电子封装结构与工艺(1)
电力电子器件封装工艺流程
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在进行电力电子器件封装之前，需要做好充分的准备。
各种电子封装工艺技术
电子封装由于结构和工艺复杂，并直接影响到的使用性能和寿命，一直是近年来的研究热点，特别是白光电子封装更是研究热点中的热点。
电子封装的功能主要包括：1.机械保护，以提高可靠性；2.加强散热，以降低芯片结温，提高性能；3.光学控制，提高出光效率，优化光束分布；4.供电管理，包括交流/直流转变，以及电源控制等。
电子封装方法、材料、结构和工艺的选择主要由芯片结构、光电/机械特性、具体应用和成本等因素决定。
经过40多年的发展，LED电子封装先后经历了支架式(Lamp LED)、贴片式(SMD LED)、功率型LED(Power LED)等发展阶段。
随着芯片功率的增大，特别是固态照明技术发展的需求，对电子封装的光学、热学、电学和机械结构等提出了新的、更高的要求。
为了有效地降低电子封装热阻，提高出光效率，必须采用全新的技术思路来进行电子封装设计。
二、电子封装关键技术电子封装主要涉及光、热、电、结构与工艺等方面，如图1所示。
这些因素彼此既相互独立，又相互影响。
其中，光是LED 电子封装的目的，热是关键，电、结构与工艺是手段，而性能是电子封装水平的具体体现。
从工艺兼容性及降低生产成本而言，电子封装设计应与芯片设计同时进行，即芯片设计时就应该考虑到电子封装结构和工艺。
否则，等芯片制造完成后，可能由于电子封装的需要对芯片结构进行调整，从而延长了电子产品研发周期和工艺成本，有时甚至不可能。
具体而言，电子封装的关键技术包括：（一）低热阻电子封装工艺对于现有的光效水平而言，由于输入电能的80％左右转变成为热量，且芯片面积小，因此，芯片散热是电子封装必须解决的关键问题。
主要包括芯片布置、电子封装材料选择（基板材料、热界面材料）与工艺、热沉设计等。
电子封装热阻主要包括材料（散热基板和热沉结构）内部热阻和界面热阻。
散热基板的作用就是吸收芯片产生的热量，并传导到热沉上，实现与外界的热交换。
常用的散热基板材料包括硅、金属（如铝，铜）、陶瓷（如，AlN，SiC）和复合材料等。
封装工艺流程(1)
焊区与微电子封装的I/O引线或基板上的金属
布线焊区（Pad）用金属细丝连接起来的工
艺技术。
WB技术作用机理
❖
提供能量破坏被焊表面的氧化层和污染物，
使焊区金属产生塑性变形，使得引线与被焊
面紧密接触，达到原子间引力范围并导致界
面间原子扩散而形成焊合点。引线键合键合
❖ 铜：近年来，大量用于集成电路互连。铜比
铝有较高的导电率；铜丝相对于金丝具有成
本低、强度和刚度高、适合于细间距键合的
优点。
❖
引线键合的关键工艺
❖
❖
关键工艺：温度控制、精确定位控制、工作
参数设定。
应用对象：低密度连线封装（＜300个接点）
引线键合的技术缺陷
1.
2.
3.
多根引线并联产生邻近效应，导致电流分布
对芯片的影响，同时还可以屏蔽电磁干扰。
③各向异性导电聚合物:电流只能在一个方向流动。
❖ 导电胶功能：（形成化学结合、具有导电功能）
❖
2.3.4 玻璃胶粘贴法
与导电胶类似，玻璃胶也属于厚膜导体材料（后面
我们将介绍）。不过起粘接作用的是低温玻璃粉。它
是起导电作用的金属粉（Ag、Ag-Pd、Au、Cu等）
出现废品。
Chipping Die
崩边
2.3 芯片粘贴
芯片贴装：也称芯片粘贴，是将芯片固定
于封装基板或引脚架芯片的承载座上的工
艺过程。
贴装方式4种：
❖ 共晶粘贴法（Au-Si合金）
❖ 焊接粘贴法（Pb-Sn合金焊接）
❖ 环氧树脂粘结（重点）
❖ 玻璃胶粘贴法
引线框架
装
架
引线
第二章-电子封装的基本工艺-PDF全
点面积大，无方向性，可自动化焊接。
三种引线键合的焊接拉力比较
热压焊：<0.05N/点 超声焊：>0.1N/点（Al丝, 40µm） 热超声焊：0.07-0.09N/点（Au丝, 25µm）
引线键合可能产生的失效
脱焊(lift-off)：原因是焊盘上存在有机沾污或是 表面氧化层太厚 疲劳断裂(fatigue break)：原因是生成金属间化 合物，使接触电阻增大。金属间化合物形成的同 时，在焊接点产生空洞，在热冲击、温度循环过 程中，空洞越来越大，导致焊点断裂。 （金属间化合物的生成是二种金属键合的关键， 金属间化合物的剪切强度比纯金和纯铝高。）
TAB的应用
主要应用在低成本，大规模生产的电子产品。
TAB的引线在九十年代： 200—300根，内引线间距50—80um，外引线
间距<0.3mm 2000年：达到800—1000根引线
2.2.3 倒装焊
倒装焊（FCB）是芯片面朝下，芯片焊区直接与基板 焊区直接互连的一种方法。
优点： • 互连线短，互连电容、电阻、电感小，适合高频高速器件； • 占基板的面积小，安装密度高； • 芯片焊区可面分布，适合高I/O器件； • 芯片安装和互连可以同时进行，工艺简单、快速，适合
1.热压焊：
利用加热和加压力使金属丝与Al或Au金属焊区压焊在一 起。 原理:使焊区金属塑性形变，破坏压焊界面氧化层，使金属 丝和焊区金属接触面产生原子间吸引力，达到键合的目的。 此外，界面上、下金属在加热加压下相互镶嵌。 焊接压力：0.5-1.5N/点 焊头温度：150℃ 芯片温度：>200℃ 缺点：高温：氧化，生成金属间化合物；
第二章 电子封装的基本工艺
晶圆级封装(WLP)方案(一)
晶圆级封装（WLP）方案一、实施背景随着微电子产业的快速发展，封装技术正面临着严峻的挑战。
传统的封装技术由于尺寸大、电性能和热性能较差等问题，已经难以满足高性能集成电路的封装需求。
而晶圆级封装（WLP）技术的出现，为产业结构的改革提供了新的解决方案。
二、工作原理晶圆级封装（WLP）是一种将集成电路直接封装在晶圆片上的技术。
它通过在晶圆片上制造出多个集成电路，然后通过切割和封装，将这些集成电路分别封装在独立的封装体中。
具体来说，WLP技术首先在晶圆片上制造出多个集成电路，这些集成电路可以是数字电路、模拟电路、混合信号电路等。
然后，使用切割机将晶圆片切割成单个集成电路，再将这些集成电路分别封装在独立的封装体中。
三、实施计划步骤1.设备采购：需要采购制造集成电路所需的设备，如光刻机、刻蚀机、薄膜沉积设备等。
2.工艺研发：需要研发适合WLP技术的制造工艺，包括光刻工艺、刻蚀工艺、薄膜沉积工艺等。
3.样品制作：在研发阶段，需要制作样品以验证工艺的可行性。
4.测试与验证：对制作的样品进行测试和验证，确保其性能符合要求。
5.批量生产：当样品测试通过后，可以开始批量生产。
四、适用范围WLP技术适用于各种高性能集成电路的封装，如CPU、GPU、FPGA等。
它具有以下优点：1.体积小：由于WLP技术将集成电路直接封装在晶圆片上，因此可以大大减小封装体积。
2.电性能和热性能优异：WLP技术可以提供更好的电性能和热性能，从而提高集成电路的性能和可靠性。
3.制造成本低：由于WLP技术可以在晶圆片上制造多个集成电路，因此可以分摊制造成本，降低单个集成电路的制造成本。
4.可扩展性强：WLP技术可以轻松扩展到更大的晶圆尺寸和更高的产量。
五、创新要点1.制造工艺的创新：WLP技术需要研发适合其特点的制造工艺，包括光刻工艺、刻蚀工艺、薄膜沉积工艺等。
2.封装技术的创新：WLP技术需要开发新的封装技术，以实现集成电路的高性能、小型化和可靠性。
微电子封装技术作业(一)
第一次作业1 写出下列缩写的英文全称和中文名称DIP: Double In-line Package, 双列直插式组装BGA: ball grid array, 球状矩阵排列QFP: Quad flat Pack, 四方扁平排列WLP: Wafer Level Package, 晶圆级封装CSP: Chip Scale Package, 芯片级封装LGA: Land grid array, 焊盘网格阵列PLCC: Plastic Leaded Chip Carrier, 塑料芯片载体SOP: Standard Operation Procedure, 标准操作程序PGA: pin grid array, 引脚阵列封装MCM: multiple chip module, 多片模块SIP: System in a Package, 系统封装COB: Chip on Board, 板上芯片DCA: Direct Chip Attach, 芯片直接贴装，同COBMEMS: Micro-electromechanical Systems, 微电子机械系统2 简述芯片封装实现的四种主要功能，除此之外LED封装功能。
芯片功能（1）信号分配;(2)电源分配；（3）热耗散：使结温处于控制范围之内；（4）防护：对器件的芯片和互连进行机械、电磁、化学等方面的防护LED器件（2）LED器件：光转化、取光和一次配光。
3 微电子封装技术的划分层次和各层次得到的相应封装产品类别。
微电子封装技术的技术层次第一层次：零级封装-芯片互连级（CLP）第二层次：一级封装SCM 与MCM（Single/Multi Chip Module）第三层次：二级封装组装成SubsystemCOB（Chip on Board）和元器件安装在基板上第三层次：三级微电子封装，电子整机系统构建相对应的产品如图（1）所示：图1 各个封装层次对应的产品4 从芯片和系统角度简述微电子技术发展对封装的要求（1）对于单一的芯片，片上集成的功能比较少时，对封装技术要求不太高，但是在芯片上集成系统时（SOC），随着尺寸的减小，将模拟、射频和数字功能整合到一起的难度随之增大，这样在封装工艺上难度会加大，比如，SOC芯片上包含有MEMS或者其他新型的器件，即使解决了在芯片上制作的工艺兼容问题，还将面临封装的难题。
1第一讲 电子封装
从半导体 芯片到50 微米的工 程领域为 实装工程 将封装体 连接于基 板之上 四个层次构 成了电子封 装工程
电子封装工程的定义
电子封装工程的各个方面： 随半导体大规模集成电路技 术的进展及电子机器设备向 轻量、小型、多功能等方向 的发展，对电子封装工程提 出越来越高的要求。例如， 超高性能化、薄型小型化、 多端子引线、高频、大功耗 以及高可靠性等等。这意味 着电子封装工程所涉卫的科 学技术颂域越来越多，范围 越来越广，问题的难度也越 来越大。
电子封装工程的定义－狭义的封装
狭义的封装 在后工程中完成 利用膜技术及微细连接技术，将半导体元器件 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。 前图所示的封装工程是指将封装体与基板连接 固定，装配成完整的系统或电子机器设备，以 确保整个系统综合性能的工程。
第一章 电子封装技术概述
1、电子封装工程的定义及范围 1.1 定义 1.2 范围 1.3 功能 1.4 分类 2、技术课题 2.1 信号的高速传输 2.2 高效率冷却 2.3 高密度化 2.4 防止电磁波干扰技术
第一章 电子封装技术概述
3、从电子封装技术到电子封装工程 3.1 电子封装技术的体系和范围 3.2 电子封装工程的主要课题 3.3 电子封装材料 3.4 电子封装发展的国内外现状
MCM技术是电子封装的发展趋势
电子封装工程的范围－层次划分
3层次 指构成板或卡的装配工序，将多数个完成层次 2的单芯片封装和MCM，实装在PCB板等多层 基板上，基板周边设有插接端子，用于与母板 及其它板或卡的电气连接。 4层次 称为单元组装。将多个完成层次3的板或卡， 通过其上的插接端子，措载在称为母板的大型 PCB板上，构成单元组件。
微电子封装工艺流程
微电子封装工艺流程微电子封装工艺是指将微电子器件封装起来，以保护器件内部结构并方便与外部电路连接交互的工艺流程。
下面是一个简要的微电子封装工艺流程。
首先，需要准备好封装基板。
封装基板通常由高热传导性材料制成，例如陶瓷或金属，以确保器件在工作时能够迅速散热。
基板需要经过清洗和表面处理，以便后续工艺步骤的顺利进行。
接下来是芯片粘接。
将芯片粘接到基板上是封装过程中的重要一步。
通常采用粘合剂将芯片固定在基板上。
粘接剂需要具有良好的粘附力和导热性能，以确保芯片与基板之间能够有效传递热量。
接着是线缆连接。
线缆连接是将芯片内部的电连接到外部电路的关键步骤。
常用的线缆连接方式有焊接和微焊接。
焊接是通过加热导线和焊盘使其相互熔接，形成可靠的电连接。
微焊接则是采用微小尺寸的焊盘和导线进行连接，以满足封装器件的小尺寸要求。
紧接着是封装密封。
为了保护器件内部结构免受外部环境的侵蚀和损坏，需要对器件进行密封。
常用的密封方式有环氧树脂封装和金属封装。
环氧树脂封装将芯片包裹在保护层中，形成一个紧密的密封结构，以防止封装器件受到潮湿、灰尘等外部因素的影响。
金属封装则是利用金属外壳将芯片封装起来，提供更高的机械保护和散热性能。
最后是封装测试。
在封装完成后，需要对封装器件进行功能性测试和可靠性测试，以确保器件的性能和质量。
功能性测试包括电性能测试和信号测试，可靠性测试则是针对器件在不同环境和工作条件下的长期稳定性进行测试。
综上所述，微电子封装工艺流程包括准备封装基板、芯片粘接、线缆连接、封装密封和封装测试等步骤。
这些步骤都需要严格的操作和控制，以确保封装器件的质量和可靠性。
随着技术的不断进步，微电子封装工艺也在不断演进，逐渐实现更小尺寸、更高性能和更可靠的封装方案。
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电子封装结构与工艺
1.电子封装的定义：
电子封装就是安装集成电路内置芯片外用的管壳，起着安放固定密封，保护集成电路内置芯片，增强环境适应的能力，并且集成电路芯片上的铆点也就是接点，是焊接到封装管壳的引脚上的。
2.电子封装功能：（1）电功能：传递芯片的电信号；
（2）机械化学保护功能：保护芯片与引线；
（3）散热功能：散发芯片内产生的热量；
（4）防潮；
（5）抗辐射；
（6）防电磁干扰；
3.电子封装的分类，分级:
(1)电子封装的分类：根据封装材料的不同，电子封装可分为塑料封装、陶瓷封装和金属封装三种。
(2)电子封装的分级：
1）零级封装：芯片的连接，即芯片互连级。
2）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；3）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；
4）三级封装：将二级封装插装到母板上。
4.电子封装发展的驱动力：
随着电子技术的飞速发展，封装的小型化和组装的高密度化以
及各种新型封装技术的不断涌现，对电子组装质量的要求也越来越高。
所以电子封装的新型产业也出现了，叫电子封装测试行业。
可对不可见焊点进行检测。
还可对检测结果进行定性分析，及早发现故障。
现今在电子封装测试行业中一般常用的有人工目检，在线测试，功能测试，自动光学检测等，其人工目检相对来说有局限性，因为是用肉眼检查的方法，但是也是最简单的
5.再布线技术的概念，流程（工艺），作用。
1）概念：再布线技术就是在器件表面重新布置I/O 焊盘。
2）流程（工艺）
3）作用：再分布技术就是在器件表面重新布置I/O 焊盘。
传统芯片的焊盘设计通常为四周分布，以便进行引线键合，焊盘分布很难满足凸点制备的工艺要求，因此为了满足倒装工艺，需要进行焊盘再分布。
芯片焊盘设计为阵列分布，如果分布不合理或者使用的凸点制备工艺不同仍然不能满足倒装焊工艺时，可以通过焊盘再分布技术实现倒装。
6.凸点制作的方法：焊点制作可采用蒸发法、化学镀法、电镀法、置球法和和焊膏模板印制法等。
目前仍以电镀法用得较多, 其次是蒸发法（高铅）,再者为焊膏模板印制法。
但因焊膏模板印制法制作焊料凸点比较简便, 自动化程度较高, 成本也较低, 故该法将会被较多地采用。