第一章 集成电路芯片封装概述
第1章集成电路芯片封装技术概述ppt课件
传统装配与封装流程
硅片测试和拣选
分片
20.1
最终封装与测试
微芯片封装例子
Figure 1.8
二、封装分类及封装材料
迄今还没有一个统一的封装分类方法，业界常常从 封装材料、封装形式、应用对象等角度进行分类。
从以下四个方面进行分类： 按芯片数目； 按材料分类； 按器件与电路板互连方式； 按引脚分布；
缺陷芯片
5.
终测确保集成电路 通过电学和环境测 试
Figure 1.6
封装在IC制造流程中的位置
1、芯片封装技术—概念
狭义的封装
集成电路芯片封装(Packaging,PKG)，是指利 用膜技术及微细加工技术,将芯片布置、粘贴固定 及连接在框架或基板上,并引出接线端子。通过可 塑性绝缘介质灌封固定,构成整体立体结构的工艺。
教材： 集成电路芯片封装技术 李可为 编 参考书：微系统封装技术概论 金玉丰编著
第一章
集成电路芯片封装技术概述
一、封装技术概论及相关知识
二、封装分类及封装材料
三、微电子封装技术历史和发展趋 势
一、封装技术概论及相关知识
微电子学〔Microelectronics）： 一门研究集成电路设计 、制造、测试、封装等全过程的学科。
1.封装的分类 (2)
按互连方式分类：
引脚插入式 PTH(Pin-through-hole)
SIP
单边引腳
ZIP
插入式
双边引腳
DIP SK-DIP
PGA
底部引腳
表面贴装式：SMT〔Surface Mount Te单ch边n引ol脚ogy) SVP
表面贴装式
双边引脚
SOP TSOP SSOP SOI
集成电路封装与测试(一)
三人获得了1956年 诺贝尔物理学奖
William B. Shockley
John Bardeen
Walter H. Brattain
1958年9月10日美国的基尔比发明了集成电 路集成电路是美国物理学家基尔比(Jack Kilby)和诺伊斯两人各自独立发明的，都拥有 发明的专利权。 1958年9月10日，基尔比的第一个安置在半 导体锗片上的电路取得了成 功，被称为“相 移振荡器”。 1957年，诺伊斯(Robort Noyce)成立了仙童 半导体公司，成为硅谷的第一家专门研制硅 晶体管的公司。 1959年2月，基尔比申请了专利。不久，得 克萨斯仪器公司宣布，他们已生产出一种比 火柴头还小的半导体固体 电路。诺伊斯虽然 此前已制造出半导体硅片集成电路，但直到 1959年7月才申请专利，比基尔比晚了半年。 法庭后来裁决，集成电路的发明专利属于基 尔比，而 有关集成电路的内部连接技术专利 权属于诺伊斯。两人都因此成为微电子学的 创始人，获得美国的“巴伦坦奖章”。
双边 引脚
SOP (小型化封装 小型化封装) 小型化封装
单边 引脚
SIP 单列引脚式封装） （单列引脚式封装） ZIP 交叉引脚式封装） （交叉引脚式封装）
四边 引脚
QFP PLCC (四侧引脚扁平封装 （无引线塑料封装载体 ） 四侧引脚扁平封装) 四侧引脚扁平封装
双边 引脚
DIP （双列式封装） 双列式封装）
4.2 技术发展趋势
芯片封装工艺： △ 芯片封装工艺： 从逐个管芯封装到出现了圆片级封装， 从逐个管芯封装到出现了圆片级封装，即先将圆片 划片成小管芯。 划片成小管芯。 再逐个封装成器件，到在圆片上完成封装划片后 再逐个封装成器件， 就成器件。 就成器件。 芯片与封装的互连：从引线键合（ △ 芯片与封装的互连：从引线键合（WB）向倒装焊 ） （FC）转变。 ）转变。 微电子封装和PCB板之间的互连： 板之间的互连： △ 微电子封装和 板之间的互连 已由通孔插装(PTH)为主转为表面贴装（SMT）为主。 为主转为表面贴装（ 已由通孔插装 为主转为表面贴装 ）为主。
芯片封装详细图解通用课件
焊接方法主要有两种：热压焊接 和超声焊接。
焊接过程中需要控制温度、时间 和压力等参数，以保证焊接质量
和可靠性。
封装成型
封装成型是将已贴装和焊接好的芯片封装在保护壳内的过程。
封装材料主要有金属、陶瓷和塑料等。
成型过程中需要注意保护好芯片和引脚，防止损坏和短路。同时要保证封装质量和 外观要求。
质量检测
VS
详细描述
高性能的芯片封装需要具备低延迟、高传 输速率和低功耗等特性，以满足电子设备 在运行速度、响应时间和能效等方面的需 求。同时，高可靠性的封装能够确保芯片 在各种环境条件下稳定运行，提高产品的 使用寿命和可靠性。
多功能集成化
总结词
为了满足电子设备多功能化的需求，芯片封 装也呈现出多功能集成化的趋势。
02
芯片封装流程
芯片贴装
芯片贴装是芯片封装流程的第 一个环节，主要涉及将芯片按 照设计要求粘贴在基板上。
粘贴方法主要有三种：粘结剂 粘贴、导电胶粘贴和焊接粘贴 。
粘贴过程中需要注意芯片的方 向和位置，确保与设计要求一 致，同时要保的引脚与基板 的引脚对应焊接在一起的过程。
塑料材料具有成本低、重量轻、加工方便等优点，常用于 封装壳体和绝缘材料等。
常用的塑料材料包括聚苯乙烯、聚酯、聚碳酸酯等，其加 工工艺包括注塑成型、热压成型等。
其他材料
其他材料包括玻璃、石墨烯、碳纳米管等新型材料，具有优异的性能和广阔的应 用前景。
这些新型材料的加工工艺尚在不断发展和完善中。
05
芯片封装发展趋势
02
陶瓷材料主要包括95%Al2O3、 Al2O3-ZrO2、Al2O3-TiO2等， 其加工工艺包括高温烧结、等静 压成型和干压成型等。
金属材料
集成电路芯片封装
第一章集成电路芯片封装概述(P1)封装概念：狭义：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。
广义：将封装体与基板连接固定，装配成完整的系统或电子设备，并确保整个系统综合性能的工程。
（P3）芯片封装实现的功能：1、传递功能2、传递电路信号3、提供散热途径4、结构保护与支持（P4）封装工程的技术层次封装工程始于集成电路芯片制成之后，包括集成电路芯片的粘贴固定、互连、封装、密封保护、与电路板的连接、系统组合，直到最终产品完成之前的所有过程。
第一层次：又称为芯片层次的封装，是指把集成电路芯片与封装基板或引脚架之间的粘贴固定、电路连线与封装保护的工艺，使之成为易于取放输送，并可与下一层次组装进行连接的模块（组件）元件。
第二层次：将数个第一层次完成的封装与其他电子元器件组成一个电路卡的工艺。
第三层次：将数个第二层次完成的封装组装的电路卡组合成在一个主电路板上使之成为一个部件或子系统的工艺。
第四层次：将数个子系统组装成为一个完整电子产品的工艺过程。
在芯片上的集成电路元器件间的连线工艺也称为零级层次的封装，因此封装工程也可以用五个层次区分。
（P5）封装的分类：1、按封装集成电路芯片的数目：单芯片封装（SCP）和多芯片封装（MCP）2、按密封材料区分：高分子材料（塑料）和陶瓷3、按器件与电路板互连方式：引脚插入型（PTH）和表面贴装型（SMT）4、按引脚分布形态：单边引脚、双边引脚、四边引脚和底部引脚SMT器件有L型、J型、I型的金属引脚。
SIP：单列式封装SQP：小型化封装MCP：金属鑵式封装DIP：双列式封装CSP：芯片尺寸封装QFP：四边扁平封装PGA：点阵式封装BGA：球栅阵列式封装LCCC：无引线陶瓷芯片载体第二章封装工艺流程（P19）封装流程一般分为两个部分：用塑料封装（固封）之前的工艺步骤称为前段操作，在成型之后的工艺步骤称为后段操作。
集成电路芯片封装
第一章集成电路芯片封装概述(P1)封装概念：狭义：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。
广义：将封装体与基板连接固定，装配成完整的系统或电子设备，并确保整个系统综合性能的工程。
（P3）芯片封装实现的功能：1、传递功能2、传递电路信号3、提供散热途径4、结构保护与支持（P4）封装工程的技术层次封装工程始于集成电路芯片制成之后，包括集成电路芯片的粘贴固定、互连、封装、密封保护、与电路板的连接、系统组合，直到最终产品完成之前的所有过程。
第一层次：又称为芯片层次的封装，是指把集成电路芯片与封装基板或引脚架之间的粘贴固定、电路连线与封装保护的工艺，使之成为易于取放输送，并可与下一层次组装进行连接的模块（组件）元件。
第二层次：将数个第一层次完成的封装与其他电子元器件组成一个电路卡的工艺。
第三层次：将数个第二层次完成的封装组装的电路卡组合成在一个主电路板上使之成为一个部件或子系统的工艺。
第四层次：将数个子系统组装成为一个完整电子产品的工艺过程。
在芯片上的集成电路元器件间的连线工艺也称为零级层次的封装，因此封装工程也可以用五个层次区分。
（P5）封装的分类：1、按封装集成电路芯片的数目：单芯片封装（SCP）和多芯片封装（MCP）2、按密封材料区分：高分子材料（塑料）和陶瓷3、按器件与电路板互连方式：引脚插入型（PTH）和表面贴装型（SMT）4、按引脚分布形态：单边引脚、双边引脚、四边引脚和底部引脚SMT器件有L型、J型、I型的金属引脚。
SIP：单列式封装SQP：小型化封装MCP：金属鑵式封装DIP：双列式封装CSP：芯片尺寸封装QFP：四边扁平封装PGA：点阵式封装BGA：球栅阵列式封装LCCC：无引线陶瓷芯片载体第二章封装工艺流程（P19）封装流程一般分为两个部分：用塑料封装（固封）之前的工艺步骤称为前段操作，在成型之后的工艺步骤称为后段操作。
集成电路封装
用于多引脚电路，后者适用于少引脚电路。 随着半导体工业的飞速发展，芯片的功能愈来愈 强，需要的外引脚数也不断增加，即使把引线间距再缩 小，其局限性也日渐突出，于是诞生了阵列式封装。 阵列式封装最早是针栅阵列（PGA），引脚为针式。 将引脚形状变通为球形凸点，；球改为柱式就是柱栅阵 列(CGA）。后来更有载带BGA(TBGA）、金属封装 BGA(MBGA）、陶BGA(CBGA）、倒装焊BGA(FCBGA）、塑 料BGA(PBGA）、增强型塑封BGA(EPBGA）、芯片尺寸 BGA(D2BGA）、小型BGA(MiniBGA）、微小BGA(MicroBGA） 及可控塌陷BGA(C2BGA)等。BGA成为当今最活跃的封装 形式。 1992年日本富士通首先提出了芯片尺寸封装(CSP) 概念。很快引起国际上的关注，它必将成为IC封装的一 个重要热点。 另一种封装形式是贝尔实验室大约在1962年提出，
Plating电镀 功能：在杠架上镀上一层锡，防止氧化、提高可焊性能 Plating工序流程： 1、对照随工单进行来料检查 2、确认来料没问题后将产品送到上料站，上料站的员工 将产品放到工料站，上料让的员工将产品放到工作台 上对应的格子内，每个格子夹上号码的Carrier 3、将空的Carrier和Magazine拿到下料站，两面三刀者必 须对应不能分开 4、按照SOP开始生产，产品完成后装入Magazine 5、填写TCM书和随时工单 6、将LOT送往“waiting for PAB
我国半导体封装名称及字母代码
封装代号
封装代号由4或5个部分组成: 第一部分为字母,表示封装材料及结构形式;即上 述封装名称; 第二部分为阿拉伯数字,表示引出端数。 第三部份用字母或数字组合,表示同类产品封装 主要尺寸或形状的差异; 第四部分由数字组成,表示封装次要尺寸差异; 第五部分用字母组成,表示结构上的差异。
芯片封装工艺详解培训资料
集成化
集成化是芯片封装技术的重要发展方向 。通过将多个芯片和器件集成到一个封 装体内，实现系统级集成，提高性能和 可靠性。
VS
模块化
模块化封装可以实现快速开发和批量生产 。通过模块化的封装方式，可以快速组合 和定制不同功能的芯片模块，缩短产品上 市时间。
高性能与高可靠性
高性能
随着电子设备对性能要求的不断提高，高性 能的芯片封装技术也得到了快速发展。高性 能封装可以实现更快的传输速度和更低的功 耗。
包装
将检测合格的芯片按照规定进行包装， 以保护芯片在运输和存储过程中不受 损坏，同时标明产品规格和性能参数 等信息。
03 芯片封装材料
塑封材料
塑封材料是芯片封装中常用的材料之一，主要起到保护、绝缘和固定芯片的作用。
塑封材料通常由环氧树脂、聚氨酯、硅橡胶等高分子材料制成，具有良好的电气性 能、耐热性、耐腐蚀性和机械强度。
汽车电子领域
汽车电子领域是芯片封装工艺应用的另一个重要领域，主要涉及汽车安全、自动驾驶、车联网等领域 。由于汽车电子系统对可靠性和安全性的要求非常高，因此对芯片封装工艺的要求也相应较高。
总结词：汽车电子领域对芯片封装工艺的可靠性和安全性要求极高，需要具备抗振、抗冲击、耐高温 等性能。
THANKS FOR WATCHING
异形封装与多芯片封装
异形封装
为了满足不同电子设备的特殊需求，芯片封装呈现出异形化的趋势。异形封装可以根据产品需求定制 不同形状和结构的封装体，提高产品的独特性和差异化。
多芯片封装
多芯片封装技术可以将多个芯片集成到一个封装体内，实现更高的集成度和更小的体积，同时降低成 本和提高性能。
集成化与模块化
脚与芯片之间的可靠连接。
集成电路封装概述
集成电路封装概述近年来，我国集成电路行业发展迅猛，以集成电路为核心的电子信息产业超过了之前钢铁、石油、汽车传统工业成为了支柱产业。
集成电路的集成度和产品更新速度为每18个月增加一倍，成为拉动国民经济和改造传统产业的强有力的引擎。
而封装测试业作为集成电路行业重要环节，已为我国集成电路的重要组成部分，我国在集成电路领域首先发展的即是封装测试业，由于具备成本和地缘优势，同时国外半导体公司也向中国转移封装测试产能，目前我国已经成为全球主要封装基地之一。
我国集成电路行业起步较晚，由于国家大力扶持科学技术人才发展，大力支持科学技术改革与创新，所以我国的集成电路行业发展迅猛，而作为集成电路的重要环节，集成电路封装也同样是发展迅猛，得益于我国的地缘跟成本优势，依靠于广大市场潜力和人才发展，集成电路封装已成为我国重要的集成电路行业重要的组成部分，我国优先发展的就是集成电路封装。
国外半导体公司也向中国转移封装测试产能，我国的集成电路封装发展具有巨大的潜力，目前我国已经成为全球主要封装基地之一。
SIP是基于SOC的一种新封装技术，将一个或多个裸芯片及可能的无源元件构成的高性能模块装载在一个封装外壳内，包括将这些芯片层叠在一起，且具备一个系统的功能。
SIP将多个IC和无源元件封装在高性能基板上，可方便地兼容不同制造技术的芯片，从而使封装由单芯片级进人系统集成级。
它是在基板上挖凹槽，芯片镶嵌其中，可降低封装体厚度，电阻、电容、电感等生成于基板上方，最后用高分子材料包封。
在一个封装中密封多个芯片，通常采用物理的方法将两个或多个芯片重叠起来，或在同一封装衬底上将叠层一个挨一个连接起来，使之具有新的功能。
它可实现系统集成，将多个IC以及所需的分立器件和无源元件集成在一个封装内，包括多个堆叠在一起的芯片，或将多个芯片堆叠整合在同一衬底上，形成的标准化产品，可以像普通的器件一样在电路板上进行组装。
SIP为一个封装内集成了各种完成系统功能的电路芯片，是缩小芯片线宽之外的另一种提高集成度的方法，而与之相比可大大降低成本和节省时间。
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存储器类
封装最高引线 数
30～82
34～96
36～113
40～143
—
—
高性能ASIC类
1 600
2 007
2 518
3 158
6 234
8 758
焊球 芯片焊接盘节 距/um 锲焊 面列阵 引线价格 美分/引线 封装厚度 价格性能类 存储器类 日用品类
பைடு நூலகம்
50 45 200 1.90 1.90 1
47 42 200 1.71 1.54 0.8
• 第二层次（ Level 2 或 Second Level）：将数个第一 层次完成的封装与其他电子零件组成一个电路卡 （Card）的工艺。 • 第三层次（ Level 3 或Third Level ）：将数个 第二层次完成的封装组装成的电路卡组合与一主电 路板（ Board ）上使成为一个子系统（ Subsystem ） 的工艺。 • 第四层次（ Level 4 或Fourth Level ）：将数个 子系统组合成为一个完整电子产品的工艺过程。
将基板技术、芯片封装体、分立器件等 全部要素，按电子设备整机要求进行连接 和装配，实现电子的、物理的功能，使之 转变为适用于机械或系统的形式，成为整 机装置或设备的工程称为电子封装工程。 图1-1表示了封装前的芯片和封装几种不同 芯片的外观图。 本教材只对集成电路芯片的封装技术进 行研究和阐述。
图1.1集成电路芯片的显微照片
1.1.2电子封装的技术领域
电子封装技术涵盖的技术面极广，属于复杂 的系统工程。它应用了物理、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，因此电 子封装是一门跨学科知识整合的科学，也是整合 产品电气特性，热传导特性，可靠度，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， 开发封装技术的重要性不亚于集成电路芯片工艺 技术和其他相关工艺技术，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。
1.1.1概念
集成电路芯片封装（Packaging PKG）是指利 用膜技术及微细连接技术，将芯片及其它要素在 框架或基板上布置、粘贴固定及连接，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。此概念称为狭义的封装。 在更广的意义上讲的“封装”是指封装工程， 是将封装体与基板连接固定，装配成完整的系统 或电子机械设备，并确保整个系统综合性能的工 程。上面两层封装的含义结合起来，构成了广义 的封装概念。
第一章 集成电路芯片封装概述
1.1 芯片封装技术 “封装”一词伴随着集成电路芯片制造技术产生而出现， 这一概念用于电子工程的历史并不久。早在真空电子管 时代，将电子管等器件安装在管座上构成电路设备的方 法称为“组装或装配”，当时还没有“封装”的概念
50多年前，当三级管问世和后来集成电路芯片的出现 后，才改写了电子工程的历史。一方面这些半导体元器 件细小柔弱；另一方面，其性能高，且多功能、多规格。 为了充分发挥其功能，需要补强、密封、扩大，以便实 现与外电路可靠的电气连接并得到有效的机械、绝缘等 方面的保护，以防止外力或环境因素导致的破坏。“封 装”的概念正是在此基础上出现的。
1.1.3电子封装实现的功能
电子封装实现的功能可以归纳为（见图1.2）：
1）传递电能
2）传递电路信号
3）提供散热途径
4）结构保护与支持
图1.2电子封装实现的功能
1.2封装技术
电子封装始于集成电路芯片制成之后，包括 集成电路芯片的粘结固定、电路连线、密封保护、 与电路板的接合、系统组合，到产品完成之间的 所有过程。 通常以下列四个不同的层次（Level）区分描 述这一过程（见图1.3）。 • 第一层次（ Level 或First Level ）：该层次又 称为芯片层次的封装（Chip Level Packaging）， 是指把集成电路芯片与封装基板或引脚架（ lead frame ）之间的黏贴固定、电路连线与封装保护的 工艺，使之成为易于取放输送，并可与下一层次 组装进行接合的模组（组件 Module）元件。
• 国内封装企业概述 （1）国内半导体产业的主干——封装业。 （2）国内封装测试厂的4股势力。 （3）举足轻重的前10大业者。
43 39 182 1.55 1.25 0.65
40 35 150 1.40 1.01 0.5
40 35 150 1.03 0.54 0.5
40 35 150 0.88 0.39 —
1.3.3 国内封装业的发展
• 现状 国内封装测试业快速增长成为新亮点。2003 年我国IC封装测试企业实现销售收入246亿元， 同比增长23.3%，占整个IC产业链销售收入的 70%，已成为IC产业快速发展中的新亮点，是IC 市场有力的推动者。产能上迅速提升满足了市场 的要求，如长电科技股份、南通富士通、四川安 森美、华润安盛、上海金朋、安靠、浙江华越等 公司都在产量销售收入利润上获得历史佳绩。
图1.3 电子封装技术的层次分类
1.3 微电子封装技术的历史和发展趋势
• 1.3.1 历史
1.3.2 发展趋势
0.90 0.81 0.73 0.66 0.49 0.42 0.40 0.36 0.33 0.29 0.22 ～ 功能 ～ 首批产品上市年份 特征尺寸/nm 位/片DRAM 集成度 MPU（新品） DRAM（新品）/位· cm2 密度 MPU（新品）晶体管数/个· cm2 DRAM（新品） 芯片尺寸/mm2 MPU（新品） 芯片互连线层数 高性能类 芯片最高I/O数 450 6～7 2 304 450 7 3 042 567 8 3 042 622 8～9 3 042 817 9～10 4 224 937 10 4 416 24M 400 49M 438 78M 480 142M 526 863M 691 2 130M 792 110M 0.27G 220M 0.49G 441M 0.89G 882M 1.63G 7 053M 9.94G 19 949M 24.5G 1999 180 1G 2001 130 2G 2003 130 4G 2005 100 8G 2011 50 64G 2014 35 —