集成电路封装的设计陶瓷封装外壳芯片低熔点玻璃陶瓷盖板
集成电路的封装种类
带缓冲垫的四侧引脚扁平封装。QFP 封装之一，在封装本体的四个角设置突起(缓冲垫) 以 防止在运送过程中引脚发生弯曲变形。美国半导体厂家主要在微处理器和ASIC 等电路中 采用 此封装。引脚中心距0.635mm，引脚数从84 到196 左右(见QFP)。
20、CQFP(quad fiat package with guard ring)
带保护环的四侧引脚扁平封装。塑料QFP 之一，引脚用树脂保护环掩蔽，以防止弯曲变 形。 在把LSI 组装在印刷基板上之前，从保护环处切断引脚并使其成为海鸥翼状(L 形状)。 这种封装 在美国Motorola 公司已批量生产。引脚中心距0.5mm，引脚数最多为208 左右。
带引脚的陶瓷芯片载体，表面贴装型封装之一，引脚从封装的四个侧面引出，呈丁字形 。 带有窗口的用于封装紫外线擦除型EPROM 以及带有EPROM 的微机电路等。此封装也称为 QFJ、QFJ－G(见QFJ)。
8、COB(chip on board)
板上芯片封装，是裸芯片贴装技术之一，半导体芯片交接贴装在印刷线路板上，芯片与 基 板的电气连接用引线缝合方法实现，芯片与基板的电气连接用引线缝合方法实现，并用 树脂覆 盖以确保可靠性。虽然COB 是最简单的裸芯片贴装技术，但它的封装密度远不如TAB 和 倒片 焊技术。
31、MQFP(metric quad flat package)
按照JEDEC(美国联合电子设备委员会)标准对QFP 进行的一种分类。指引脚中心距为 0.65mm、本体厚度为3.8mm～2.0mm 的标准QFP(见QFP)。
32、MQUAD(metal quad)
美国Olin 公司开发的一种QFP 封装。基板与封盖均采用铝材，用粘合剂密封。在自然空 冷 条件下可容许2.5W～2.8W 的功率。日本新光电气工业公司于1993 年获得特许开始生产 。
厚膜电路封装-常
厚膜电路的封装厚膜电路在完成组装工序后，通常还需要给予某种保护封装，以免受各种机械损伤和外界环境的影响，并提供良好的散热条件，保证电路可靠地工作，封装除对混合电路起机械支撑、防水和防磁、隔绝空气等的作用外，换具有对芯片及电连线的物理保护、应力缓和、散热防潮、尺寸过度、规格标准化等多种功能。
电路可以采用金属、陶瓷、玻璃和树脂等封装。
厚膜电路的一个优点就是它能在封装保护较差的条件下正常地工作。
金属封装 按外壳的材料分类 陶瓷封装塑料封装气密性封装：是对工作环境气密的保护，金属封装和陶瓷封装属该封装。
非气密性封装：则是可以透气的，塑料封装一般为该封装。
一、封装材料：厚膜集成电路封装的作用之一就是对芯片进行环境保护，避免芯片与外部空气接触。
因此必须根据不同类别的集成电路的特定要求和使用场所，采取不同的加工方法和选用不同的封装材料，才能保证封装结构气密性达到规定的要求。
按外壳材料分为金属封装、陶瓷封装、塑料封装、树脂封装等。
集成电路早起的封装材料是采用有机树脂和蜡的混合体，用充填或灌注的方法来实现封装的，显然可靠性很差。
也曾应用橡胶来进行密封，由于其耐热、耐油及电性能都不理想而被淘汰。
目前使用广泛、性能最为可靠的气密密封材料是玻璃-金属封接、陶瓷-金属封装和按气密性分类低熔玻璃-陶瓷封接。
处于大量生产和降低成本的需要，塑料模型封装已经大量涌现，它是以热固性树脂通过模具进行加热加压来完成的，其可靠性取决于有机树脂及添加剂的特性和成型条件，但由于其耐热性较差和具有吸湿性，还不能与其他封接材料性能相当，尚属于半气密或非气密的封接材料。
全密封封装适合于高可靠性应用。
通常，全密封的漏气率应不大于10-8cm3/S。
为了保证密封的高质量，首先必须可靠地气密密封全部外引线，待电路板接入外壳后，再要求对壳底和壳盖进行优质焊接。
在气密封装中，典型的密封组合主要有金属之间、金属和陶瓷之间、金属和玻璃之间及陶瓷之间的密封。
序号形式方法1 金属-金属封接如金属外壳，目前最常用的方法是电路熔焊法，此外还可用锡焊、冷压焊和电子束、激光熔焊等。
芯片封装(Chip Package)类型70种
芯片封装(Chip Package)类型70种芯片封装：指把硅片上的电路管脚，用导线接引到外部接头处，以便与其它器件连接。
Chip Package: The housing that chips come in for plugging into (socket mount) or soldering onto (surface mount) the printed circuit board. Creating a mounting for a chip might seem trivial to the uninitiated, but chip packaging is a huge and complicated industry. The ability to provide more and moreI/O interconnections to a die (bare chip) that is increasingly shrinking in size is an ever-present problem. In addition, the smaller size of the package contributes as much to the miniaturization of cellphones and other handheld devices as the shrinking of the semiconductor circuits.封装类型70种, 其中最常用的就是ＤＩＰ和ＳＯ（ＳＯＰ），即双插直列和小型贴片70种IC封装术语1、BGA(ball grid array)球形触点陈列，表面贴装型封装之一。
在印刷基板的背面按陈列方式制作出球形凸点用以代替引脚，在印刷基板的正面装配LSI 芯片，然后用模压树脂或灌封方法进行密封。
也称为凸点陈列载体(PAC)。
引脚可超过200，是多引脚LSI 用的一种封装。
微电子封装技术
印制板
回流炉
球栅阵列型封装BGA的优点 A、与QFP相比，可进一步小型化、多端子化，400端子以上 不太困难。 焊料微球凸点
印制板
B、球状电极的不会变形 C、熔融焊料的表面张力作用，具有自对准效果，实 装可靠性高，返修率几乎为零 D、实装操作简单，对操作人员的要求不高
日本厂家把主要精力投向QFP端子间距精细化方面， 但是未能实现0.3mm间距的多端子QFP，因为日本厂家认 为BGA实装后，对中央部分的焊接部位不能观察。
三次重大变革 直插式 表面贴装式 芯片尺寸封装
DIP SMT CSP
DIP
双列直插式封装结构
PGA
Pin Grid Array
平面栅阵电极封装
背面
集成电路管脚的不断增加，可达3000个管脚， 使得只在四周边设置引脚遇到很大困难
封装技术的第一次重大变革
插装技术
20世纪70年代中期
表面贴装技术
DIP
第七章
微电子封装技术
封装的作用
电功能：传递芯片的电信号 机械化学保护功能：保护芯片与引线 散热功能：散发芯片内产生的热量 防潮 抗辐照 防电磁干扰
集成电路产业
设计、制造、封装
据估计我国集成电路的年消费将达到932亿 美圆，约占世界市场的20%，其中的30%将用于 电子封装，则年产值将达几千亿人民币， 现在每年全国大约需要180亿片集成电路， 但我们自己制造，特别是封装的不到20% 先进封装技术的发展使得日本在电子系统、 特别是日用家电消费品的小型化方面一度走在了 世界之前
小型平面J 形引线式封装
引脚向内弯曲
3、QFP ：quad flat package
四周平面引线式封装
引脚向外弯曲 背面
陶瓷封装类型
陶瓷封装类型一、引言陶瓷封装是一种常见的电子封装技术，广泛应用于电子器件的封装和保护中。
不同的陶瓷封装类型适用于不同的应用场景和需求，本文将介绍几种常见的陶瓷封装类型及其特点。
二、DIP封装DIP（Dual Inline Package）封装是一种常见的陶瓷封装类型，其特点是引脚以双列排列，并且在两侧呈直线状。
DIP封装适用于插拔式电子元件，如集成电路和二极管等，具有较好的耐高温性能和机械强度。
DIP封装广泛应用于电子设备中，如计算机、电视机、音响等。
三、SIP封装SIP（Single Inline Package）封装是一种类似于DIP封装的陶瓷封装类型，其特点是引脚以单列排列，并且在一侧呈直线状。
SIP 封装相较于DIP封装更加紧凑，适用于空间有限的应用场景。
SIP 封装常见于一些小型电子设备，如手机、数码相机等。
四、COB封装COB（Chip on Board）封装是一种将芯片直接粘贴在PCB上的陶瓷封装类型。
COB封装具有封装密度高、尺寸小、可靠性高等优点，广泛应用于LED显示屏、汽车电子和医疗器械等领域。
COB封装技术可以提高电子设备的集成度和性能，并且降低成本。
五、CSP封装CSP（Chip Scale Package）封装是一种封装尺寸与芯片尺寸相当的陶瓷封装类型。
CSP封装具有体积小、重量轻、功耗低等特点，适用于移动设备和便携式电子产品。
CSP封装能够实现更高的芯片集成度和更好的散热性能，是当前电子封装技术的重要发展方向之一。
六、QFN封装QFN（Quad Flat No-leads）封装是一种无引脚平面封装，其特点是引脚位于封装底部，不露出封装外面。
QFN封装具有体积小、容易焊接、热特性好等优点，广泛应用于无线通信设备、汽车电子和工业控制等领域。
QFN封装的引脚设计使得电子器件更加稳固可靠，适合于各种恶劣环境。
七、总结陶瓷封装类型多样，适用于不同的电子器件和应用场景。
DIP封装适用于插拔式元件，SIP封装适用于空间有限的场景，COB封装提高了集成度和性能，CSP封装满足了体积小和功耗低的需求，QFN 封装具有好的热特性和可靠性。
微电子封装设计
用介电常数较小的介质作基板材料，有利于降低内连线的传输延
迟时间。
电路总延迟时间由各元件的延迟之和组成，不同的 生产厂家，由于电路和封装的加工及处理方法不同而可 能引起的最大实际延迟也是不同的。
芯片 封装体
芯片
封装外壳
单芯片封装电路板
印制板
多芯片封装电路板 可大幅度减小封体积 减少互连线的长度与时延
§1.2 传输线的损耗
(1) 在信号导体和参考层（接地层与电源层）回路中用的金
属材料如铜、铝等存在电 阻，电流流过时引起欧姆损耗。 (2)
由于介质材料对电磁波的吸收造成的损耗。 (3)
传输线的部分能量向外辐射引起的损耗。当传输线的横截 面尺寸远小于传输波长时，这部分损耗可以忽略，只有在传输 线的 不均匀处辐射损耗才较显著。
(1 j)
J=Jse s
式中Js——导体表面的电流密度； χ——沿导体表面法线方向的坐标(m)； δs——趋肤深度(m)
电流的趋肤效应
可见，当频率较高，存在趋肤效应时，就不能简单按式（13-18） 计算导线的电阻。由于电流只分布于表面局部范围，导体有效截面积 必小于实际截面积，导体的实有电阻比式（13-18）计算所得的结果大。
§1.5 同步开关噪声
在高速数字系统中，当器件的多个输出端同时转换 时，在电源层或地线层会产生大的过渡电流，电流的大小 与电路工艺密切相关，CMOS电路的过渡电流最大，TTL 和ECL电路的过渡电流要小一些。以图5-19的CMOS电路 为例，当一个缓冲器（驱动器）的输出从高电平变为低电 平时，与驱动器相连的负载电容通过对地放电。当过渡电 流流过封装(分布)电感时，就产生噪声电压，称为同步开 关噪声，也称为Δ噪声。一般地，电源层噪声比地线层噪 声要小得多，有时同步开关噪声仅指地线层噪声，简称为 地跳动噪声。
电子封装用低熔点玻璃调研报告 ppt课件
低熔点玻璃的应用
玻璃类材料作为封接材料的一种，由于 其在气密性和耐热性方面优于有机高分子材 料，在电绝缘性能方面又优于金属材料[2]，因 而可应用于微电子(IC)封装、激光和红外技术、 航空航天、能源、机械加工行业、化学工业、 工业测量等领域。 低熔玻璃通常是以浆料的形式、作为陶 瓷等材料的封接剂用于电子封装。
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低熔点玻璃用于电子封装的 优势与前景分析
前景展望
电子元器件的密封与电子元器件本身及电子设备的 性能息息相关 ， 因此对封接技术 、 材料的要求也极高。 航天工程等领域要求玻璃封接材料具有非常可靠的 综合性能，强调如何提高封接玻璃与被封接材料的封接 性能、保证高真空度。[9] 低熔玻璃具有十分重要的研究意义，深受材料界学 者和材料与集成电子行业的喜爱。目前有大量研究在不 断进行，这些研究主要集中在 磷酸盐、 钒酸盐和铋酸盐玻璃 等几个玻璃系统[10]。
ppt课件 [注释]2.甄国青译．封接玻璃【J】．电子陶瓷，1989.1 4
低熔点玻璃的实现
•
低熔点玻璃粉作为电子浆料成分，应用于微电子封装 行业。低熔点玻璃粉的制备通常是以硼硅酸盐玻璃为主要 成分，常见的玻璃系统有Bi2O3-B2O3-BaO系和Bi2O3B2O3-ZnO系。 在已有的各类实验研究中，发现：
1）在Bi2O3-B2O3-BaO系统玻璃中，
当用Bi2O3代替B2O3时，随着Bi2O3含 量不断增加，[BO3]三角体的形式被打 破，[BiO4]四面体结构逐步增多,使得 玻璃结构由硼氧骨架为主逐步转换到 以铋氧骨架结构为主。玻璃的软化点 随着Bi3+的增加而降低，膨胀系数变 大，而玻璃的耐酸性也随着Bi2O3含量 的增加逐步提高。[3]
芯片封装大全(图文对照)
封装有两大类；一类是通孔插入式封装(through-hole package)；另—类为表面安装式封装(surface moun te d Package)。
每一类中又有多种形式。
表l和表2是它们的图例，英文缩写、英文全称和中文译名。
图6示出了封装技术在小尺寸和多引脚数这两个方向发展的情况。
DIP是20世纪70年代出现的封装形式。
它能适应当时多数集成电路工作频率的要求，制造成本较低，较易实现封装自动化印测试自动化，因而在相当一段时间内在集成电路封装中占有主导地位。
但DIP的引脚节距较大(为2.54mm)，并占用PCB板较多的空间，为此出现了SHDIP和SKDIP等改进形式，它们在减小引脚节距和缩小体积方面作了不少改进，但DIP最大引脚数难以提高(最大引脚数为64条)且采用通孔插入方式，因而使它的应用受到很大限制。
为突破引脚数的限制，20世纪80年代开发了PGA封装，虽然它的引脚节距仍维持在2.54mm或1.77mm，但由于采用底面引出方式，因而引脚数可高达500条～600条。
随着表面安装技术(surface mounted technology, SMT)的出现，DIP封装的数量逐渐下降，表面安装技术可节省空间，提高性能，且可放置在印刷电路板的上下两面上。
SOP应运而生，它的引脚从两边引出，且为扁平封装，引脚可直接焊接在PCB板上，也不再需要插座。
它的引脚节距也从DIP的2.54 mm减小到1.77mm。
后来有SSOP和TSOP改进型的出现，但引脚数仍受到限制。
QFP也是扁平封装，但它们的引脚是从四边引出，且为水平直线，其电感较小，可工作在较高频率。
引脚节距进一步降低到1.00mm，以至0.65 mm和0.5 mm，引脚数可达500条，因而这种封装形式受到广泛欢迎。
但在管脚数要求不高的情况下，SOP以及它的变形SOJ(J型引脚)仍是优先选用的封装形式，也是目前生产最多的一种封装形式。
方形扁平封装-QFP (Quad Flat Package)[特点] 引脚间距较小及细，常用于大规模或超大规模集成电路封装。
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封装外壳的设计要求
外壳设计的主要原则
外壳设计是一项综合性工作，需要对总体布局、结构尺寸、 材料选择以及制造工艺和成本等方面进行分折选定出一个最佳 方案。
外壳设计最主要考虑的问题
电性能、热性能和使用场所，
电设计和热设计
（1）外壳的电性能设计原则 对任一集成电路的封装外壳都要求具有一定的电性能， 以保证相互匹配而不致对整个集成电路的性能产生失误或失 队其中又以超高频外壳更为突出。
第五章
微电子封装技术
一、集成ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ路封装的设计
芯片 陶瓷盖板 低熔点玻璃
封装外壳的设计 陶瓷封装外壳 导电胶 金属化布线 封接的设计
引线和引线架的设计
二、集成电路封装的设计
芯片 陶瓷盖板 低熔点玻璃
陶瓷封装外壳
封装外壳的设计
封接的设计
引线和引线架的设计
1、封装外壳的设计
集成电路外壳是构成集成电路整体的一个主要组成部分。 它不仅仅对集成电路芯片起着一个单纯的机械保护和芯片电 极向外过渡连接的作用，而且对集成电路芯片的各种 功能参数的正确实现和电路使用场所要求的环境条件，以及 体现电路特点，都起着根本的保证作用。
在进行封装外壳的热设计时，需要估计集成电路芯片 由于电功率的热效应所产生的热量如何通过外壳散发到周 围环境中去。
散热问题
IC芯片
封装树脂
内引线
基板
氧化铝、氮化硅、氧化铍
改善底座和散热板的接触状态 加大散热板的面积 改变散热材料，将散热板的热阻降低。
2、引线和引线架的设计
引线和引线框架是构成集成电路封装外壳的主要组成零 件。它的作用就是通过引线能够把电路芯片的各个功能瑞与 外部连接起来。由于集成电路的封装外壳的种类甚多，结构 形成也不一样，因此其引线的图形尺寸和使用材料也都各有 特点，在集成电路使用过程中，由于引线加工和材料使用不 当而造成封装外壳的引线断裂和脱焊等事例为数不少，因而 如何提高引线质量、改进制造技术和开发一些新型引线是很 重要的。
引线的结构尺寸是根据封装外壳整体要求来设计的。 如金属圆形外壳，其引线是直接封接在电真空玻璃中，为 了便于与内引线键合，上端焊接点要求平整、光洁，甚至 要求打平以增加焊接面积。因此这种引线都是圆形的，是 用金属丝材或棒材加工而成的。 对于各类扁平式和双列式外壳，其引线有的是封接在 电真空玻璃中；有的是钎焊在陶瓷基体的侧面或底面l， 因此这种引线都是矩形的，是用金属带材或板材冲压而成 的。这种引线除了要保证两引线间具有一定的距离外，而 且在使用时要按一定的规格进行排列和不致松散，所以要 设计成引线框架形式。这样在集成电路组装中它既能起到 整齐排列的作用，也能达到保护引线的目的(在老化测试 前，剪去多余的连条部分，就成为我们所需要的引线)。
①分布电容和电感 当集成电路处在超高频状态下工作时，由于外壳金属体 所形成的分布电容和分布电感常会起不必要的反馈和自激， 从而使集成电路的功率增益下降、损耗增加，所以在一般情 况下，都希望外壳的分布电容与分布电感愈小愈好。
②特性阻抗 在超高频范围内工作的集成电路，当传输线中有信号传递 时，如在中途因阻抗不匹配就会引起信号反射损耗，使传输 的信号减弱。因此，要求外壳能保证电路有恒定特性阻抗值 (国内一般使用50Ω或75Ω的传输线)。 ’ ③电磁屏蔽 在放大电路中，当使用金属外壳时，由于屏蔽作用使 金属外壳相当于一只矩形波导，在这波导中，放大电路的 各级元器件都对它起电磁场的激励作用，其中以末级元器 件的激励最强，这样因屏蔽外壳的耦合，很容易引起寄生 反馈。为了消防这些影响，应将外壳做得长一点。
④引线电阻 集成电路封装外壳的引线电阻决定于所用的材料和引 线的几何形状。在陶瓷外壳中，引线电阻又与陶瓷金属化 材料和图形尺寸有关。若引线电阻过大，则会使电路增加 一个不必要的电压降，从而使整个电路的功耗增大，并且 影响了电路的性能。
⑤绝缘电阻
集成电路封装外壳的绝缘电阻，通常是两相邻的引线间或任一引 线与金属底座间的电阻值。这个数值的大小不仅与引线间的距离和外 壳结构有关，也与绝缘体的绝缘性能与环境条件有关。 外壳绝缘电阻的降低将会导致电极问的漏电流增大，使整个集成 电路的性能下降或变坏，这对MOS集成电路则更为突出。 绝缘电阻可分为体积电阻和表面电阻．前者的性能好坏决定于本 身内在的物质结构．而后者则与所处环境条件及材料表面状态有关， 特别是水分、潮气对材料表面电阻影响甚大。因此在进行封装外壳设 计时，要注意结构安排的合理性，并考虑到材料加工后的表面状态， 应尽量选用一些表面抗电强度和绝缘电阻高的材料。
⑥ 光电外壳
在实际应用中具有光电转换性能的集成电路已经为数不 少，数字电路中的可改写只读存储器(EPROM)则是其中最好 的一个例子。但是要使集成电路能够具备这样的功能，就必 须要有一个类似窗户一样的结构，使各种不同的光能够透射 进去，这样才能达到光电转换的目的。为此这类集成电路的 封装外壳需具有特殊的“光窗”结构形式。 这类具有光窗的集成电路封装外壳，我们称它为光电外 壳， 光窗的结构和所用的材料是设计光电外壳时应考虑的主 要问题。 首先要搞清楚需要透过什么样波长的光，如红外光、紫 外光或可见光；其次是透光的强度；最后还要考虑外壳对其 他不需要的光如何进行掩蔽，这样才能根据已知的条件来进 行设计光电外完。
3、封接设计
封接材料
根据低温封接的特定要求，封接材料必须具备以下几个条件： ①封接材料的软化温度要低，应保证能在足够低的温度条件下进 行封接，以免封接温度过高而导致芯片上金属连线球化或引线框架 变形变坏；同时在封接温度下封接材料的粘度应在1—200Pa· s范 围之间，使封接材料既充分而又不过份地在封接面上流动； ②封接材料的线膨胀系数应能和被焊的陶瓷、金属相匹配，从而 保证封接件具有一定的封接强度和经受得住诸如温度、气候和机械 等一系列的环境考验。如果和被焊材料的线膨胀系数相差甚远，则 在封接后封接材料中残存应力将使封接材料遭到破坏，从而使封接 强度大大降低和无法保证封接体的气密性； ③当金属用封接材料封接时，要求封接材料对金属有良好的浸润 性，同时，为获得牢固的封接强度，要求封接材料能够扩散到金属 表面的氧化层中去； ④ 在与水、空气或其他介质相接触时，封接材料应仍具有良好 的化学稳定性和绝缘性能， ⑤ 在封接过程中，不能由封接材料中产生有害物质，使之挥发 或溅落在电路芯片或其他部位上，从而导致集成电路性能变坏或完 全失效。
（2）外壳的热性能设计原则
随着集成电路的组装密度不断增大，将导致功率密度也 相应的提高，集成电路单位体积发热量也有所增加。在外壳 结构设计上如果不能及时地将芯片内所产生的热量散发出去， 设法抑制集成电路的温升，必然对集成电路的可靠性产生极 为严重的影响。为此，封装外壳的热设计是一个至关重要的 课题。