微电子封装资料
微电子封装技术
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。
微电子封装复习详细版(DOC)
1、微电子封装技术中常用封装术语英文缩写的中文名称：DIP：双列直插式封装double in-line packageQFP(J)：四边引脚扁平封装quad flat packagePGA：针栅阵列封装pin grid arrayPLCC：塑料有引脚片式载体plastic leaded chip carrierSOP(J)：IC小外形封装small outline packageSOT：小外形晶体管封装small outline transistor packageSMC/D：表面安装元器件surface mount component/deviceBGA：焊球阵列封装ball grid arrayCCGA：陶瓷焊柱阵列封装C eramic Column Grid ArrayKGD：优质芯片（已知合格芯片）Known Good DieCSP：芯片级封装chip size packageWB：引线键合wire bondingTAB：载带自动焊tape automated bondingFCB：倒装焊flip chip bondingOLB：外引线焊接Outer Lead BondingILB：内引线焊接C4：可控塌陷芯片连接Controlled Collapse Chip ConnectionUBM：凸点下金属化Under Bump MetalizationSMT：表面贴装技术THT：通孔插装技术Through Hole TechnologyCOB：板上芯片COG：玻璃上芯片WLP：晶圆片级封装Wafer Level PackagingC：陶瓷封装P：塑料封装T：薄型F：窄节距B：带保护垫2、微电子封装的分级：零级封装：芯片的连接，即芯片互连级一级封装：用封装外壳将芯片封装成单芯片组件和多芯片组件二级封装：将一级封装和其他组件一同组装到印刷电路板（或其他基板）上三级封装：将二级封装插装到母板上3、微电子封装的功能：1）电源分配：保证电源分配恰当，减少不必要的电源消耗，注意接地线分配问题。
微电子封装技术的发展趋势
微电子封装技术的发展趋势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。
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;厚度和重量都较以前的封装技术有所减少;寄生参数减小，信号传输延迟小，使用频率大大提高;组装可用共面焊接，可靠性高。
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。
第7章现代微电子封装技术介绍
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
微电子封装技术讲义06.07[1]
![微电子封装技术讲义06.07[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/8423da2c5acfa1c7aa00ccc4.png)
二、集成电路(IC)
集成电路: 半导体晶片经过平面工艺加工制造成
元件、器件和互连线、并集成在基片表面、 内部或之上的微小型化电路或系统。
通常所说的“芯片”是指封装好的集 成电路。 如果不能生产芯片， 就好像我 们盖房子的水平已经不错了,但是，盖房子 所用的砖瓦还不能生产一样，要命的是， 这个“砖瓦”还很贵。一般来说，“芯片” 成本最能影响电子产品整机的成本。
5、环境保护：半导体器件和电路的许多参数， 以及器件的稳定性、可靠性都直接与半导体表面的状 态密切相关。半导体器件和电路制造过程中的许多工 艺措施也是针对半导体表面问题的。半导体芯片制造 出来后，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，必 须将芯片严加密封和包封。所以，微电子封装对芯片 的环境保护作用显得尤为重要。
用墨点标注的芯 片（随机和无功 能的芯片）
光刻对 准标记
用墨点标注的芯 片（边缘芯片和 无功能的芯片）
测试芯片
分离芯片 的划片线
边缘芯片 （100mm直径晶 圆片留6mm）
硅圆片的规格
直径小于150MM的圆片，要在晶锭的整个长度上沿 一定的晶向磨出平边，以指示晶向和掺杂类型：直径更 大的圆片，在边缘磨出缺口。
（2） 锯片法：厚晶片的出现使得锯片法的发展成 为划片工艺的首选方法。此工艺使用了两种技术， 并且每种技术开始都用钻石锯片从芯片划线上经过。 对于薄的晶片，锯片降低到晶片的表面划出一条深 入1/3晶片厚度的浅槽。芯片分离的方法仍沿用划片 法中所述的圆柱滚轴加压法。第二种划片的方法是 用锯片将晶片完全锯开成单个芯片。
三、 光刻
光刻：指用光技术在晶圆上刻蚀电路，IC生产 的主要工艺手段。
四、 前道工序
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。
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PPT课件
BGA是目前高密度表面贴装技术的主要代表 美国康柏公司1991年率先在微机中的ASIC采用了255针脚 的PBGA，从而超过IBM公司，确保了世界第一的微机市场占 有份额。
18
封装技术的第三次重大变革
BGA贴装技术 20世纪90年代中期
插装技术
20世纪70年代中期
表面贴装技术
8
DIP
手机、笔记本电脑、数码摄
象机的薄型化、小型化
1、 SOP小型平面引线式封装 SOP：small out-line package
引脚向外弯曲
Surface Mount technology
表面贴装（SMT）技术之一
薄型化
9
2、SOJ small out-line J-lead package 小型平面J 形引线式封装
芯片
回流焊
芯片
树脂下填充
芯片
26
4、CSP发展新趋势 1、MCM组装 2、三维封装
27
将多个裸芯片不加封装，直接装载于同一
1、MCM组装
印制板上并封装于同一壳体内，与一般单芯片 封装的SMT相比，面积减小了3~6倍，重量减
Multi chip module 轻了3倍以上，由于减小了引线长度故可明显
芯片尺寸封装技术
19
CSP
chip size package
尺寸芯片封装
裸芯片封装
20世纪90年代，日本开发了一种接近于芯片尺寸的超 小型封装，这种封装被称为chip size package，将美国风 行一时的BGA推向CSP,将成为高密度电子封装技术的主流 趋势
尺寸芯片封装概念
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微电子材料与制程
Figure 20.8
玻璃焊料粘贴
• 玻璃胶粘法是仅适用于陶瓷封装的低成本芯片 粘结技术,是以盖印﹑网印﹑或点胶的方法将 填有银的玻璃胶涂于基板的芯片座上,放置妥 当IC芯片后再加热除去胶中的有机成分,并使 玻璃熔融接合. • 玻璃胶粘结法可以得到无孔洞 ﹑热稳定性优 良,低残余应力与低湿气含量的接合,但在粘结 热处理过程中,冷却温度需谨慎控制以防接合 破裂;胶中的有机成分也需完全除去,否则将有 害封装的结构稳定与可靠度
•分片
•装架
•引线键合
微电子材料与制程
背面减薄
• 最终装配的第一步操作是背面减薄。在前端制 造过程中，为了使破损降到最小，大直径硅片 相应厚些（ 300mm 的硅片是 775µm 厚）。然 而硅片在装配开始前必须减薄。通常被减薄到 200 ～ 500µ m 的厚度。较薄的硅片更容易划成 小芯片并改善散热，也有益于在装配中减少热 应力。 • 使用全自动化机械进行背面减薄（见下图）。 背面减薄被精细的控制，使引入到硅片的应力 降到最低。在某些情况下，背面减薄后，在背 面在淀积金属，用于改善到底座的导电率以及 芯片共晶焊。
尺寸/重量/外形
材料
成本
装配
微电子材料与制程
封装技术简介
最终装配由要求粘贴芯片到集成电路底座上的操作构 成。由于制造的大部分成本已经花在芯片上。因此在最 终装配过程中成品率是至关重要的。在 20世纪 90年代后 期，所有集成电路装配中估计有 95 ％采用了传统的最终 装配，并由下面4步构成：
•背面减薄
为在印刷电路板上 固定的金属管脚
电极 管脚 管脚插入 孔中然后 在 PCB 背面焊接
第二级封装 印刷电路板装配
表面贴装 芯片被焊 在 PCB的 铜焊点上.
边缘连接电极插入主系统 PCB组件
最终产品装配： 电路板装到系统 中的最终装配
主电子组件板
微电子材料与制程
封装的分类
按照封装中组合的IC 芯片数目
微电子材料与制程
背面减薄示意图
向下施加力
转动和摆动秆
转动卡盘上 的硅片 板仅在硅片转换 角度过程中转动
微电子材料与制程
Figure 20.4
硅片锯和被划硅片
硅片 台
锯刃
微电子材料与制程
Figure 20.5
装片用的典型的引线框架
引线框架 引线 芯片
塑料 DIP
微电子材料与制程
Figure 20.6
微电子材料与制程
传统装配与封装
硅片测试和拣选
分片
贴片
引线键合
塑料封装
最终封装与测试
微电子材料与制程
Figure 20.1
集成电路封装的目的
1. 保护芯片以免由环境 和传递引起损坏；
2. 为芯片的信号输入和 输出提供互连； 3. 芯片的物理支撑； 4. 散热
微电子材料与制程
集成电路封装层次
第一级封装： IC 封装
传统装配与封装
硅片测试和拣选
分片
贴片
引线键合
塑料封装
最终封装与测试
微电子材料与制程
Figure 20.1
芯片粘结
• 1 共晶焊粘贴 • 2 玻璃焊料粘贴 • 3 高分子胶粘结法(环氧树脂粘 贴)
微电子材料与制程
共晶焊粘贴
共晶定义使它的熔点降至最低的熔态混合。然后用合
金方法将金粘接到基座上，基座通常是引线框架或是陶瓷
电子封装技术 指导老师：李文石 13机械 1317418061 徐镒嘉
微电子材料与制程
引 言
• 在制造工艺完成时，通过电测试的硅片准备进行单个芯片 的装配和封装。这些在最终装配和封装中进行，被称为集 成电路制造过程的后道工序。 • 最终装配和封装在集成电路后道工序是两个截然不同过程 ，每个都有它特殊的工艺和工具。在传统工艺中，集成电 路最终装配从硅片上分离出每个好的芯片并将芯片粘贴在 金属引线框架或管壳上，用细线将芯片表面的金属压点和 提供芯片电通路的引线框架内端互连起来，最终装配后， 集成电路是将芯片封装在一个保护管壳内。 • 现在最常用的封装是塑料包封芯片，这种塑料包封提供 环境保护并形成更高级装配连接的管脚。另外还有陶瓷 封装等
• 单芯片封装 • 多芯片封装(多芯片模块封装) • 塑料封装 • 陶瓷封装
密封的材料区分
按照器件与电路 板接合方式
引脚插入型(PTH)
表面粘着型(SMT)
微电子材料与制程
微电子材料与制程
以引脚分布形态区分:典型 IC 封装形式
双列直插封装
(DIP)
单列直插封装
(SIP)
薄小型封装
(TSOP)
四边形扁平封装
微电子材料与制程
传统装配与封装
硅片测试和拣选
分片
贴片
引线键合
塑料封装
最终封装与测试
微电子材料与制程
Figure 20.1
互连技术
(QFP) 微电子材料与制程
塑料电极芯片载体
(PLCC)
Figure 20.2
无管脚芯片载体
(LCC)
关于集成电路封装形式
性能 RC 时间延迟 输入/输出 (I/O)的个数 压焊和粘贴 信号上升时间 频率响应 开关瞬态 热 芯片尺寸 管壳尺寸 压点尺寸和间距 管壳引线尺寸和间距 衬底载体压点尺寸和间距 散热设计 芯片基座 (塑料、陶瓷或金属) 载体 (有机物、陶瓷) 热膨胀失配 引线金属化 集成到现有工艺 管壳材料 成品率 芯片粘贴方式 封装粘贴 (通过孔、表面贴装或凸点) 散热装配 包封
微电子材料与制程
环氧树脂粘贴
•环氧树脂粘贴是将芯片粘贴到引线框架或基座上最常用的方法。 环氧树脂被滴在引线框架或基座的中心，芯片贴片工具将芯片背 面放在环氧树脂上（见下图）。接下来是加热循制程
焊接粘结法
• 焊接粘结法式另一种利用合金反应进行芯片粘结的方法，能形成热传导 性能优良的粘结为其主要群殴点。焊接粘结法必须在热氮气遮护的环境 中进行以防止焊锡氧化及空洞的形成。 • 常见的焊料有金-硅、金-锡、金-锗等硬质合金与铅-锡等软质合金。
基座（ 90 ％以上的 Al2O3 ）。典型地，基座有一个金或银
的金属化表面。当加热到420℃约6秒钟时芯片和框架之间
形成共晶合金互连。
共晶贴片提供了良好的热通路和机械强渡。对于双极 集成电路共晶焊粘贴技术更普遍。
微电子材料与制程
Au-Si 共晶贴片
金/硅共晶 合金
Silicon Gold film Al2O3