芯片封装原理及分类.
芯片封装原理及分类
Ceramic substrate (Typically Alumina)
Solder Balls (typically 90Pb/10Sn) Metal Cap Adhesive
Caped
PQFP封装模型的建立
• Plastic Quad Flat Pack (thin version called TQFP) • 常用于逻辑芯片, ASIC芯 片, 显示芯片等 • 封装外管脚(Lead), 表面 贴装
PROFIT 项目 PRediction OF temperature gradients Influencing The quality of electronic products DELPHI项目 DEvelopment of Libraries of PHysical models for an Integrated design environment
Thermal grease
SOP/TSOP封装模型的建立
• Small Outline Package • Low profile version known as Thin Small Outline Package (TSOP) • 类似于 PQFP, 只是只有两边有管脚 • 广泛应用于内存芯片 • 常见的类型 - 常规 - Lead-on-Chip
qjx 使用的局限性
Convection/Radiation Conduction Con/Radiation
X
θjx
Junction
Conduction
• qjx 试图采用简单的热阻表示复杂的芯片传热现象 • 芯片内部的热传现象非常复杂，无法使用热阻来完美表示； • 热阻qjx 无法用于准确预测芯片的温度，只能提供定性的热性 能对比； • 如需准确预测特定工况下芯片的温度，我们需要其它的方法
chip原理及实验步骤
chip原理及实验步骤芯片（chip）是电子技术中常用的一个概念，它是指集成电路的一种封装形式。
芯片原理就是将多个电子器件、电路和元件集成到一块硅片上，并通过微影技术将电路图案化，最终形成一个完整的电子系统。
下面将介绍芯片的原理及实验步骤。
一、芯片原理芯片的原理主要包括以下几个方面：1.1、集成电路技术：芯片采用集成电路技术，将多个电子器件和电路集成到一块硅片上，通过微影技术将电路图案化，形成一个完整的电子系统。
1.2、微电子工艺：芯片的制造过程中采用微电子工艺，包括光刻、蒸镀、离子注入、扩散等步骤，通过这些工艺将电路图案化并形成电子器件。
1.3、材料选择：芯片的制造需要选择合适的材料，如硅片、金属、绝缘材料等，这些材料的性能和特点会直接影响芯片的性能和稳定性。
1.4、电路设计：芯片的设计是芯片原理的关键，通过合理的电路设计可以实现不同的功能和应用，如处理器芯片、存储芯片、传感器芯片等。
二、芯片实验步骤芯片的实验步骤主要包括芯片制造、芯片测试和芯片封装等过程。
2.1、芯片制造芯片的制造是芯片实验的第一步，主要包括以下几个步骤：（1）芯片设计：根据实验需求和功能要求，进行芯片电路设计，确定芯片的布局和电路结构。
（2）芯片加工：根据电路设计，采用微电子工艺将电路图案化，形成电子器件，包括光刻、蒸镀、离子注入等制造步骤。
（3）芯片测试：对制造好的芯片进行测试，检测芯片的性能和功能是否符合设计要求。
2.2、芯片测试芯片测试是为了验证芯片的性能和功能是否符合设计要求，主要包括以下几个步骤：（1）功能测试：对芯片进行功能测试，验证芯片是否能够正常工作和完成设计的功能。
（2）性能测试：对芯片进行性能测试，包括速度、功耗、温度等方面的测试，验证芯片的性能是否满足要求。
（3）可靠性测试：对芯片进行可靠性测试，包括老化测试、温度循环测试等，验证芯片的可靠性和稳定性。
2.3、芯片封装芯片封装是将制造好的芯片封装到外部封装材料中，以保护芯片并方便连接外部电路。
芯片封装原理及分类
芯片封装原理及分类1.芯片封装原理芯片封装是指将微电子器件（包括集成电路、晶体管等）连接到封装基座上的工艺过程。
其原理是将芯片导线通过焊接或焊球连接到封装基座上的金属脚，然后采用封装材料将芯片进行封装。
这样可以保护芯片免受外界环境的影响，并且提供了芯片与外部世界之间的连接接口。
2.芯片封装分类（1）DIP封装（Dual In-line Package）DIP封装是最早的一种芯片封装方式，其特点是通过两排金属脚与外部电路连接。
这种封装方式成本低、可焊接，但体积大，适用于较低密度的集成电路。
（2）SOP封装（Small Outline Package）SOP封装是DIP封装的改进版，其特点是脚距更近，体积更小，适用于较高密度的集成电路。
SOP封装有多种形式，如SOIC（Small Outline Integrated Circuit）、TSOP（Thin Small Outline Package）等。
（3）QFP封装（Quad Flat Package）QFP封装是一种表面贴装封装方式，其特点是四个侧面都带有金属端子，适用于较高密度、中等规模的集成电路。
QFP封装有多种形式，如TQFP（Thin Quad Flat Package）、LQFP（Low-profile Quad Flat Package）等。
（4）BGA封装（Ball Grid Array）BGA封装是一种表面贴装封装方式，在封装基座上布置了一定数量的焊球来实现与外部电路的连接。
BGA封装的特点是密封性好、性能稳定，并且适用于超高密度的集成电路。
BGA封装有多种形式，如CABGA （Ceramic Ball Grid Array）、TBGA（Thin Ball Grid Array）等。
（5）CSP封装（Chip Scale Package）CSP封装是一种紧凑型封装方式，其特点是尺寸和芯片相似，在封装基座上布置了少量焊球或焊盘。
CSP封装的优势在于占据空间小、重量轻、功耗低，并且适用于高密度的集成电路。
芯片封装介绍范文
芯片封装介绍范文芯片封装是一种将芯片器件封装在外部包装中的技术过程。
它起到保护芯片免受外界环境影响的作用，同时也为芯片与外部世界进行连接提供了可能。
芯片封装可分为多种形式，如塑封、球栅阵列封装（BGA）、无引线封装（QFN）等。
早期的芯片封装主要采用塑封封装。
塑封封装通过将芯片与塑料基片进行固定连接，然后使用塑料材料进行封装。
塑封封装方式简单、成本较低，适用于低功耗芯片，如逻辑芯片和存储器芯片。
然而，随着集成度的不断提高和功耗的增加，塑封封装的局限性也逐渐暴露出来，如散热不佳、引脚容易受损等。
为解决塑封封装的问题，球栅阵列封装（BGA）应运而生。
BGA封装采用无引线设计，通过在底部安装一个由球形焊球组成的阵列，与印刷电路板焊接在一起。
相较于塑封封装，BGA封装具有更好的热性能和导热性能，能够更好地满足高密度与高功率芯片的需求。
此外，BGA封装的焊点可靠性也较高，能够适应复杂环境和振动应力。
因此，BGA封装逐渐成为高性能芯片封装的主流技术。
除了BGA封装之外，无引线封装（QFN）也是一种常见的芯片封装形式。
与BGA封装类似，QFN封装也采用无引线设计，通过焊接芯片与印刷电路板的底部金属接触面相连接。
与BGA封装相比，QFN封装在尺寸上更加紧凑，适用于小型化和轻量化的应用，如移动设备和无线通信模块。
此外，QFN封装还具有低成本、良好的导热性能和可靠性等优势。
除了上述封装形式，另外还有多种芯片封装技术，如多芯片模块（MCM）、3D封装等。
多芯片模块将多个芯片集成在一个封装中，以实现更高的功能集成和性能。
3D封装则是将多个芯片堆叠在一起，通过垂直连接实现信号传输和功耗管理。
这些封装形式在高端应用领域得到广泛应用，如服务器、网络设备和高性能计算机等。
总之，芯片封装是将芯片器件封装在外部包装中的技术过程，它为芯片提供了物理保护和外部连接的功能。
在不同类型的封装中，塑封封装适用于低功耗芯片，BGA和QFN封装适用于高性能芯片，而MCM和3D封装则适用于高度集成和功能复杂的芯片。
芯片封装流程及原理
芯片封装流程及原理下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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3d封装芯片的分类
3d封装芯片的分类3D封装技术是一种将芯片封装在垂直方向上进行堆叠的先进封装技术。
通过这种技术，可以大大提高芯片的集成度和性能，满足现代电子产品对于体积小、功耗低、性能高的需求。
以下将对3D封装芯片进行分类和介绍。
一、硅基3D封装芯片硅基3D封装芯片是将多个芯片通过硅基层进行堆叠封装的技术。
硅基3D封装芯片具有封装密度高、功耗低、信号传输速度快等优点。
其中，通过硅互连技术实现芯片之间的互连，可以大大提高芯片之间的通信速度和带宽。
硅基3D封装芯片广泛应用于高性能计算、人工智能、移动通信等领域。
二、堆叠封装芯片堆叠封装芯片是将多个芯片通过垂直堆叠的方式进行封装的技术。
堆叠封装芯片具有体积小、功耗低、性能高等优点。
通过堆叠封装技术，可以将多个功能单元集成在一个芯片中，实现多种功能的同时，减小系统的体积和功耗。
堆叠封装芯片广泛应用于移动设备、可穿戴设备等领域。
三、系统级封装芯片系统级封装芯片是将整个系统集成在一个芯片中的封装技术。
系统级封装芯片具有集成度高、功耗低、体积小等优点。
通过系统级封装技术，可以将处理器、内存、存储等多个功能模块集成在一个芯片中，实现系统级集成，提高系统的整体性能和功耗效率。
系统级封装芯片广泛应用于智能手机、平板电脑、电视等消费电子产品。
四、无线通信封装芯片无线通信封装芯片是将无线通信模块集成在一个芯片中的封装技术。
无线通信封装芯片具有体积小、功耗低、传输速率高等优点。
通过无线通信封装技术，可以将射频芯片、基带芯片等功能模块集成在一个芯片中，实现无线通信的高速稳定传输。
无线通信封装芯片广泛应用于移动通信、物联网等领域。
五、MEMS封装芯片MEMS封装芯片是将微机电系统（MEMS）器件集成在一个芯片中的封装技术。
MEMS封装芯片具有体积小、功耗低、响应速度快等优点。
通过MEMS封装技术，可以将传感器、执行器等功能模块集成在一个芯片中，实现多种传感和执行功能。
MEMS封装芯片广泛应用于汽车电子、医疗设备、智能家居等领域。
集成电路芯片封装技术第1章
(50~90)%
封装效率
封装效率
=2-7%(1970-) =10-30%(1980-)
封装效率
=20-80%(1990-)
封装效率
=50-90%(1993-)
封装效率的改进
35
表2．封装厚度的变化
封装形式
封装厚度
(mm)
PQFP/PDIP TQFP/TSOP UTQFP/UTSOP
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、采用应力低传递模压树脂 消除封装过程中的热应
目的
使各种元器件、功能部件相组合形成功能电路
难易程度
依据电路结构、性能要求、封装类型而异
需考虑的问题
ห้องสมุดไป่ตู้保护
苛刻的工程条件（温度、湿度、振动、冲击、放射性等）
超高要求
超高性能 （3D IC）
超薄型、超小型
超多端子连接
超高功率（采用热冷、金属陶瓷复合基板等）
电子封装实现的四种功能
① 信号分配：
② 电源分配：
何将聚集的热量散出的问
题
封装保护
芯片封装可为芯片和其他连
接部件提供牢固可靠的机械
支撑，并能适应各种工作环
境和条件的变化
确定封装要求的影响因素
成本
电路在最佳
性能指标下
的最低价格
外形与结构
集成电路封装分类
集成电路封装分类
集成电路封装有多种分类方式，常见的包括：
1.按封装材料：可分为金属封装、塑料封装、陶瓷封装等。
2.按封装外形：可分为直插式封装、贴片式封装、BGA封装等类型。
直插式封装集成电路是引脚插入印制板中，然后再焊接的一种集成电路封装形式，主要有单列式封装和双列直插式封装。
其中单列式封装有单列直插式封装（SIP）和单列曲插式封装（ZIP），双列直插式封装又称DIP封装（Dual Inline Package）。
贴片封装，又称为SMT封装。
BGA封装的引脚以圆形或柱状焊点按阵列形式分布在封装下面。
3.按功能：可分为数字芯片、模拟芯片、混合芯片。
4.按工艺：可分为薄膜集成电路和厚膜集成电路。
5.按应用领域：可分为通用集成电路和专用集成电路。
此外，集成电路封装还包括CSP 芯片缩放式封装、COB 板上芯片贴装、COC 瓷质基板上芯片贴装、MCM 多芯片模型贴装、LCC 无引线片式载体、CFP 陶瓷扁平封装、PQFP 塑料四边引线封装等类型。
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qjx 使用的局限性
Convection/Radiation Conduction Convection Conduction Radiation Convection/Radiation
X
θjx
Junction
Conduction
• qjx 试图采用简单的热阻表示复杂的芯片传热现象 • 芯片内部的热传现象非常复杂，无法使用热阻来完美表示； • 热阻qjx 无法用于准确预测芯片的温度，只能提供定性的热性 能对比； • 如需准确预测特定工况下芯片的温度，我们需要其它的方法
根据各热阻节点的温度值优 化得出具有最小误差的热阻值
误差估计
简化 模型
PBGA封装模型的建立
• PBGA封装特点?
– 有机基片Organic substrate – 使用焊球(Solder balls)作为二级互联 主要应用: ASIC’s, 内存, 图形显示,芯片组,通讯等.
•
• PBGA封装优缺点? – I/O密度高； – 基片材BT具有较好的电性能； – 加工工艺类似PCB板，成本低廉 – 非气密封装,不适合于长时工作的芯片或军用芯片 – Die与基片(Substrate)间的CTE不匹配 – 如功耗大于2W，则可能需要加强散热手段
芯片的详细模型
建立所有芯片内部所有影响传热的结构
Die
硅或砷化镓材料，表面 有发热集成电路
Bond Wires
金或铝制，数目等同于外面管脚数
Solder Balls
通常材料为锡 铅合金95Pb/5Sn 或37Pb/63Sn.
Die Attach
通常为环氧树脂，厚为1-2mil
Leadframes
铜或铝42合金制
Signal Vias
Thermal Vias
Bottom Spreader
Power & Ground Planes
最主流的PBGA封装，相对成熟的加工技术，可处理5W以上热耗。
主要类型的PBGA封装
Fine-Pitch BGA
Bond Wires Die Attach & Solder Mask
主要类型的PBGA封装
Wire-Bonded PBGA (Die-up)
Epoxy-based Encapsulant BT Dielectric Die Attach & Solder Mask Gold Bond Wires Cu Traces
Silicon Die
Die Flag
Solder Balls (37Pb/63Sn)
Case
q jc
T j Tc P
Die
Junction
Substrate
PCB
qjb 结板热阻
qjb – 从结点至印制板的热阻 – 定义标准由文件 JESD51-8给出
q jb
T j Tb P
严格地讲，Theta-JB不仅仅反映了芯片的内 热阻，同时也反映了部份环境热阻，如印制板。 正因如些， Theta-JB相对于其它热阻而言，虽然 JEDEC组织在99年就发布了它的热阻定义方式， 但是芯片供应商采用较慢。 部份传热路径严重不对称芯片，如TO-263目 前尚无该热阻的定义标准
N
qjma 结-移动空气热阻
qjma – 空气流速范围为 0-1000 LFM – 定义标准由文件 JESD51-6给出
q jma
T j Ta P
– Ta = 空气温度，取点为风洞上流温度 – 印制板朝向为重大影响因素
qjc 结壳热阻
qjc
– 从结点到封装外表面(壳)的热阻，外表面壳取点尽量 靠近Die安装区域
PROFIT 项目 PRediction OF temperature gradients Influencing The quality of electronic products DELPHI项目 DEvelopment of Libraries of PHysical models for an Integrated design environment
Die Flag/Die Pad
铜制，用于加强传热或其它目地
Encapsulant
通常为环氧树脂材料
Substrate
通常由BT\FR4制 成(塑料芯片)； 或氧化铝制成(陶 瓷芯片)
热阻网络模型-DELPHI模型
DELPHI 项目：从1993年到1996年，由欧盟资助，Flomerics公司负责协调 ，Alcatel Bell 、Alcatel Espace 、Philips CFT 、Thomson CSF 、Flomerics 、 NMRC 等公司合作，旨在开发芯片的简化热模型的精确表示方法。 PROFIT项目：同样由欧盟资助，由Philips公司负责协调，Flomerics、Nokia 、Infineon、Philips、ST、Micred、TIMA、等公司合作，旨在开发芯片热模型 的快速建立方法。 项目产生了一系列成果，如芯片的热阻网络模型DELPHI标准、JEDEC组 织认证的唯一热模型库FLOPACK、芯片热应力分析工具Flo/stress等。
• 由die-up PBGA变化而来 – 别名: FSBGA, ChipArrayTM Die Substrate – 焊球间隙较小 – 可归类为 Near-CSP – 建模也较困难 – 焊球间隙典型值为1mm，0.8mm，0.65mm，0.5mm，0.4mm – 经常缺少明显可见，比Die尺寸大的Die Pad，因为Die大小与封装大小相近 – 基片(substrate)中每个信号过孔都必须单独建出； – 在FLOPACK中，别名ChipArrayTM
DELPHI模型生成原理
封装参数 (结构、材料参数)
发布 详细 模型
标准实验验证
建立详细模型
多种边界条件可以表 示自然对流、强迫对流、 散热器等多种环境 DELPHI项目组定义了99种 边界条件； Flopack应用了44种或88种
在规定的Ｎ种边界条件下 批处理进行详细模型计算
根据各种封装特点离散出 各种热阻网络拓朴结构
qja 结-空气热阻
qja – 最早也是最常用的标准之一 – 定义标准由文件 JESD51-2给出
q ja
T j Ta P
– Ta = 环境空气温度, 取点为 JEDEC组织定义的特定空箱中特 定点 (Still-Air Test) – 芯片下印制板可为高传导能力的Байду номын сангаас层板(2S2P)或低传导能力 的一层板之任一种 (1S0P)