述。 1 微电子封装技术常见分类及特点 1.1 BGA封装技术 BGA封装技术诞生于20世纪90年代,其中文全称为焊球阵列封装技术,由于已经有了较长的发展历程,因而在目前的应用实践中有着较高的技术成熟度,通过球柱形焊点阵列进行I/O端与基板的封装是其主要的封装原理。相较于其他常见微电子封装技术,BGA封装技术的主要优势在于阵列密度高、组装成品率高。在塑料焊球阵列、陶瓷焊球阵列、金属焊球阵列等多种BGA封装技术中,装芯片焊球阵列封装将是未来BGA技术的主要发展方向[1]。 1.2 3D封装技术 3D封装技术是伴随着移动互联网的发展而逐渐兴起的,目前主要应用于手持设备的高密度立体式组装之中,是同时满足多个芯片组立体式封装需求的有效途径。在现阶段市面上常见的各种封装技术中,3D封装技术具备的主要技术优势在于功能性丰富、封装密度高、电性能热性能突出。 1.3 表面封装技术 钎焊技术是目前使用最广的一种微电子表面封装技术,根据具体的衔接需要,将需要衔接的物体表面的电子元件与指定的焊盘进行钎焊,使原件与焊盘之间产生电路功能是钎焊技术的主要封装原理。此种焊接方式下,原件与焊盘的连

微电子笔试(笔试和面试题)有答案

第一部分:基础篇 (该部分共有试题8题,为必答题,每位应聘者按自己对问题的理解去回答,尽可能多回答你所知道的内容。若不清楚就写不清楚)。 1、我们公司的产品是集成电路,请描述一下你对集成电路的认识,列举一些与集成电路相关的内容(如讲清楚模拟、数字、双极型、CMOS、MCU、RISC、CISC、DSP、ASIC、FPGA等的概念)。 数字集成电路是将元器件和连线集成于同一半导体芯片上而制成的数字逻辑电路或系统。 模拟信号,是指幅度随时间连续变化的信号。例如,人对着话筒讲话,话筒输出的音频电信号就是模拟信号,收音机、收录机、音响设备及电视机中接收、放大的音频信号、电视信号,也是模拟信号。 数字信号,是指在时间上和幅度上离散取值的信号,例如,电报电码信号,按一下电键,产生一个电信号,而产生的电信号是不连续的。这种不连续的电信号,一般叫做电脉冲或脉冲信号,计算机中运行的信号是脉冲信号,但这些脉冲信号均代表着确切的数字,因而又叫做数字信号。在电子技术中,通常又把模拟信号以外的非连续变化的信号,统称为数字信号。 FPGA是英文Field-Programmable Gate Array的缩写,即现场可编程门阵列,它是在PAL、GAL、EPLD 等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的,既解决了定制电路的不足,又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。 2、你认为你从事研发工作有哪些特点? 3、基尔霍夫定理的内容是什么? 基尔霍夫电流定律:流入一个节点的电流总和等于流出节点的电流总和。 基尔霍夫电压定律:环路电压的总和为零。
欧姆定律: 电阻两端的电压等于电阻阻值和流过电阻的电流的乘积。 4、描述你对集成电路设计流程的认识。 模拟集成电路设计的一般过程: 1.电路设计依据电路功能完成电路的设计。 2.前仿真电路功能的仿真,包括功耗,电流,电压,温度,压摆幅,输入输出特性等参数的仿真。 3.版图设计(Layout)依据所设计的电路画版图。一般使用Cadence软件。 4.后仿真对所画的版图进行仿真,并与前仿真比较,若达不到要求需修改或重新设计版图。 5.后续处理将版图文件生成GDSII文件交予Foundry流片。正向设计与反向设计 State Key Lab of ASIC & Systems, Fudan University 自顶向下和自底向上设计 State Key Lab of ASIC & Systems, Fudan University Top-Down设计 –Top-Down流程在EDA工具支持下逐步成为 IC主要的设计方法 –从确定电路系统的性能指标开始,自系 统级、寄存器传输级、逻辑级直到物理 级逐级细化并逐级验证其功能和性能 State Key Lab of ASIC & Systems, Fudan University Top-Down设计关键技术 . 需要开发系统级模型及建立模型库,这些行 为模型与实现工艺无关,仅用于系统级和RTL 级模拟。

先进微电子封装工艺技术

先进微电子封装工艺技术培训 培训目的: 1、详细分析集成电路封装产业发展趋势; 2、整合工程师把握最先进的IC封装工艺技术; 3、详细讲述微电子封装工艺流程及先进封装形式; 4、讲述微电子封装可靠性测试技术; 5、微电子封装与制造企业以及设计公司的关系; 6、实际案例分析。 参加对象: 1、大中专院校微电子专业教师、研究生;; 2、集成电路制造企业工程师,整机制造企业工程师; 3、微电子封装测试、失效分析、质量控制、相关软件研发、市场销售人员; 4、微电子封装工艺设计、制程和研发人员; 5、微电子封装材料和设备销售工程师及其应用的所有人员; 6、微电子封装科研机构和电子信息园区等从业人员 【主办单位】中国电子标准协会培训中心 【协办单位】深圳市威硕企业管理咨询有限公司 课程提纲(内容): Flip Chip Technology and Low Cost Bumping Method l What is Flip Chip l Why Use Flip Chip

l Flip Chip Trend l Flip Chip Boding Technology l Why Underfill l No Flow Underfill l Other Key Issues Wafer Level Packaging l What is IC packaging? l Trend of IC packaging l Definition and Classification of CSP l What is wafer level packaging? l Overview Technology Options —Wafer level High Density Interconnections —Wafer level Integration —Wafer Level towards 3D l WLP toward 3D l Wafer level Challenges l Conclusion 讲师简介: 罗乐(Le Luo)教授 罗教授1982年于南京大学获物理学学士学位,1988年于中科院上海微系统与信息技术研究所获工学博士学位。1990年在超导研究中取得重大突破被破格晋升为副研究员,1991—199

微电子工艺技术-复习要点答案

第四章晶圆制造 1.CZ法提单晶的工艺流程。说明CZ法和FZ法。比较单晶硅锭CZ、MCZ和FZ三种生长方法的优缺点。 答:1、溶硅2、引晶3、收颈4、放肩5、等径生长6、收晶。CZ法:使用射频或电阻加热线圈,置于慢速转动的石英坩埚内的高纯度电子级硅在1415度融化(需要注意的是熔硅的时间不宜过长)。将一个慢速转动的夹具的单晶硅籽晶棒逐渐降低到熔融的硅中,籽晶表面得就浸在熔融的硅中并开始融化,籽晶的温度略低于硅的熔点。当系统稳定后,将籽晶缓慢拉出,同时熔融的硅也被拉出。使其沿着籽晶晶体的方向凝固。籽晶晶体的旋转和熔化可以改善整个硅锭掺杂物的均匀性。 FZ法:即悬浮区融法。将一条长度50-100cm 的多晶硅棒垂直放在高温炉反应室。加热将多晶硅棒的低端熔化,然后把籽晶溶入已经熔化的区域。熔体将通过熔融硅的表面张力悬浮在籽晶和多晶硅棒之间,然后加热线圈缓慢升高温度将熔融硅的上方部分多晶硅棒开始熔化。此时靠近籽晶晶体一端的熔融的硅开始凝固,形成与籽晶相同的晶体结构。当加热线圈扫描整个多晶硅棒后,便将整个多晶硅棒转变成单晶硅棒。 CZ法优点:①所生长的单晶的直径较大,成本相对较低;②通过热场调整及晶转,坩埚等工艺参数的优化,可以较好的控制电阻率径向均匀性。缺点:石英坩埚内壁被熔融的硅侵蚀及石墨保温加热元件的影响,易引入氧、碳杂质,不易生长高电阻率单晶。 FZ法优点:①可重复生长,提纯单晶,单晶纯度较CZ法高。②无需坩埚、石墨托,污染少③高纯度、高电阻率、低氧、低碳④悬浮区熔法主要用于制造分离式功率元器件所需要的晶圆。缺点:直径不如CZ法,熔体与晶体界面复杂,很难得到无位错晶体,需要高纯度多晶硅棒作为原料,成本高。 MCZ:改进直拉法优点:较少温度波动,减轻溶硅与坩埚作用,降低了缺陷密度,氧含量,提高了电阻分布的均匀性 2.晶圆的制造步骤【填空】 答:1、整形处理:去掉两端,检查电阻确定单晶硅达到合适的掺杂均匀度。 2、切片 3、磨片和倒角 4、刻蚀 5、化学机械抛光 3. 列出单晶硅最常使用的两种晶向。【填空】 答:111和100. 4. 说明外延工艺的目的。说明外延硅淀积的工艺流程。 答:在单晶硅的衬底上生长一层薄的单晶层。 5. 氢离子注入键合SOI晶圆的方法 答:1、对晶圆A清洗并生成一定厚度的SO2层。2、注入一定的H形成富含H的薄膜。3、晶圆A翻转并和晶圆B键合,在热反应中晶圆A的H脱离A和B键合。4、经过CMP和晶圆清洗就形成键合SOI晶圆 6. 列出三种外延硅的原材料,三种外延硅掺杂物【填空】 7、名词解释:CZ法提拉工艺、FZ法工艺、SOI、HOT(混合晶向)、应变硅 答:CZ法:直拉单晶制造法。FZ法:悬浮区融法。SOI:在绝缘层衬底上异质外延硅获得的外延材料。HOT:使用选择性外延技术,可以在晶圆上实现110和100混合晶向材料。应变硅:通过向单晶硅施加应力,硅的晶格原子将会被拉长或者压缩不同与其通常原子的距离。 第五章热处理工艺 1. 列举IC芯片制造过程中热氧化SiO2的用途?

微电子封装技术作业(一)

第一次作业 1 写出下列缩写的英文全称和中文名称 DIP: Double In-line Package, 双列直插式组装 BGA: ball grid array, 球状矩阵排列 QFP: Quad flat Pack, 四方扁平排列 WLP: Wafer Level Package, 晶圆级封装 CSP: Chip Scale Package, 芯片级封装 LGA: Land grid array, 焊盘网格阵列 PLCC: Plastic Leaded Chip Carrier, 塑料芯片载体 SOP: Standard Operation Procedure, 标准操作程序 PGA: pin grid array, 引脚阵列封装 MCM: multiple chip module, 多片模块 SIP: System in a Package, 系统封装 COB: Chip on Board, 板上芯片 DCA: Direct Chip Attach, 芯片直接贴装,同COB MEMS: Micro-electromechanical Systems, 微电子机械系统 2 简述芯片封装实现的四种主要功能,除此之外LED封装功能。 芯片功能 (1)信号分配;(2)电源分配;(3)热耗散:使结温处于控制范围之内;(4)防护:对器件的芯片和互连进行机械、电磁、化学等方面的防护 LED器件 (2)LED器件:光转化、取光和一次配光。 3 微电子封装技术的划分层次和各层次得到的相应封装产品类别。 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 第三层次:三级微电子封装,电子整机系统构建 相对应的产品如图(1)所示:

微电子封装技术

第一章绪论 1、封装技术发展特点、趋势。(P8) 发展特点:①、微电子封装向高密度和高I/O引脚数发展,引脚由四边引出向引出向面阵列排列发展;②、微电子封装向表面安装式封装(SMP)发展,以适合表面安装技术(SMT);③、从陶瓷封装向塑料封装发展;④、从注重发展IC芯片向先发展后道封装再发展芯片转移。 发展趋势:①、微电子封装具有的I/O引脚数将更多;②、应具有更高的电性能和热性能;③、将更轻、更薄、更小;④、将更便于安装、使用和返修;⑤、可靠性会更高;⑥、性价比会更高,而成本却更低,达到物美价廉。 2、封装的功能(P19) 电源分配、信号分配、散热通道、机械支撑和环境保护。 3、封装技术的分级(P12) 零级封装:芯片互连级。 一级封装:将一个或多个IC芯片用适宜的材料(金属、陶瓷、塑料或它们的组合)封装起来,同时在芯片的焊区与封装的外引脚间用如上三种芯片互连方法(WB、TAB、FCB)连接起来使之成为有实用功能的电子元器件或组件。 二级封转:组装。将上一级各种微电子封装产品、各种类型的元器件及板上芯片(COB)一同安装到PWB或其它基板上。 三级封装:由二级组装的各个插板或插卡再共同插装在一个更大的母板上构成的,立体组装。4、芯片粘接的方法(P12) 只将IC芯片固定安装在基板上:Au-Si合金共熔法、Pb-Sn合金片焊接法、导电胶粘接法、有机树脂基粘接法。 芯片互连技术:主要三种是引线键合(WB)、载带自动焊(TAB)和倒装焊(FCB)。早期有梁式引线结构焊接,另外还有埋置芯片互连技术。 第二章芯片互连技术(超级重点章节) 1、芯片互连技术各自特点及应用 引线键合:①、热压焊:通过加热加压力是焊区金属发生塑性形变,同时破坏压焊界面上的氧化层使压焊的金属丝和焊区金属接触面的原子间达到原子引力范围,从而使原子间产生引力达到键合。两金属界面不平整,加热加压可使上下金属相互镶嵌;加热温度高,容易使焊丝和焊区形成氧化层,容易损坏芯片并形成异质金属间化合物影响期间可靠性和寿命;由于这种焊头焊接时金属丝因变形过大而受损,焊点键合拉力小(<0.05N/点),使用越来越少。②、超声焊:利用超声波发生器产生的能量和施加在劈刀上的压力两者结合使劈刀带动Al丝在被焊区的金属化层表明迅速摩擦,使Al丝和Al膜表面产生塑性形变来实现原子间键合。与热压焊相比能充分去除焊接界面的金属氧化层,可提高焊接质量,焊接强度高于热压焊;不需要加热,在常温下进行,因此对芯片性能无损害;可根据不同需要随时调节 键合能量,改变键合条件来焊接粗细不等的Al 丝或宽的Al带;AL-AL超声键合不产生任何化合 物,有利于器件的可靠性和长期使用寿命。③、 金丝球焊:球焊时,衬底加热,压焊时加超声。 操作方便、灵活、焊点牢固,压点面积大,又无 方向性,故可实现微机控制下的高速自动化焊接; 现代的金丝球焊机还带有超声功能,从而具有超 声焊的优点;由于是Au-Al接触超声焊,尽管加 热温度低,仍有Au-Al中间化合物生成。球焊用 于各类温度较低、功率较小的IC和中、小功率晶 体管的焊接。 载带自动焊:TAB结构轻、薄、短、小,封装高 度不足1mm;TAB的电极尺寸、电极与焊区节距均 比WB大为减小;相应可容纳更高的I/O引脚数, 提高了TAB的安装密度;TAB的引线电阻、电容 和电感均比WB小得多,这使TAB互连的LSI、VLSI 具有更优良的高速高频电性能;采用TAB互连可 对各类IC芯片进行筛选和测试,确保器件是优质 芯片,大大提高电子组装的成品率,降低电子产 品成本;TAB采用Cu箔引线,导热导电性能好, 机械强度高;TAB的键合拉力比WB高3~10倍, 可提高芯片互连的可靠性;TAB使用标准化的卷 轴长度,对芯片实行自动化多点一次焊接,同时 安装及外引线焊接可实现自动化,可进行工业化 规模生产,提高电子产品的生产效率,降低产品 成本。TAB广泛应用于电子领域,主要应用与低 成本、大规模生产的电子产品,在先进封装BGA、 CSP和3D封装中,TAB也广泛应用。 倒装焊:FCB芯片面朝下,芯片上的焊区直接与 基板上的焊区互连,因此FCB的互连线非常短, 互连产生的杂散电容、互连电阻和电感均比WB 和TAB小的多,适于高频高速的电子产品应用; FCB的芯片焊区可面阵布局,更适于搞I/O数的 LSI、VLSI芯片使用;芯片的安装互连同时进行, 大大简化了安装互连工艺,快速省时,适于使用 先进的SMT进行工业化大批量生产;不足之处如 芯片面朝下安装互连给工艺操作带来一定难度, 焊点检查困难;在芯片焊区一般要制作凸点增加 了芯片的制作工艺流程和成本;此外FCB同各材 料间的匹配产生的应力问题也需要很好地解决 等。 2、WB特点、类型、工作原理(略)、金丝球焊主 要工艺、材料(P24) 金丝球焊主要工艺数据:直径25μm的金丝焊接 强度一般为0.07~0.09N/点,压点面积为金丝直 径的2.5~3倍,焊接速度可达14点/秒以上,加 热温度一般为100℃,压焊压力一般为0.5N/点。 材料:热压焊、金丝球焊主要选用金丝,超声焊 主要用铝丝和Si-Al丝,还有少量Cu-Al丝和 Cu-Si-Al丝等。 3、TAB关键材料与技术(P29) 关键材料:基带材料、Cu箔引线材料和芯片凸点 金属材料。 关键技术:①芯片凸点制作技术②TAB载带制作 技术③载带引线与芯片凸点的内引线焊接技术和 载带外引线的焊接技术。 4、TAB内外引线焊接技术(P37) ①内引线焊接(与芯片焊区的金属互连):芯片凸 点为Au或Ni-Au、Cu-Au等金属,载带Cu箔引线 也镀这类金属时用热压焊(焊接温度高压力大); 载带Cu箔引线镀0.5μm厚的Pb-Sn或者芯片凸 点具有Pb-Sn时用热压再流焊(温度较低压力较 小)。 焊接过程:对位→焊接→抬起→芯片传送 焊接条件:主要由焊接温度(T)、压力(P)、时 间(t)确定,其它包括焊头平整度、平行度、焊 接时的倾斜度及界面的侵润性,凸点高度的一致 性和载带内引线厚度的一致性也影响。 T=450~500℃,P≈0.5N/点,t=0.5~1s 焊接后焊点和芯片的保护:涂覆薄薄的一层环氧 树脂。环氧树脂要求粘度低、流动性好、应力小 切Cl离子和α粒子含量小,涂覆后需经固化。 筛选测试:加热筛选在设定温度的烘箱或在具有 N2保护的设备中进行;电老化测试。 ②外引线焊接(与封装外壳引线及各类基板的金 属化层互连):供片→冲压和焊接→回位。 5、FCB特点、优缺点(略,同1) 6、UBM含义概念、结构、相关材料(P46) UBM(凸点下金属化):粘附层-阻挡层-导电层。 粘附层一般为数十纳米厚度的Cr、Ti、Ni等;阻 挡层为数十至数百纳米厚度的Pt、W、Pd、Mo、 Cu、Ni等;导电层金属Au、Cu、Ni、In、Pb-Sn 等。 7、凸点主要制作方法(P47—P58) 蒸发/溅射凸点制作法、电镀凸点制作法、化学镀 凸点制作法、打球(钉头)凸点制作法、置球及 模板印刷制作焊料凸点、激光凸点制作法、移置 凸点制作法、柔性凸点制作法、叠层凸点制作法、 喷射Pb-Sn焊料凸点制作法。 8、FCB技术及可靠性(P70—P75) 热压FCB可靠性、C4技术可靠性、环氧树脂光固 化FCB可靠性、各向异性导电胶FCB可靠性、柔 性凸点FCB可靠性 9、C4焊接技术特点(P61) C4技术,再流FCB法即可控塌陷芯片连接特点: ①、C4除具有一般凸点芯片FCB优点外还可整个 芯片面阵分布,再流时能弥补基板的凹凸不平或 扭曲等;②、C4芯片凸点采用高熔点焊料,倒装 再流焊时C4凸点不变形,只有低熔点的焊料熔 化,这就可以弥补PWB基板的缺陷产生的焊接不 均匀问题;③、倒装焊时Pb-Sn焊料熔化再流时 较高的表面张力会产生“自对准”效果,这使对 C4芯片倒装焊时的对准精度要求大为宽松。 10、底封胶作用(P67) 保护芯片免受环境如湿气、离子等污染,利于芯

微电子封装技术论文范文

微电子封装技术论文范文 微电子封装技术是90年代以来在半导体集成电路技术、混合集成电路技术和表面组装技术(SMT)的基础上发展起来的新一代电子组装技术。下面是由 ___的微电子封装技术,谢谢你的阅读。 微电子封装技术的发展趋势 【摘要】本文论述了微电子封装技术的发展历程,发展现状和发展趋势,主要介绍了几种重要的微电子封装技术,包括:BGA 封装技术、CSP封装技术、SIP封装技术、3D封装技术、MCM封装技术等。 【关键词】微电子技术;封装 1.微电子封装的发展历程 IC 封装的引线和安装类型有很多种,按封装安装到电路板上的方式可分为通孔插入式(TH)和表面安装式(SM),或按引线在封装上的具体排列分为成列、四边引出或面阵排列。微电子封装的发展历程可分为三个阶段: 第一阶段:上世纪70 年代以插装型封装为主,70 年代末期发展起来的双列直插封装技术(DIP)。

第二阶段:上世纪80 年代早期引入了表面安装(SM)封装。比较成熟的类型有模塑封装的小外形(SO)和PLCC 型封装、模压陶瓷中的CERQUAD、层压陶瓷中的无引线式载体(LLCC)和有引线片式载体(LDCC)。PLCC,CERQUAD,LLCC和LDCC都是四周排列类封装,其引线排列在封装的所有四边。 第三阶段:上世纪90 年代,随着集成技术的进步、设备的改进和深亚微米技术的使用,LSI,VLSI,ULSI相继出现,对集成电路封装要求更加严格,I/O引脚数急剧增加,功耗也随之增大,因此,集成电路封装从四边引线型向平面阵列型发展,出现了球栅阵列封装(BGA),并很快成为主流产品。 2.新型微电子封装技术 2.1焊球阵列封装(BGA) 阵列封装(BGA)是世界上九十年代初发展起来的一种新型封装。BGA封装的I/O端子以圆形或柱状焊点按阵列形式分布在封装下面,BGA技术的优点是:I/O引脚数虽然增加了,但引脚间距并没有减小反而增加了,从而提高了组装成品率;虽然它的功耗增加,但BGA能用可控塌陷芯片法焊接,从而可以改善它的电热性能;厚度和

微电子加工工艺总结

1、分立器件和集成电路的区别 分立元件:每个芯片只含有一个器件;集成电路:每个芯片含有多个元件。 2、平面工艺的特点 平面工艺是由Hoerni于1960年提出的。在这项技术中,整个半导体表面先形成一层氧化层,再借助平板印刷技术,通过刻蚀去除部分氧化层,从而形成一个窗口。 P-N结形成的方法: ①合金结方法 A、接触加热:将一个p型小球放在一个n型半导体上,加热到小球熔融。 B、冷却:p型小球以合金的形式掺入半导体底片,冷却后,小球下面形成一个再分布结晶区,这样就得到了一个 pn结。 合金结的缺点:不能准确控制pn结的位置。 ②生长结方法 半导体单晶是由掺有某种杂质(例如P型)的半导体熔液中生长出来的。 生长结的缺点:不适宜大批量生产。 扩散结的形成方式 与合金结相似点: 表面表露在高浓度相反类型的杂质源之中 与合金结区别点: 不发生相变,杂质靠固态扩散进入半导体晶体内部 扩散结的优点 扩散结结深能够精确控制。 平面工艺制作二极管的基本流程: 衬底制备——氧化——一次光刻(刻扩散窗口)——硼预沉积——硼再沉积——二次光刻(刻引线孔)——蒸铝——三次光刻(反刻铝电极)——P-N结特性测试 3、微电子工艺的特点

高技术含量设备先进、技术先进。 高精度光刻图形的最小线条尺寸在亚微米量级,制备的介质薄膜厚度也在纳米量级,而精度更在上述尺度之上。超纯指工艺材料方面,如衬底材料Si、Ge单晶纯度达11个9。 超净环境、操作者、工艺三个方面的超净,如 VLSI在100级超净室10级超净台中制作。 大批量、低成本图形转移技术使之得以实现。 高温多数关键工艺是在高温下实现,如:热氧化、扩散、退火。 4、芯片制造的四个阶段 固态器件的制造分为4个大的阶段(粗线条): ①材料制备 ②晶体生长/晶圆准备 ③晶圆制造、芯片生成 ④封装 晶圆制备: (1)获取多晶 (2)晶体生长----制备出单晶,包含可以掺杂(元素掺杂和母金掺杂) (3)硅片制备----制备出空白硅片 硅片制备工艺流程(从晶棒到空白硅片): 晶体准备(直径滚磨、晶体定向、导电类型检查和电阻率检查)→ 切片→研磨→化学机械抛光(CMP)→背处理→双面抛光→边缘倒角→抛光→检验→氧化或外延工艺→打包封装 芯片制造的基础工艺 增层——光刻——掺杂——热处理 5、high-k技术

微电子封装技术的发展趋势

微电子封装技术的发展趋势 陆逢 (中国矿业大学材料学院,221116) 【摘要】 :论述了微电子封装的发展历程,发展现状和发展趋势,主要介绍了几种重要的微电子封装技术(BGA封装技术.CSP封装技术。MCM封装技术. 3D封装技术.SIP封装技术等)。封装技术的进步满足了人们的需求,促进了电子产业的发展. 【关键词】:微电子技术;封装;BGA; MCM ;3D封装 ; SIP 0引言 电子产品正朝着便携式、小型化、网络化和多媒体化方向发展[9],这种市场需求对电路组装技术提出了相应的要求,单位体积信息的提高和单位时间处理速度的提高成为促进微电子封装技术发展的重要因素。 封装承接承接集成电路的制作,是电子产品制造过程的重要环节,它保护芯片,并提供元器件之间的信号传递。人们对电子产品的要求逐步提高,因而对PCB的依赖性越来越大。PCB的制作逐步向高密度。多层化。细线路发展,电子产品也趋于轻.薄。密.小,推动了封装小型化[1]。 1 微电子封装的发展历程 集成电路封装的引线和安装类型有很多,按安装到电路板的方式可分通孔插入式和表面安装式,目前的电子封装主要采用表面贴装方式,通孔插入的方式已经很少使用,只用在在个别部件.集成电路封装的历史,其发展主要划分为三个阶段。 第一阶段,在二十世纪七十年代之前,以插装型封装为主。包括最初的金属圆形(TO型)封装,后来的陶瓷双列直插封装、陶瓷—玻璃双列直插封装和塑料双列直插封装(PDIP)。尤其是PDIP,由于性能优良、成本低廉又能批量生产而成为主流产品。 第二阶段,在二十世纪八十年代以后,以表面安装类型的四边引线封装为主。当时,表面安装技术被称作电子封装领域的一场革命,得到迅猛发展。与之相适应,一批适应表面安装技术的封装形式,如塑料有引线片式裁体、塑料四边引线扁平封装、塑料小外形封装以及无引线四边扁平封装等封装形式应运而生,迅速发展.由于密度高、引线节距小、成本低并适于表面安装,使PQFP 成为这一时期的主导产品。 第三阶段,在二十世纪九十年代以后,以面阵列封装形式为主。二十世纪九十年代初,集成电路发展到了超大规模阶段,要求集成电路封装向更高密度和更高速度发展[1]。 一般说来,微电子封装分为三级[14]。所谓一级封装就是在半导体圆片裂片以后,将一个或多个集成电路芯片用适宜的封装形式封装起来,并使芯片的焊区与封装的外引脚用引线键合(WB)、载带自动键合(TAB)和倒装芯片键合(FCB)连接起来,使之成为有实用功能的电子元器件或组件.一级封装包括单芯片组件(SCM)和多芯片组件(MCM)两大类.应该说,一级封装包含了从圆片裂片到电路测试的整个工艺过程,即我们常说的后道封装,还要包含单芯片组件(SCM)和多芯片组件(MCM)的设计和制作,以及各种封装材料如引线键合丝、引线框架、装片胶和环氧模塑料等内容。这一级也称芯片级封装。

微电子技术的发展

微 电子技术的发展 摘要:微电子技术是科技发展到一定阶段的时代产物,是对当今社会经济最具影响力的高新技术之一。本文主要对微电子技术的概念、发展及其在社会各大产业中的应用进行了浅析的探讨。 【关键词】微电子技术发展应用 微电子技术的核心技术是半导体集成电路,微电子技术的发展及应用影响我们生产生活的方方面面。对促使经济发展,人类的进步有着巨大的影响力。随着社会经济的发展,为了达到社会经济的发展对微电子技术的需求,实现社会经济在技术支持下快捷稳定发展,我们必须要不断地对微电子技术进行优化和改进,积极地探索更深层次的微电子技术知识,使微电子技术更好地服务于社会经济发展。相信微电子技术不仅是在当今,乃至未来社会发展中微电子技术必将是促使社会发展进步的主导产业。 1微电子技术的概念 微电子技术是信息化时代最具代表性的高新技术之一,它的核心技术半导体集成电路技,术由电路设计、工艺技术、检测技术、材料配置以及物理组装等购置技术体系。微电子技术基于自身集成化程度高,反应敏捷、占用空间较小等优势特点目前在有关涉及电子产业中得以广泛的应用。 2 微电子技术的发展现状 国外微电子的发展 自1965年发明第一块集成电路以来,特别是过去的十年中,全球微电子产业一直处于高速发展的时期,推动着信息产业的高速发展。集成电路产业及其产品是带动整个经济增长的重要因素。集成电路已发展到超大规模和甚大规模、深亚微米μ

m)精度和可集成数百万晶体管的水平,现在已把整个电子系统集成在一个芯片上。人们认为:微电子技术的发展和应用使全球发生了第三次工业革命。1965年,Intel 公司创始人之一的董事长Gorden Moore在研究存贮器芯片上晶体管增长数的时间关系时发现,每过18~24个月,芯片集成度提高一倍。这一关系被称为穆尔定律(Moores Law),一直沿用至今。自从20 世纪50 年代后期集成电路问世以来, 就一直追求在芯片上有更多的晶体管, 能够完成更多的功能, 从一代到下一代芯片的基本价格变化却很小, 这是由于较高的集成度导致完成每项功能的价格降低。这是驱动芯片发展的最基本动力。现在还在向更小的工艺发展。技术飞速的进步, 促使人们不断探究现代半导体器件最终的物理极限。 国内微电子发展 早在1965年,我国的集成电路就开始起步,而此时世界上最著名的芯片制造商英特尔还没有成立。由于体制等众多的原因,我国在这一领域与国外差距越来越大。目前,我国集成电路产业已具备了一定的发展规模,形成了从电路设计、芯片制造和电路封装三业并举,与集成电路有关的主要材料、测试设备、仪器等支持业也相继配套发展,在地域上呈现相对集中的格局,京津、苏浙沪、粤闽地区成为集成电路产业较为发达的区域。。我国集成电路设计业在过去的几年中有了长足的进步,高等院校、科研院所、企业从事集成电路设计的单位越来越多。然而国内集成电路设计企业规模,设计人员的平均数量还未达到国际同类公司的水平。随着信息时代的到来,微电子技术得以快速发展,在信息时代中扮演中重要角色,是影响时代发展的关键技术之一。从微电子技术的发展历程来看,上世纪五十年代贝尔实验室发明了晶体管,晶体管的面世标志着微电子技术的诞生。在随后的几年内经过科学家的不断努力,又发明了集成电路。集成电路的发明为后来的微型计算机的发明奠定了坚实的技术基础。直至上世纪七十年代,集成电路在微型计算机中的成功应用,标志着微电子技术的发展达到了空前的高度。随着微电子技术的进一步发展,以集成电路为核心的微电子技术经过科学家的优化和改进,较上世界刚诞生的微电子技术集成化程度足足提高了近500 万倍,另外在微电子技术产品体积方面也大大地缩小。一个微小的单独的集成片就能集成几千万个集体管。自改革开发以来,国家对微电

新型微电子封装技术

新型微电子封装技术 高尚通 杨克武 摘 要: 本论文综述了自;十世纪九十年代以来迅速发展的新型微电子封装技术,包括焊球阵列封装(BGA)、芯片尺寸封装(CSP)、圆片级封装(WLP)、三维封装(3D)和系统封装(SIP)等项技术。同时,叙述了微电子三级封装的概念。并对发展我国新型微电子封装技术提出了一些思索和建议。 关键词: 微电子封装;BGA;CSP;WLP;3D封装;SIP;三级封装 1 前言 集成电路产业已成为国民经济发展的关键,而集成电路设计、制造和封装测试是集成电路产业发展的三大产业之柱。这已是各级领导和业界的共识。微电子封装不但直接影响着集成电路本身的电性能、机械性能、光性能和热性能,影响其可靠性和成本,还在很大程度上决定着电子整机系统的小型化、多功能化、可靠性和成本,微电子封装越来越受到人们的普遍重视,在国际和国内正处于蓬勃发展阶段。本文试图综述自二十世纪九十年代以来迅速发展的新型微电子封装技术,包括焊球阵列封装(BGA)、芯片尺寸封装(CSP)、圆片级封装(WLP)、三维封装(3D)和系统封装(SIP)等项技术。介绍它们的发展状况和技术特点。同时,叙述了微电子三级封装的概念。并对发展我国新型微电子封装技术提出了一些思索和建议。 2 微电子三级封装 谈到微电子封装,首先我们要叙述一下三级封装的概念。一般说来,微电子封装分为三级,如图1所示。所谓一级封装就是在半导体圆片裂片以后,将一个或多个集成电路芯片用适宜的封装形式封装起来,并使芯片的焊区与封装的外引脚用引线键合(WB)、载带自动键合(TAB)和倒装芯片键合(FCB)连接起来,使之成为有实用功能的电子元器件或组件。一级封装包括单芯片组件(SCM)和多芯片组件(MCM)两大类。应该说,一级封装包含了从圆片裂片到电路测试的整个工艺过程,即我们常说的后道封装,还要包含单芯片组件(SCM)和多芯片组件(MCM)的设计和制作,以及各种封装材料如引线键合丝、引线框架、装片胶和环氧模塑料等内容。这一级也称芯片级封装。二级封装就是将一级微电子封装产品连同无源元件一同安装到印制板或其它基板上,成为部件或整机。这一级所采用的安装技术包括通孔安装技术(THT)、表面安装技术(SMT)和芯片直接安装技术(DCA)。二级封装还应该包括双层、多层印制板、柔性电路板和各种基板的材料、设计和制作技术。这一级也称板级封装。三级封装就是将二级封装的产品通过选层、互连插座或柔性电路板与母板连结起来,形成三维立体封装,构成完整的整机系统,这一级封装应包括连接器、迭层组装和柔性电路板等相关材料、设计和组装技术。这一级也称系统级封装。所谓微电子封装是个整体的概念,包括了从一极封装到三极封装的全部技术内容。在国际上,微电子封装是一个很广泛的概念,包含组装和封装的多项内容。微电子封装所包含的范围应包括单芯片封装(SCP)设计和制造、多芯片封装(MCM)设计和制造、芯片后封装工艺、各种封装基板设计和制造、芯片互连与组装、封装总体电性能、机械性能、热性能和可靠性设计、封装材料、封装工模夹具以及绿色封装等多项内容。有人说,微电子封装就是封装外壳;又有人说微电子封装不过是无源元件,不可能是有源;还有人说,微电子封装不过是个包封体,可有可无,等等。这些看法都是片面的,不正确的。我们应该把现有的认识纳入国际微电子封装的轨道,这样既有利于我国微电子封装界与国外的技术交流,也有利于我国微电子封装自身的发展。 1

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