第四章微电子封装的基板技术(1)
微电子封装的技术ppt
后段封装流程
划片
装片
将制造好的半导体芯片从晶圆上分离出来， 成为独立的个体。
将独立的半导体芯片按照一定的顺序和方式 装入封装壳内。
引线键合
打胶
通过金属引线将半导体芯片的电极与封装壳 的引脚相连，实现电路连接。
用环氧树脂等材料将半导体芯片和引线进行 固定和密封，以保护内部的电路。
封装测试流程
功能测试
信号完整性
高速信号传输过程中需要考虑信号完整性，包括 信号幅度、时间、相位等因素。
时序优化
高速信号传输需要优化时序关系，确保信号传输 的稳定性和可靠性。
高性能化趋势
多核处理器
采用多核处理器技术，提高计 算速度和性能。
GPU加速
采用GPU加速技术，提高图像处 理、人工智能等应用的性能。
存储器集成
将存储器与处理器集成在同一封装 内，提高数据处理速度和性能。
陶瓷材料
具有高导热、高绝缘、高强度和化学稳定性等特点，是微电子封装中应用最广泛 的材料之一，包括氧化铝、氮化硅和碳化硅等。
塑料材料
具有成本低、易加工和重量轻等特点，是微电子封装中应用最广泛的材料之一， 包括环氧树脂、聚酰亚胺和聚醚醚酮等。
最新封装设备
自动测试设备
用于检测芯片的性能和质量，包括ATE(Automatic Test Equipment)和ETE(Electronic Test Equipment)等。
其他领域
医疗设备
微电子封装技术可以实现医疗设备的信号传输和处理，提高医 疗设备的性能和稳定性。
航空航天
微电子封装技术可以实现航空航天设备的信号传输和处理，提高 航空航天的性能和稳定性。
智能家居
微电子封装技术可以实现智能家居设备的信号传输和处理，提高 智能家居的性能和稳定性。
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
微电子封装技术研究及应用
微电子封装技术研究及应用微电子封装技术是一门关键性技术，它将集成电路芯片载体、金属电路、封装芯片等元器件加工、组装、测试等工艺流程纳入其中，从而促进微电子器件的应用。
微电子封装技术的应用已经涵盖了现代工业、军事、航空航天、生物医药、环境监测等众多领域，并且逐渐成为一个新兴产业。
本文将从介绍微电子封装技术的发展历程、技术特点、封装工艺流程和应用等方面来论述微电子封装技术的研究与应用。
一、微电子封装技术的发展历程微电子封装技术始于20世纪70年代，当时工业界主要采用前后端分离的封装工艺，即半导体芯片与封装基板分别制造，然后通过钎焊、粘接等技术将芯片和基板之间连接在一起，并且使用塑料等材料进行封装。
早期的微电子封装技术主要采用贴片、线接触等手段封装电子元器件，其封装密度较低，封装的线宽较粗，设备自动化程度较低，生产效率和产品质量受制于环境温度等因素，这限制了其应用范围与质量。
随着人们对于微电子元器件性能和系统可靠性的需求不断提高，微电子封装技术也随之发展。
在1990年左右，随着微电子芯片的不断发展与完善，微电子封装技术也得到新的提升。
特别是向网络、通讯、数字多媒体等方面发展的需求，又催生了BGA（球栅式封装）等具有高密度、高性能、高可靠性的全新微电子封装。
此外，微电子封装技术在应用领域的不断扩展，使得它成为了维护现代电子产业发展的重要的技术支撑。
二、微电子封装技术的技术特点1、高密度：传统封装技术用于连接芯片和基板时，间距较大，因而封装密度偏低，无法满足复杂封装的需求。
而微电子封装技术采用了球栅封装，封装器件体积小、密度高，相应地塑性线也变细，不仅提高了封装的稳定性，同时增大了集成度。
2、高速度：现代微电子封装技术采用的是自动化生产线，这种生产线能够快速而准确地完成系统的加工，能够大大提高制造效率和生产速度，进而保证封装产品的稳定性。
3、高可靠性：随着封装器件精度的提高，封装工艺的稳定性也得到了保证。
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COBMEMS: 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：图1 各个封装层次对应的产品4 从芯片和系统角度简述微电子技术发展对封装的要求（1）对于单一的芯片，片上集成的功能比较少时，对封装技术要求不太高，但是在芯片上集成系统时（SOC），随着尺寸的减小，将模拟、射频和数字功能整合到一起的难度随之增大，这样在封装工艺上难度会加大，比如，SOC芯片上包含有MEMS或者其他新型的器件，即使解决了在芯片上制作的工艺兼容问题，还将面临封装的难题。
微电子封装技术实验指导书
《微电子封装技术》实验指导书适用专业：微电子制造工程桂林电子科技大学目录实验一BGA返修实验 (1)实验二引线键合实验 (11)1实验一 BGA返修实验一、 实验目的和意义1．实验目的①通过实验使学生进一步地了解BGA CSP/QFP的检测与返修的工艺流程。
②掌握现有返修台和AOI(自动光学检测仪)的结构原理、使用性能和操作方法。
③通过实验使学生对BGA CSP/QFP的检测与返技术有更深一层了解。
2．实验的意义随着BGA封装器件的出现并大量进入市场，针对高封装密度、焊点不可见等特点，电子制造厂商要控制BGAs的焊装质量，需充分运用高科技工具和手段，通过使用新的工艺方法，采用与之相适应、相匹配的检测手段，进一步提高BGAs的焊装质量的检测技术水平。
只有这样，生产过程中的质量问题才能得到控制。
同时，把在检测过程中反映出来的问题反馈直接到生产工艺中去加以解决，将会大大地减少返修工作量。
学生通过实验，进一步地了解、掌握BGAs的焊装质量检测技术，为今后工作打下良好基础。
二、 实验内容和要求1．掌握IR550A型返修台的基本组成。
2．了解并掌握BGA CSP/QFP返修工艺技术的内容及其特点。
3．了解并熟悉现有仪器设备的工作原理及其使用性能和操作方法。
4．了解并掌握在实际生产中，成品电路板（PCP）常见的问题。
5．了解BGA焊球植球的工艺流程。
6．了解BGA焊后如何进行质量检测。
三、 实验仪器与设备1、IR550A型的返修台 1台2、AOI-X-Ray-SCOPE 1台3、PCB板 若干块4、BGA芯片 若干颗5、锡求模具 1套6、吸锡带 1卷7、免清洗的助焊膏 1支8、植球专用镊子 1把四、仪器设备的原理和特点本实验室目前现有的返修台是由德国埃莎公司生产的IR550A型的红外返修台。
在80年代后期的相当一段时期内，大多数红外回流焊设备都是被热风回流焊设备所替代。
在红外回流焊设备中，其主要功能是对整块电路板进行焊接，由于板子、元器件、引脚等不同颜色对红外辐射的吸收率和反射率是不同的，以致造成电路板上各元器件的热量分布不均匀，焊接质量难予保证，这就是红外辐射加热的色敏现象。
第四讲微系统封装技术-倒装焊技术ppt课件
UBM 凸点形成
Pb/Sn bump Si Chip
Solder Wetting Layer Adhesion / Barrier Layer Al pad
Passivation Layer
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
第一步：凸点底部金属化 （UBM）
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
该技术是在铝的表面沉积一层锌，以防止铝发生氧化，该技术的反应原理如下：
经营者提供商品或者服务有欺诈行为来自的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
锌酸盐处理步骤
• 清洗：清理铝表面的轻度污染，通常采用碱性清洗剂。
优点： 1.互连线很短，互连产生的电容、电阻电感比引线键合和载带自动焊小得多。从而 更适合于高频高速的电子产品。 2.所占基板面积小，安装密度高。可面阵布局，更适合于多I/O数的芯片使用。 3.提高了散热热能力，倒装芯片没有塑封，芯片背面可进行有效的冷却。 4.简化安装互连工艺，快速、省时，适合于工业化生产。 缺点： 1.芯片上要制作凸点，增加了工艺难度和成本。 2.焊点检查困难。 3.使用底部填充要求一定的固化时间。 4.倒装焊同各材料间的匹配所产生的应力问题需要解决。
微电子封装的概述和技术要求
微电子封装的概述和技术要求
近年来，各种各样的电子产品已经在工业、农业、国防和日常生活中得到了广泛的应用。
伴随着电子科学技术的蓬勃发展，使得微电子工业发展迅猛，这很大程度上是得益于微电子封装技术的高速发展。
当今全球正迎来以电子计算机为核心的电子信息技术时代，随着它的发展，越来越要求电子产品要具有高性能、多功能、高可靠、小型化、薄型化、便捷化以及将大众化普及所要求的低成等特点。
这样必然要求微电子封装要更好、更轻、更薄、封装密度更高，更好的电性能和热性能，更高的可靠性，更高的性能价格比。
一、微电子封装的概述
1、微电子封装的概念
微电子封装是指利用膜技术及微细加工技术，将芯片及其他要素在框架或基板上布置、粘贴固定及连接，引出连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。
在更广的意义上讲，是指将封装体与基板连接固定，装配成完整的系统或电子设备，并确定整个系统综合性能的工程。
2、微电子封装的目的
微电子封装的目的在于保护芯片不受或少受外界环境的影响，并为之提供一个良好的工作条件，以使电路具有稳定、正常的功能。
3、微电子封装的技术领域
微电子封装技术涵盖的技术面积广，属于复杂的系统工程。
它涉及物理、化学、化工、材料、机械、电气与自动化等各门学科，也使用金属、陶瓷、玻璃、高分子等各种各样的材料，因此微电子封装是一门跨学科知识整合的科学，整合了产品的电气特性、热传导特性、可靠性、材料与工艺技术的应用以及成本价格等因素，以达到最佳化目的的工程技术。
在微电子产品功能与层次提升的追求中，开发新型封装技术的重要性不亚于电路的设计与工艺技术，世界各国的电子工业都在全力研究开发，以期得到在该领域的技术领先地位。
微电子封装的技术
微电子封装的技术
一、微电子封装技术
微电子封装技术是一种具有重要意义的组装技术，指的是将电子元器
件以及各种电路片，封装在一块小型的基板上，以满足电子系统的整体功
能要求。
它包括电路打孔、抹焊、封装层、精细测试和安装等组装工序，
也是电子设备中主要的结构技术之一
1、电路打孔
在打孔前必须进行电路的布局设计，确定打孔位置和孔径，保证元件
的正确安装，以及使孔径和电路块之间的间距符合规范。
在微型电路中，
电路打孔技术主要有两种：以激光电路打孔技术为主，以电火焊技术为辅，以确保其质量和可靠性。
2、抹焊
抹焊是指在电路板上通过焊锡来固定电子元件的一种技术，具有紧密
牢固的焊接效果。
抹焊时首先要按照设计图纸上的规格，将元件安装在电
路板上，再通过焊锡等抹焊材料将元件焊接到电路板上，保证了元件之间
的连接牢固，稳定可靠。
3、封装层
封装层是把一块电路块封装在一块可拆卸的塑料外壳里，具有较好的
封装效果，还可以防护电路板免受灰尘、湿气、油渍等外界因素的侵袭。
封装层还可以减少电路板上元件之间的相互干扰，提高了元器件的工作稳
定性和可靠性
4、精细测试。
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4.1 概论 4.2 基板分类 4.3 有机基板 4.4 陶瓷基板 4.5 低温共烧陶瓷基板 4.6 其他类型的无机基板 4.7 复合基板
4.1概论
基板是实现元器件功能化、组件化的一个平台，是 微电子封装的重要环节。随着集成电路芯片技术和组 装技术的持续发展，对基板技术性能方面的要求也越 来越高。因此，基板技术将面临来自三个不同方面的 挑战：
(1) 微电子芯片发展的要求，即大面积化、针脚四边引出 和表面贴装化、引脚阵列化和引脚间距密度化； (2) 元器件发展的要求，即无引线化、小型化、片式化和 集成化都需要与基板一起设计和制造并制成埋入式结构； (3)MEMS 应用方面的要求，布线高密度化、层间互联精 细化、结构的三维化/立体化。 (4)应用环境的要求.
上述要求反映到基板材料及结构上，主要体现在：
精细化的布线图形 小孔径的层间互连孔 多层布线以实现布线最短 低介电常数的基板材料
特性阻抗匹配以及防止噪声的图形布置
4.2 封装基板的分类
在人们的印象中，PCB(printed circuit board: 印刷电路板)无非就是使绝缘体和导体组合，能实 现元器件和芯片搭载以及电气连接即可，并没有什 么特殊复杂之处。 实际上，PCB不仅种类繁多，而且涉及的材料 和工艺多种多样。因此，PCB的分类方法很多，一 般情况下可按照绝缘材料及其软硬程度、导体材料、 导体层数、Z方向的连接方式来分类。
在微电子封装中主要按照基板的基体材料来分，可 以分为三类： (1)有机基板：包括纸基板、玻璃布基板、复合 材料 基板、环氧树脂类、聚酯树脂类、耐热塑性基板和多 层基板等； (2) 无机基板：包括金属类基板、陶瓷类基板、玻璃 类基板、硅基板和金刚石基板等； (3) 复合基板：包括功能复合基板、结构复合基板和 材料复合基板等。
4.3 有机基板
1. 概述
有机基板是指由绝缘隔热、不易弯曲的有机材料 制成，并在表面制造金属导线图形，用来提供板上 器件和芯片的电路连接或电磁屏蔽，具有介电常数 低、工艺简单和成本低廉等特点。 通常采用的有机材料有 FR-4 环氧玻璃、 BT 环氧 树脂、聚酰亚胺和氰酸盐脂等。
基板制作一般采用PCB工艺，形成的基板叫印刷 电路板。随着电子设备越来越复杂，需要的器件和 芯片自然越来越多，PCB上的线路、器件和芯片也 越来越密集，需要没有器件和芯片的裸板，这种裸 板 常 被 称 为 印 刷 线 路 板 (printed wiring board:
单面板结构图
由于单面板在设计线路上有许多严格的限制(如布线 间不能交叉，必须绕独自的路径)，所以只有早期的电 路才使用这类板子。
(2)双面板
为了能保持芯片和器件的固有性能，不引起信号传 输性能的恶化，需要认真选择基板材料，精心设计布 线图形。因此，基板选择与设计时需要重点考虑基板 的材料参数、电参数、热参数和结构参数等，具体体 现在以下方面：
(1) 材料参数方面：介电常数、热膨胀系数和热导率等重 要参数； (2) 在结构方面：实现布线图形的精细化、层间互连小孔 径化和电气参数最优化； (3)在热性能方面：重点考虑耐热性、与Si等芯片材料的热 匹配 和系统的良好导热性；
(2)全面电镀法工艺流程
全面电镀法工艺如下： a. 在双面覆铜基板上钻孔； b. 表面触媒处理后，在孔的内壁化学镀铜，实 现电气导通； c. 再全面电镀一层铜膜； d. 涂光刻胶； e. 曝光、显影； f. 刻蚀掉不需要的铜膜，去除光刻胶。
全面电镀法工艺流程图
(3)全电镀法的优缺点
(a)电镀层均匀分布，不会发生由于导线不均匀而使 线路稀疏部电流集中的情况； (b)不需要像图形电镀法那样根据导电图形的面积而 进行电镀电流调整作业，适合批量生产，实际采用较 多； (c)光刻形成刻蚀阻挡层，对光刻胶的性能要求也不 苛刻。 (4)为减少水汽等有害气体成分，封盖工艺一般在氮 气等干燥保护气氛下进行。 缺点：要刻蚀的铜膜较厚，不易制成高分辨率图形
(4)图形电镀工艺
图形电镀法也是基于基板钻孔之后，表面触媒处理 和化学电镀在孔中形成铜膜，实现电气导通。 与全面电镀法不同之处在于，图形电镀法是通过在 不需要电路的部分涂敷光刻胶，然后在电路部分镀铜 和表面保护金属层，再剥离光刻胶、最后经刻蚀来实 现电路连接，制成PWB电路图形。
(5)图形电镀工艺优缺点
(4)电参数方面：
a. 减小信号传输延迟时间Tpd，
T pd r /c
b. 系统内部特性阻抗的匹配； C. 降低L、C和R等的寄生效应，使引线间距最短化，使用 低磁导率的导体材料、低介电常数的基板材料等； d. 降低交调噪声，要尽量避免信号线之间距离太近和平 行布置，同时为了减小此影响，应选用低介电常数的基板 材料； e.电路图形设计要考虑到防止信号发射噪声。
优点：光刻胶形成电镀阻挡层，侧壁光滑、平直、 线条规则，可以实现精细化产品。 缺点：对不同的电路图形设计和面积的变化存在逐 个对应的问题，而且同一板面上镀层厚度的一致性也 较差。
3. 有机基板的分类
通用的有机基板按导体布线层数可分为：单面 板、双面板和多层板。
(1)单面板 在最基本的PCB上，器件集中在其中一面，导 线则集中在另一面，由于导线只出现在其中一面， 所以就称这种PCB叫作单面板，如下图所示：
PWB)。 目前，国际封装专业越来越多的场合采用
PWB代替PCB。
2. PWB制作方法 (1)电路的形成方法
通用PWB的制造按照表面金属层制备方法不同 分为：加成法和减成法两类。
加成法是指通过在绝缘板表面添加导电性材料 形成电路图形的方法。在加成法中又可分为全加 成法、半加成法和部分加成法。 减成法是指在预覆铜箔的基材上通过化学腐蚀 铜箔所形成的电路图形的方法。作为主流工艺的 减成法又可分为全面电镀法和图形电镀法。