第7章现代微电子封装技术介绍
微电子封装技术重点
微电子封装技术重点微电子封装技术是微电子制造的关键环节之一，它指的是将微电子器件封装在一个特定的模块内，以保护器件不受外界环境的影响。
封装技术不仅可以提高器件的可靠性和稳定性，还可以加强器件与外界的连接，实现器件的互联和功能扩展。
下面将重点介绍微电子封装技术的几个重点。
首先是封装技术的材料选择。
微电子封装技术中使用的材料需要满足一系列要求，如良好的封装性能、优异的导热性能、抗腐蚀性能以及符合环境要求等。
常用的封装材料包括环氧树脂、金属材料、导电胶料等。
其中，环氧树脂是一种常见的封装材料，具有良好的附着性能和绝缘性能，可以保护电路板及元器件不受外界环境的侵蚀；而金属材料则可以提供优异的导热性能，增强元器件的散热效果。
其次是封装技术的封装方式。
微电子器件的封装方式有多种，常见的封装方式有裸露封装、无铅封装、QFN封装、BGA封装等。
裸露封装是将微电子器件直接固定在电路板上，封装过程简单，但对器件的保护性能较差；无铅封装则是采用无铅材料进行封装，以减少铅污染和环境污染。
QFN封装是一种先进的封装方式，具有小型化、低成本、良好的散热性能等优点，适用于高密度集成电路的封装；BGA封装则是一种球栅阵列封装，具有高可靠性、高密度以及良好的电磁兼容性。
此外，值得关注的是封装技术的散热处理。
由于微电子器件在工作过程中会产生大量的热量，对其进行有效的散热处理是非常重要的。
常用的散热方式包括散热片、散热器、散热胶等。
散热片是一种能够快速将热量传递给散热器的导热材料，可以提高器件的散热效果；散热器则是一种通过自然对流或强迫对流来进行散热的设备，通常采用铝、铜等导热材料制成，可以大大降低器件的工作温度；散热胶是一种具有优良的导热性能的胶料，可以填充器件之间的间隙，提高散热效果。
另外，封装技术中的测试和可靠性验证也非常重要。
在封装过程中，需要对成品进行严格的测试和验证，以确保器件的性能和可靠性。
常见的测试方法包括焦耳效应测试、温度循环测试、电气性能测试等。
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
微电子封装技术1. 引言微电子封装技术是在微电子器件制造过程中不可或缺的环节。
封装技术的主要目的是保护芯片免受机械和环境的损害，并提供与外部环境的良好电学和热学连接。
本文将介绍微电子封装技术的发展历程、常见封装类型以及未来的发展趋势。
2. 微电子封装技术的发展历程微电子封装技术起源于二十世纪五十年代的集成电路行业。
当时，集成电路芯片的封装主要采用插入式封装（TO封装）。
随着集成度的提高和尺寸的缩小，TO封装逐渐无法满足发展需求。
在六十年代末，贴片式封装逐渐兴起，为微电子封装技术带来了发展的机遇。
到了二十一世纪初，球栅阵列（BGA）和无线芯片封装技术成为主流。
近年来，微电子封装技术的发展方向逐渐向着三维封装和追求更高性能、更小尺寸的目标发展。
3. 常见的微电子封装类型3.1 插入式封装插入式封装是最早使用的微电子封装技术之一。
它的主要特点是通过将芯片引线插入封装底座中进行连接。
插入式封装一开始使用的是TO封装，后来发展出了DIP（双列直插式封装）、SIP（单列直插式封装）等多种封装类型。
插入式封装的优点是可维修性高，缺点是不适合高密度封装和小尺寸芯片。
3.2 表面贴装封装表面贴装封装是二十世纪六十年代末期兴起的一种封装技术。
它的主要原理是将芯片连接到封装底座上，再将整个芯片-底座组件焊接到印刷电路板（PCB）上。
表面贴装封装可以实现高密度封装和小尺寸芯片，适用于各种类型的集成电路芯片。
常见的表面贴装封装类型有SOIC、QFN、BGA等。
3.3 三维封装三维封装是近年来兴起的一种封装技术。
它的主要原理是在垂直方向上堆叠多个芯片，通过微弧焊接技术进行连接。
三维封装可以实现更高的集成度和更小的尺寸，同时减少芯片间的延迟。
目前，三维封装技术仍在不断研究和改进中，对于未来微电子封装的发展具有重要意义。
4. 微电子封装技术的未来发展趋势随着科技的不断进步，微电子封装技术也在不断发展。
未来，微电子封装技术的发展趋势可以总结为以下几点：1.高集成度：随着芯片制造工艺的不断进步，集成度将继续提高，将有更多的晶体管集成在一个芯片上，这将对封装技术提出更高的要求。
微电子封装技术范文
微电子封装技术范文
一、简介
微电子封装技术是指用于将微电子元件和集成电路封装在一起，作为
一个完整的系统的技术。
它主要用于控制电子元件、模块的显示、操作、
维护、安装等。
该技术的实现，一般是通过把封装后的微电子元件或集成
电路组装成一个模块，并安装到一个安装面板上，使其与外部连接成为一
个完整的系统。
二、特点
1、电子性能好：微电子封装技术一般采用材料的灵活性，能够有效
地改善电子产品的性能，从而满足用户对性能要求。
2、可靠性高：由于微电子封装技术能够改善电子器件的可靠性，因
此可以使得产品的可靠性得到很大的提高。
3、易于操作：由于封装技术能够把电子元件或集成电路组装成完整
的模块，并且这些模块能够很容易地安装在一个安装面板上，使得电子设
备的操作变得非常简单方便，而且能够减少维护和检修的工作量。
4、减少占地面积：由于所有的电子元件可以放在一个封装模块上，
因此减少了电子设备的占地面积，从而能够减少电子设备的安装空间。
三、流程
1、封装结构设计：在这一步中，先根据电路的功能需求，确定封装
的结构形状，包括封装件的结构、位置和定位方式等。
2、封装制造：根据设计的封装结构，使用压力铸造机、电子焊接机、注塑机等机械。
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。
PPT微电子封装技术讲义
金属材料的可靠性较高，能够承 受较高的温度和压力，因此在高 集成度的芯片封装中广泛应用。
高分子材料
高分子材料在微电子封装中主要用于 绝缘、密封和塑形。常见的高分子材 料包括环氧树脂、聚酰亚胺、聚四氟 乙烯等，它们具有良好的绝缘性能和 化学稳定性。
高分子材料成本较低，加工方便，因 此在低端和大规模生产中应用较广。
板级封装
1
板级封装是指将多个芯片或模块安装在同一基板 上，并通过基板与其他器件连接的系统封装类型。
2
板级封装具有制造成本低、易于维修和更换等优 点，因此在消费电子产品中应用广泛。
3
常见的板级封装类型包括双列直插式封装 （DIP）、小外形封装（SOP）、薄型小外形封 装（TSOP）等。
系统级封装
系统级封装是指将多个芯片、模块和其他元器件集成在一个封装体内，形成一个完 整的系统的封装类型。
微电子封装技术的应用领域
通信
高速数字信号处理、 光通信、无线通信等。
计算机
CPU、GPU、内存条 等计算机硬件的封装 和互连。
消费电子
智能手机、平板电脑、 电视等消费电子产品 中的集成电路封装。
汽车电子
汽车控制单元、传感 器、执行器等部件的 封装和互连。
医疗电子
医疗设备中的传感器、 控制器、执行器等部 件的封装和互连。
详细描述
芯片贴装是将微小芯片放置在基板上的过程，通常使用粘合剂将芯片固定在基板 上，以确保芯片与基板之间的电气连接。这一步是封装工艺中的关键环节，因为 芯片的正确贴装直接影响到后续的引线键合和整体封装质量。
引线键合
总结词
引线键合是将芯片的电路与基板的电路连接起来的工艺过程。
详细描述
引线键合是通过物理或化学方法将芯片的电路与基板的电路连接起来的过程。这一步通常使用金属线或带状线， 通过焊接、超声波键合或热压键合等方式将芯片与基板连接起来，以实现电气信号的传输。引线键合的质量直接 影响着封装产品的性能和可靠性。
微电子封装的技术
微电子封装的技术首先，从封装的水平来看，微电子封装技术可以分为芯片级封装（CSP）和模块级封装（MCP）两种。
芯片级封装是将单个芯片封装到粘土封装或球栅阵列（BGA）封装中，以实现零部件的完整性和可操作性。
模块级封装则是将多个芯片和其他器件集成到一个模块中，以实现更高的集成度和功能丰富性。
其次，从封装的类型来看，微电子封装技术包括无封装（bare die）、芯片封装（chip scale package，CSP）、双面封装（flip chip）、三维封装等。
无封装是将芯片直接焊接到基板上，这样可以减少封装的体积和重量；芯片封装则是将芯片封装到封装结构中，以实现电连接和机械保护；双面封装则是将芯片倒置焊接到基板上，以提高电连接密度和散热功效；三维封装则是将多个芯片层叠封装在一起，以实现更高的芯片密度和性能。
最后，从封装的材料来看，微电子封装技术涉及多种封装材料，如基板材料、封装介质、焊料和导电线材料等。
基板材料常用的有有机基板（如FR-4）、无机基板（如陶瓷）和半导体基板（如硅）；封装介质常用的有塑料（如环氧树脂）、高分子（如聚酰亚胺）和陶瓷等；焊料常用的有锡铅合金、无铅合金和微合金等；导电线材料常用的有铜、金等。
在微电子封装技术的发展过程中，还涌现出一些新的封装技术。
例如，无线集成电路（RFIC）的封装技术，可以实现高频信号的传输和噪声的抑制，从而提高无线通信系统的性能；3D-IC封装技术，可以将时钟电路、处理器和内存等集成到同一个硅芯片上，实现更高效的数据处理和操作；新型材料的应用，如碳纳米管和石墨烯等材料的应用，可以改善芯片的电性能和热性能，提高封装的可靠性和散热效果。
综上所述，微电子封装技术是一门涉及多个方面的技术，包括封装的水平、封装的类型和封装的材料等。
随着微电子器件的不断发展和需求的增加，微电子封装技术也在不断创新和改进，以适应不断变化的技术需求。
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插装元器件按材料分类，有金属封装、陶瓷封装和 塑料封装等。
各类插装元器件封装的引脚中心距多为2.54mm， DIP已形成4～64个引脚的系列化产品。PGA能适应 LSI芯片封装的要求，I/O数列达数百个。
• 7.4.2 SIP和DIP的封装技术
单列直插式封装（SIP），其引脚数为2～23个，引 脚从一个侧面引出，排列成一条直线。其中锯齿型单 列直插式封装 (ZIP)的管脚排列成锯齿型，可提高管 脚密度。 双列直插式封装（DIP），其引脚数一般不超过 100个，引脚从一个侧面引出，并排列成两条直线。 SIP、DIP引脚需要插入PCB的通孔内进行钎焊， 其钎焊方法见第3章。当装配到PCB上时呈侧立状， 故其所占的空间相对较大。
• 7.2.2 封装的功能
微电子封装通常有5种功能：
电源分配、信号分配、散热通道、机械支撑和保护 作用。
• （1） 电源分配
电子封装首先要能接通电源，使芯片与电路流通电 流。其次，电子封装的不同部位所需的电源有所不同 ，要能将不同部位的电源分配恰当以减少电源的不必 要损耗，这在多层布线基板上更为重要。同时还要考 虑接地线分配问题。
微电子封装技术的发展趋势
表7-l 半导体微电子封装技术的进展
七十年代
芯片连接 装配方式 无源元件 WB(丝焊) DIP C-分立
八十年代
WB SMT C-分立
九十年代
WB BGA-SMT C-分立
2000年
FC(倒装焊) BGA-SMT C-分立组合
2005年
FC BGA-SMT 集成
基板
封装层次 元件类型数 硅效率％
• (4) 机械支撑
电子封装可为芯片和其他部件提供牢固可靠的机械 支撑，还能在各种工作环境和条件变化时与之相匹配 。 • (5) 保护作用
半导体芯片制造出来，在没有将其封装之前，始终 都处于周围环境的威胁之中。在使用中，有的环境条 件极为恶劣，更需要对芯片严加保护。完成电子封装 以后，提供了对芯片的保护，这对芯片来说显得尤为 重要。
第7章 现代微电子封装技术
7.1 概 述 7.2 微电子封装的作用 7.3 现代微电子封装技术的分类 7.4 插装元器件封装技术 7.5 表面组装元器件封装技术 7.6 球栅阵列封装技术（BGA） 7.7 芯片尺寸封装技术（CSP） 7.8 其它现代微电子封装技术 7.9 微电子封装技术的现状
• 7.1 现代微电子封装技术概述
• 7.3 现代微电子封装技术的分类
• 7.3.1 封装分级
• 7.3.2 封装分类
按安装到PCB上的方式分为通孔插装和表面组装两大 类型
• 7.4 插装元器件的封装技术有圆柱形外壳封装 (TO)、矩形单列直插式引线封装(SIP)、双列直插式 引线封装(DIP)和阵列网格引脚封装(PGA)等。这些封 装的外形不断缩小，又形成各种小外形封装。
(芯片占基板)
面积比
有机
3 5-10
有机
3 5-10
有机
3 5-10
DCA基板
l 5-10
SLIM
l 1
2
7
10
25
>75
• 7.2 现代微电子封装的作用
• 7.2.1微电子封装技术的重要性
封装的IC有诸多好处，如可对脆弱敏感的IC芯片 加以保护，易于进行测试，易于传送，易于返工及返 修，引脚便于实行标准化进而适于装配，还可改善IC 的热失配，等。 随着整机和系统的小型化、高性能、高密度和高可 靠性要求，电子封装对系统的影响已变得和芯片一样 重要。封装成本在器件总成本中所占的比重也越来越 高，并有继续发展的趋势。
7.1.1 现代微电子封装基本概念
在现代微电子器件制作过程中，有前道工序和后道 工序之分，二者以硅圆片切分成芯片为界，在此之前 为前道工序，之后为后道工序。 电子封装（packaging）通常是在后道工序中完成 的，其定义为：利用膜技术和微连接技术，将微电子 器件及其它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。
1958年发明的第一块集成电路，含有2个晶体管和1个电 阻，掀开了微电子封装的历史篇章。
• 7.1.2 现代微电子封装技术的发展历程
近50年来，封装技术日新月异，先后经历了4次重大发展： 20世纪70年代， 为适应中、大规模集成电路的迅速发展， 发展了双列直插式引线封装技术(DIP) ； 20世纪80年代，随着SMC/SMD的批量生产，发展了表面组 装技术(SMT) ； 20世纪90年代，随着超大规模集成电路的发展，发展了球 栅阵列为代表的封装技术(BGA) ； 进入21世纪，随着多芯片组件(MCM)的开发应用，产生了 以系统封装(SIP)为代表的最新一代封装形式，把半导体封装 技术引人一个全新的时代。
图7-6 PGA封装示意图
• 7.5 表面组装元器件的封装技术 • 7.5.1 概述
表面组装元器件(SMC或SMD)是 SMT的基础。20世纪50～ 60年代，出现了厚、薄膜混合集成电路（HIC）的安装。对 于一个复杂电子线路，难以制作大面积的平整陶瓷基板，往 往采用多块HIC的陶瓷基板安装片式电阻、电感及晶体管、 IC芯片，再拼装成大块的基板，这就使HIC的体积、重量、 成本、可靠性及生产效率受到很大限制。 20世纪60年代，荷兰菲利普公司研制出纽扣状IC，其引脚 分布在封装体的两边并呈海鸥翼状，引脚中心距为1.27mm时 可达28～32只引脚，他们采用表面安装方式生产电子表。这 种封装结构后来发展成为小外形封装 IC(SOP)。
• （2）信号分配 为使电信号延迟尽可能减小，在布线时应尽可能使 信号线与芯片的互连路径及通过封装的I / O引出的路 径达到最短，对于高频信号还应考虑信号间的串扰以 进行合理的信号分配布线。 • （3）散热通道 各种电子封装都要考虑器件、部件长期工作时如何 将聚集的热量散出问题。不同的封装结构和材料具有 不同的散热效果，对于功耗大的电子封装还应考虑附 加热沉或使用强制风冷、水冷方式，以达到在使用温 度要求的范围内系统能正常工作。
DIP封装的8086处理器
DIP封装的主板BIOS芯片
• 7.4.3 PGA的封装技术 阵列网格引脚封装（PGA），在其底面的垂直引脚 呈阵列状排列，既可采用通孔插装，也可采用表面贴 装。 通孔插装型PGA引脚长3～4mm，表面贴装型PGA 引脚长1.5～2mm。PGA基板多数是陶瓷，少数为环 氧树脂或塑料基板。通常，引脚中心距为2.54mm， 引脚数64～447。还有一种引脚中心距为1.27mm的短 引脚表面贴装型PGA，采用碰焊方法进行封装。 PGA的特点： （1）插拔操作更方便，可靠性高； （2）可适应更高的频率。