微系统封装基础
关于 HIC、MCM、SIP 封装与 SOC 的区别及工艺分析
0 引言随着国防军工、计算机和汽车电子产业的发展，电子产品和系统要求实现功能强、性能优、体积小、重量轻之特性，从当前电子产品及芯片发展的技术领域来考虑，实现该功能的电子产品有两种方式：其一，从芯片设计角度出发，依赖于 SoC 片上系统芯片设计及制造技术的发展和推进；其二，从芯片封装技术的角度考虑，依赖于近年来逐步发展和成熟起来的先进封装技术的支持。
SoC（System on Chip）片上系统是芯片研发人员研究的主方向。
它是将多个功能模块进行片上系统设计，进而形成一个单芯片电子系统，实现电子产品小型化、多功能、高可靠的特征需求，是芯片向更高层次发展的终极目标；但是，SoC 片上系统需要多个功能模块工艺集成，同时涉及各功能模块电路的信号传输和处理，技术要求高，研发周期长，开发成本高，无法满足电子产品升级换代的快速更新。
基于以上产品需求，在混合集成电路 HIC（Hybrid integrated circuit）封装技术基础上，MCM（Multi-Chip Module）及 SIP （System in package）等微电子封装技术逐渐在此方向上获得突破，在牺牲部分面积等指标的情况下，形成单一的封装“芯片”，并且可快速实现相同功能的芯片量产，推动产品快速上市。
本文将介绍 SoC 片上系统的优势和产品快速更新需求的矛盾，为解决此矛盾，从封装技术角度出发，给出微电子封装技术发展的 3 个关键环节，即HIC、MCM 及 SIP，介绍了其各自封装技术的优缺点，阐释了 HIC、MCM 及 SIP 的相互关系，最终分析形成一套基本满足 SOC 片上系统功能且可快速开发组装形成批量产能的 SIP 封装技术，快速实现电子产品整机或系统的芯片级更新需求。
1 SoC 片上系统分析SoC 即系统级芯片，从狭义的角度讲，SoC 是信息系统核心的芯片集成，是将系统关键部件集成在一块芯片上；从广义的角度讲，SoC 是一个微小型系统。
微电子封装工程 教学大纲
微电子封装工程一、课程说明课程编号：080902Z10课程名称：微电子封装工程/Microelectronics Packaging Engineering课程类别：专业教育课程学时/学分：40/2.5先修课程：半导体器件物理、微电子制造工艺适用专业：微电子科学与工程教材、教学参考书：[1] Haleh Ardebili，电子封装技术与可靠性，化学工业出版社，2012[2] 微电子封装技术. 中国科学技术出版社，2011[3] 周良知，微电子器件封装. 化学工业出版社，2003二、课程设置的目的意义本课程是一门微电子工程的基础课程，通过教学等环节，使学生掌握微电子工程中的芯片封装基本理论知识，建立微电子封装的基本概念与制造工艺流程，了解封装材料及器件可靠性相关知识，掌握其分析的基本理论方法和实验测试方法。
培养学生灵活运用理论知识解决实际问题的能力，提升学生在微电子技术领域的竞争力。
三、课程的基本要求按照本专业培养方案的培养要求，参照培养方案中课程体系与培养要求的对应关系矩阵。
在知识方面要求②具有较扎实的数学及其他自然科学基础知识；较系统地掌握本专业领域内的技术理论基础知识，主要包括力学、热学、电学、信息技术、机械学、物理、光学、微电子封装、微电子制造技术等基础知识；③具有微电子器件封装设计、封装制造、电子产品可靠性能分析等必要的专业知识，了解本学科前沿及发展趋势。
在能力方面要求②专业基本能力b.电子器件工作原理和性能分析能力，掌握半导体材料及结构中载流子产生、传输、复合特性分析能力；d.热分析计算能力，掌握电子封装器件发热、热传导及热应力引起的失效、寿命分析等能力；③专业核心能力a.掌握电子科学、机械制造、工程力学、材料科学、电子封装基础理论知识和本专业的基本理论知识，具备解决微电子封装工程技术问题的初步技能。
在素质方面要求②有较强的创新意识和良好的身体心理素质；③具备良好的专业品质和与主要面向工作岗位相适应的踏实敬业、吃苦耐劳、团结协作的职业素养。
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
mems和微系统封装基础
mems和微系统封装基础MEMS and Microsystem Packaging FundamentalsMEMS, or Micro-Electro-Mechanical Systems, are miniaturized devices that integrate mechanical elements, sensors, actuators, and electronics on a single chip. These devices are revolutionizing various fields, from healthcare to aerospace, due to their tiny size, low power consumption, and high performance.MEMS，即微机电系统，是将机械元件、传感器、执行器和电子器件集成在单个芯片上的微型化设备。
由于其体积小、功耗低和性能高等特点，这些设备正在从医疗保健到航空航天等各个领域引发革命。
The packaging of MEMS devices is crucial for their reliable operation and long-term stability. It involves encapsulating the MEMS structure within a protective shell to shield it from external contaminants, moisture, and mechanical stress.MEMS设备的封装对其可靠运行和长期稳定性至关重要。
封装涉及将MEMS结构封装在保护壳内，以防止其受到外部污染物、水分和机械应力的影响。
Microsystem packaging, on the other hand, refers to the assembly and integration of multiple MEMS devices and other components into a functional system. This involves careful consideration of the mechanical, electrical, and thermal interfaces between the components to ensure optimal performance.另一方面，微系统封装指的是将多个MEMS设备和其他组件组装和集成为功能系统。
微系统技术介绍
2
1 What Is MICROSYSTEMS
微系统是以微电子技术、射频与无线电技术、光学(或光电子学) 技术、微机电系统(MEMS)等技术为核心，从系统工程的高度出 发，通过封封、互连等精细加工技术，在框架、基板等载体上制 造、装配、集成微小型化功能装置。
我们所讨论的微系统大量应用于信息工程领域，因此微系统也可 以称为信息工程微系统。
4、什么是微电子封装(Microelectronic Packaging)
5、微电子封装发展进程(Development)
6、微系统封装技术的地位和作用(Role)
7、微系统封装中的技术挑战(The Challenge)
4/13/2020
13
2 微系统相关技术基础
Microsystems Products And Related Technologies Relations
4/13/2020
7
1 What Is MICROSYSTEMS
微系统与集成电路制造的关系（Cont.）
• 因此，微系统的整个制造过程，即芯片加工、集成组装、封装测试等要 比集成电路制造过程复杂得多。
• 微系统技术的发展已经使许多高速信息处理、大容量存储、超低功耗的 电子产品成为现实，未来的微系统产品将覆盖人类生活的方方面面。
4/13/2020
8
1 What Is MICROSYSTEMS
Typical 微系统产品
Smart Watches
4/13/2020
9
1 What Is MICROSYSTEMS
Typical 微系统产品
Multimedia Personal
Communication Terminal
微系统封装基础
• 微系统封装概述 • 微系统封装技术 • 微系统封装材料 • 微系统封装工艺流程 • 微系统封装的应用 • 微系统封装的发展趋势与挑战
01
微系统封装概述
定义与特点
定义
微系统封装是将微电子器件、微 型机械、传感器、执行器等微型 元件集成在一个封装体内，实现 特定功能的微型化系统。
塑封成型工艺需要精确控制成型 参数，如温度、压力和时间等，
以确保外壳完整、密封性好。
切筋成型工艺
切筋成型是将塑封好的微系统从母板 中切割出来的过程，通常使用切筋成 型机进行。
切筋成型工艺需要使用切筋刀具将微 系统从母板中切割出来，同时需要控 制切割深度和速度，以确保微系统的 完整性。
05
微系统封装的应用
芯片贴装技术
总结词
芯片贴装技术是微系统封装中的基础技术，主要涉及将芯片贴装在基板上，通过 引脚或焊球实现电气连接。
详细描述
芯片贴装技术包括传统引脚插入和表面贴装技术。在传统引脚插入技术中，芯片 通过引脚与基板连接，而在表面贴装技术中，芯片通过焊球或导电胶与基板连接 。这些连接方式需满足电气和机械性能要求，以确保芯片的正常工作。
汽车电子领域应用
发动机控制系统
微系统封装技术用于制造高精度、高可靠性的发动机控制系统， 提高汽车的动力性和燃油经济性。
安全气囊系统
通过微系统封装技术，将传感器、处理单元等器件集成在安全气囊 系统中，提高汽车的安全性能。
车载信息娱乐系统
利用微系统封装技术实现小型化的车载信息娱乐设备，提供更加丰 富和便捷的车载娱乐体验。
总结词
高分子材料具有优良的加工性能、低成本和 生物相容性，在微系统封装中具有广泛应用 。
详细描述
封装基础第1章-集成电路封装
现代集成电路封装
图 4.2 电子封装系统中前三级封装组装层次 Fig. 4.2 Three levels of electronic package assemble
现代集成电路封装
一级封装 一级封装是指芯片级封装，即将芯片封装以形成器件，所以又称器件封装。 常规一级封装
几种典型的器件封装类型 针栅阵列封装 针栅阵列（PGA，Pin grid array）封装也叫插针网格阵列封装技术，由这种技术封装的 器件有多个由内至外的方阵形的插脚（针） ，每个方阵形插针沿芯片的四周间隔一定距离排 列，根据管脚数目的多少，可以围成 2～5 圈。安装时，将器件插入专门的 PGA 插座。为了 使得 CPU 器件能够更方便的安装和拆卸，从 486 芯片开始，出现了一种 ZIF CPU 插座，专 门用来满足 PGA 封装的 CPU 在印刷电路板上安装和拆卸的要求，该技术一般用于可能出现 多次插拔操作器件的场合。
图 2.4 集成电路二级封装的发展趋势 Fig. 2.4 Evolution of IC package
电子封装
电子封装的发展
封装是芯片和电子系统之间的桥梁，集成电路封装技术的发展既受微电子技术 中芯片设计和制造技术的推动，同时，封装技术的发展又有力地支撑和推动了整个 微电子技术的发展。
在过去几十年里，为适应集成电路向小型化、高速化、大功率发展的需要，集 成电路封装技术得到了不断的提高和改进。朝着小尺寸、多 I/O、高密度、高可靠 性、高散热能力、自动化组装的方向发展。
Introduction to Microsystems Packaging
Prof. Rao R. Tummala Georgia Institute of Technology
现代集成电路封装
mems器件气密封装工艺规范（材料参数）
mems器件⽓密封装⼯艺规范（材料参数）MEMS器件⽓密封装⼯艺规范（元件级）华中科技⼤学微系统中⼼1. 引⾔微机电系统（Micro ElectroMechanical System－MEMS），⼜称微系统，以下简称MEMS。
MEMS是融合了硅微加⼯、LIGA 和精密机械加⼯等多种加⼯技术，并应⽤现代信息技术构成的微型系统。
它是在微电⼦技术基础上发展起来的，但⼜区别于微电⼦技术，主要包括感知外界信息（⼒、热、光、磁、⽣物、化学等）的传感器和控制对象的执⾏器，以及进⾏信息处理和控制的电路。
MEMS具有以下⼏个⾮约束的特征：（1）尺⼨在毫⽶到微⽶范围，区别于⼀般宏（Macro），即传统的尺⼨⼤于1cm尺度的“机械”，但并⾮进⼊物理上的微观层次；（2）基于（但不限于）硅微加⼯（Silicon Microfabrication）技术制造；（3）与微电⼦芯⽚类同，在⽆尘室⼤批量、低成本⽣产，使性能价格⽐⽐传统“机械”制造技术⼤幅度提⾼；（4）MEMS中的“机械”不限于狭义的⼒学中的机械，它代表⼀切具有能量转换、传输等功效的效应，包括⼒、热、光、磁，乃⾄化学、⽣物效应；（5）MEMS的⽬标是“微机械”与IC结合的微系统，并向智能化⽅向发展。
MEMS将许多不同种类的技术集成在⼀起，⽬前已在电⼦、信息、⽣物、汽车、国防等各个领域得到⼴泛应⽤，它被称为是继微电⼦技术⾰命之后的第⼆次微技术制造⾰命。
MEMS器件种类很多，有光学MEMS、⽣物MEMS、RFMEMS 等，不同的MEMS其结构和功能相差很⼤，其应⽤环境也⼤不相同，因此使得MEMS技术⾯临着许多挑战。
专家们认为⽬前MEMS技术在⼯业上⾯临的最⼤挑战是制造和封装问题。
封装占整个MEMS器件成本的50～80％。
鉴于MEMS 器件的种类很多，因此，本规范是对MEMS器件封装设计与⼯艺过程的⼀些成熟⽅法进⾏标准化。
2. MEMS器件封装的特点MEMS封装技术是在IC封装技术的基础上提出的，MEMS封装技术源⽤了许多IC封装⼯艺，因此MEMS封装⼯艺中有许多与IC 封装兼容的⼯艺。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
高密度组装技术
MCM、MCP、SIP
过程检测和过程控制技术
微电子技术发展
微电子技术是二十世纪下半叶才发展起来的
集成度每18个月翻1倍
2 RF/无线技术
1mm ~ 300mm
RF系统实例
RF技术发展
RF封装：寄生电感、寄生电阻、趋肤效应
3 光电子技术
——涉及光电子学、光学、电子学、计算机技术等前沿学科理论，是 多学科相互渗透、相互交叉而形成的高新技术学科。 它围绕着光信号的产生、传输、处理和接收，涵盖了新材料（新 型发光感光材料，非线性光学材料，衬底材料、传输材料和人工材 料的微结构等）、微加工和微机电、器件和系统集成等一系列从基 础到应用的各个领域。 光电子学是指光波波段，即红外线、可见光、紫外线和软X射线（频 率范围3×1011Hz~3×1016Hz或波长范围1mm~10nm）波段的电子学。
6
7 8 9 10
深圳塞意法半导体有限公司
南通富士通微电子有限公司 星科金朋(上海)有限公司 瑞萨半导体(北京)有限公司 乐山无线电股份有限公司
30.61
25.87 20.59 20.23 19.35
ADI公司安全气囊系统加速度计
5 微系统封装（MSP）
微系统各部分产值层次结构
封装的功能：
电源分配、信号分配、散热通道、机械支撑和环境保护
封装技术的分级：
芯片互连级
*芯片安装（粘接） (芯片与芯片载体之间二级封装）
*封盖(用金属、陶瓷、塑料或它们的组合封装起来) *各类型的元器件安装到PCB（或其它基板）上
——是在半导体材料芯片上采用微米级加工工艺，制造微小型化电子 元器件和微型化电路技术。微电子技术与传统电子技术相比，其主 要特征是器件和电路的微小型化。
主要包括
超精细加工技术 0.25mm和0.18mm 0.15m m和0.13mm 0.13-0.032um 薄膜生长和控制技术 膜厚：几微米~几百微米 ——厚膜；几微米以下——薄膜 进入大生产 完成开发，具备大生产的条件 困难光刻技术
完整的功能部件或整机
（三级封装）
* 各个插板或插卡再共同插装在一个更大的母板上
IC、封装和系统的集成
微系统封装涉及到的主要技术
应 用
移动电话
汽车
医疗
2007年十大封装测试企业 排名 1 2 3 4 5 企业名称
飞思卡尔半导体(中国)有限公司 奇梦达科技(苏州)有限公司 威迅联合半导体(北京)有限公司 江苏新潮科技集团有限公司 上海松下半导体有限公司 2007年销售额(亿元) 134.63 100.33 54.15 37.80 32.67
光电子技术研究热点是在光通信领域
速度快
增加带宽容量
光电子技术是继微电子技术之后，近十几年来迅速发展的新兴高技术
光电子的未来
4 MEMS技术
火星地震仪
微型质谱仪
电子鼻
微型湿度计
LIGA技术加 工的质谱仪 四极柱
德文 Lithographie GaVanoformung Abformung 英文 Lithogrophy electroforming micro molding 光刻、电铸和注塑
微系统封装基础
课程主要内容：
第1章 微系统封装概述 第2章 IC 封装基础 第3章 新型封装形式 第4章 封装材料及工艺 第5章 MEMS封装
（本课件部分使用了北大金玉丰、 Intellisense相关课件的内容）
第1章 微系统封装概述
微系统——
微 系 统 产 品
微系统技术
1 微电子技术
微电子技术