集成电路封装与测试(一)
集成电路封装与测试技术
集成电路封装与测试技术在当今科技飞速发展的时代，集成电路作为现代电子技术的核心基石，其重要性不言而喻。
而集成电路封装与测试技术则是确保集成电路性能稳定、可靠运行的关键环节。
集成电路封装，简单来说，就是将通过光刻、蚀刻等复杂工艺制造出来的集成电路芯片，用一种特定的外壳进行保护，并提供与外部电路连接的引脚或触点。
这就好像给一颗珍贵的“芯”穿上了一件合适的“防护服”，使其能够在复杂的电子系统中安全、稳定地工作。
封装的首要作用是保护芯片免受外界环境的影响，比如灰尘、湿气、静电等。
想象一下，一个微小而精密的芯片，如果直接暴露在外界，很容易就会被损坏。
封装材料就像是一道坚固的屏障，为芯片遮风挡雨。
同时，封装还能为芯片提供良好的散热途径。
集成电路在工作时会产生热量，如果热量不能及时散发出去，就会影响芯片的性能甚至导致故障。
好的封装设计可以有效地将芯片产生的热量传导出去，保证芯片在正常的温度范围内工作。
此外，封装还为芯片提供了与外部电路连接的接口。
通过引脚或触点的设计，使得芯片能够与其他电子元件进行通信和数据交换，从而实现各种复杂的功能。
在封装技术的发展历程中，经历了多个阶段的变革。
从最初的双列直插式封装（DIP），到后来的表面贴装技术（SMT），如小外形封装（SOP）、薄型小外形封装（TSOP）等，再到如今的球栅阵列封装（BGA）、芯片级封装（CSP）以及系统级封装（SiP）等先进技术，封装的体积越来越小，性能越来越高，引脚数量也越来越多。
例如，BGA 封装通过将引脚变成球形阵列分布在芯片底部，大大增加了引脚数量，提高了芯片与外部电路的连接密度和数据传输速度。
而 CSP 封装则在尺寸上更加接近芯片本身的大小，具有更小的封装体积和更好的电气性能。
SiP 封装则将多个芯片和其他元件集成在一个封装体内，实现了更高程度的系统集成。
集成电路测试技术则是确保封装后的集成电路能够正常工作、性能符合设计要求的重要手段。
测试就像是给集成电路进行一次全面的“体检”，以检测其是否存在缺陷或故障。
半导体集成电路封装与测试工艺流程
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集成电路封装和测试复习题答案
一、填空题1、将芯片及其他要素在框架或基板上布置，粘贴固定以及连接，引出接线端子并且通过可塑性绝缘介质灌封固定的过程为狭义封装;在次根基之上，将封装体与装配成完整的系统或者设备，这个过程称之为广义封装。
2、芯片封装所实现的功能有传递电能;传递电路信号;提供散热途径；构造保护与支持。
3、芯片封装工艺的流程为硅片减薄与切割、芯片贴装、芯片互连、成型技术、去飞边毛刺、切筋成形、上焊锡、打码。
4、芯片贴装的主要方法有共晶粘贴法、焊接粘贴法、导电胶粘贴发、玻璃胶粘贴法。
5、金属凸点制作工艺中，多金属分层为黏着层、扩散阻挡层、表层金保护层。
6、成型技术有多种，包括了转移成型技术、喷射成型技术、预成型技术、其中最主要的是转移成型技术。
7、在焊接材料中，形成焊点完成电路电气连接的物质叫做煤斜；；用于去除焊盘外表氧化物，提高可焊性的物质叫做助焊剂；在SMT中常用的可印刷焊接材料叫做锡直。
8、气密性封装主要包括了金属气密性封装、陶瓷气密性封装、玻璃气密性封装。
9、薄膜工艺主要有遮射工艺、蒸发工艺、电镀工艺、光刻工艺。
10、集成电路封装的层次分为四级分别为模块元件（MOdUIe）、⅛路卡工艺（Card）、主电路板（Board）、完整电子产品。
11、在芯片的减薄过程中，主要方法有磨削、研磨、干式抛光、化学机械平坦工艺、电化学腐蚀、湿法腐蚀、等离子增强化学腐蚀等。
12、芯片的互连技术可以分为打线键合技术、载带自动键合技术、倒装芯片键合技术。
13、DBG切割方法进展芯片处理时，首先进展在硅片正面切割一定深度切口再进展反面磨削。
14、膜技术包括了薄膜技术和厚膜技术，制作较厚薄膜时常采用丝网印刷和浆料枯燥烧结的方法O15、芯片的外表组装过程中，焊料的涂覆方法有点涂、丝网印刷、钢模板印刷三种。
16、涂封技术一般包括了顺形涂封和封胶涂封。
二、名词解释1、芯片的引线键合技术（3种）是将细金属线或金属带按顺序打在芯片与引脚架或封装基板的焊垫上而形成电路互连，包括超声波键合、热压键合、热超声波键合。
集成电路封装与测试
集成电路芯片封装: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封装工程:将封装体与基板连接固定装配成完整的系统或电子设备，并确保整个的综合性能的工程(合起来就是广义的封装概念)芯片封装实现的功能:①传递电能，主要是指电源电压的分配和导通②传递电路信号，主要是将电信号的延迟尽可能的减小，在布线时应尽可能使信号线与芯片的互联路径及通过封装的I/O接口引出的路径最短③提供散热途径，主要是指各种芯片封装都要考虑元器件部件长期工作时，如何将聚集的热量散出的问题④结构保护与支持，主要是指芯片封装可为芯片和其他连接部件提供牢固可靠的机械支撑封装工程的技术层次①第一层次，该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②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③第三层次，将数个第二层次完成的封装，组装成的电路卡组合在一个主电路板上，使之成为一个部件或子系统的工艺④第四层次，将数个子系统组装成一个完整电子产品的工艺过程芯片封装的分类:按照封装中组合集成电路芯片的数目，可以分为单芯片封装与多芯片封装按照密封的材料区分，可分为高分子材料和陶瓷为主的种类按照器件与电路板互连方式，可分为引脚插入型和表面贴装型按照引脚分布形态，可分为单边引脚，双边引脚，四边引脚与底部引脚零级层次，在芯片上的集成电路元件间的连线工艺SCP，单芯片封装MCP，多芯片封装DIP，双列式封装BGA，球栅阵列式封装SIP，单列式封装ZIP，交叉引脚式封装QFP，四边扁平封装MCP，底部引脚有金属罐式PGA，点阵列式封装芯片封装技术的基本工艺流程:硅片减薄，硅片切割，芯片贴装，芯片互连，成型技术，去飞边，毛刺，切筋成型，上焊锡，打码芯片减薄：目前硅片的背面减薄技术主要有磨削，研磨，干式抛光，化学机械平坦工艺，电化学腐蚀，湿法腐蚀，等离子增强化学腐蚀，常压等离子腐蚀等芯片切割:刀片切割，激光切割(激光半切割，激光全切割)激光开槽加工是一种常见的激光半切割方式芯片贴装也称为芯片粘贴，是将IC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。
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。
集成电路封装与测试
集成电路封装与测试一：封装1．集成电路封装的作用大体来说，集成电路封装有如下四个作用：（l）对集成电路起机械支撑和机械保护作用。
集成电路芯片只有依托不同类型的封装才能应用到各个领域的不同场所，以满足整机装配的需要（2）对集成电路起着传输信号和分配电源的作用。
各种输人输出信号和电源地只有通过封装上的引线才能将芯片和外部电子系统相沟通，集成电路的功能才能得到实现和发挥(3）对集成电路起着热耗散的作用。
集成电路加电工作时，会因功耗而发热，特别是功率集成电路，工作时芯片耗散热量大。
这些热量若不散发掉，就会使芯片温升过高，从而影响电路的性能或造成电路失效，因此，必须通过封装来散发芯片热量，以保证集成电路的性能和可靠性(4）对集成电路起着环境保护的作用。
集成电路芯片若无封装保护，将受污染等环境损伤，性能无法实现。
由于集成电路的应用愈来愈广泛，多数集成电路必须能耐各种恶劣环境的影响，因此，封装对集成电路各种性能的正确实现起着重要的保证作用电路的发展受广泛应用前景的驱动、而集成电路的封装又随着集成电路的发展而发展。
没有集成电路封装的发展，集成电路的发展就很难实现。
由此可见，集成电路封装对集成电路有着极其重要的作用2．集成电路封装的内容归纳起来至少有以下几个方面：(1)根据集成电路的应用要求，通过定的结构设计、工艺设计、电设计、热设计和可靠性设计制造出合格的外壳或引线框架等主要零部件，并不断提高设计、工艺技术，以适应集成电路发展的需要；(2）按照整机要求和组装需要，改进封装结构、确定外形尺寸，使之达到通用化、标准化，并向多层次、窄节距、多引线、小外形和高密度方向发展；(3）保证自硅晶圆的减薄、划片和分片开始，直到芯片粘接、引线键合和封盖等－系列封装所需工艺的正确实施，达到一定的规模化和自动化，并不断研制开发新工艺、新设备和新技术，以提高封装工艺水平和质量，同时努力降低封装成本：(4)随着集成电路封装日益发展的需要，在原有的材料基础上，需进一步提供低介电系数、高导热、高机械强度等性能优越的新型有机、无机和金属材料；(5)完善和改进集成电路封装的检验手段，统一检验方法，并加强工艺监测和质量控制，提供准确的检验测试数据，为提高集成电路封装的性能和可靠性提供有力的保证集成电路封装对器件性能的影响越来越大，某些集成电路的性能受封装技术的限制与受集成电路芯片性能的限制几乎相同，甚至更大。
集成电路封装与测试技术
集成电路封装与测试技术在当今科技飞速发展的时代，集成电路已经成为了各种电子设备的核心组件。
从我们日常使用的智能手机、电脑，到汽车、飞机中的控制系统，无一不依赖于集成电路的强大功能。
而集成电路封装与测试技术，则是确保集成电路性能、可靠性和成本效益的关键环节。
集成电路封装，简单来说，就是将制造好的集成电路芯片进行保护和连接，使其能够在外部环境中正常工作，并与其他电子元件进行通信。
这就好比给一颗珍贵的“芯”穿上一件坚固而合身的“外衣”。
封装的首要任务是提供物理保护，防止芯片受到外界的机械损伤、化学腐蚀和电磁干扰。
同时，封装还需要解决芯片的散热问题，确保芯片在工作时产生的热量能够有效地散发出去，以保证其性能和寿命。
封装的类型多种多样，常见的有双列直插式封装（DIP）、球栅阵列封装（BGA）、芯片尺寸封装（CSP）等。
每种封装类型都有其特点和适用场景。
例如，DIP 封装在早期的集成电路中应用广泛，其引脚从芯片两侧引出，安装方便，但占用空间较大；BGA 封装则通过在芯片底部形成球形引脚阵列，大大提高了引脚密度，适用于高性能、高集成度的芯片；CSP 封装则在尺寸上做到了极致，几乎与芯片本身大小相同，具有更小的体积和更好的电气性能。
在封装过程中，材料的选择也至关重要。
封装材料不仅要具备良好的绝缘性能、机械强度和热稳定性，还要与芯片和基板有良好的兼容性。
常见的封装材料包括塑料、陶瓷和金属等。
塑料封装成本较低，广泛应用于消费类电子产品；陶瓷封装具有更好的耐高温和耐湿性，常用于军事、航空航天等领域；金属封装则在散热和电磁屏蔽方面表现出色。
而集成电路测试，则是对封装好的集成电路进行质量检测和性能评估。
这就像是给集成电路进行一场严格的“考试”，只有通过了测试的产品才能进入市场。
测试的目的是确保集成电路在功能上符合设计要求，在性能上达到规定的指标，并且在可靠性方面能够满足长期使用的需求。
测试的内容包括功能测试、参数测试和可靠性测试等。
《集成电路封装与测试》芯片互连
引线键合技术
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引线键合键合接点形状主要有楔形和球形，键合接点有两个，两 键合接点形状可以相同或不同。
球形键合
楔形键合
引线键合工艺参数
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➢键合温度 WB 工艺对温度有较高的控制要求。过高的温度不仅会产生过多的氧化物影响键合质量，并
且由于热应力应变的影响，图像监测精度和器件的可靠性也随之下降。在实际工艺中，温控系 统都会添加预热区、冷却区，提高控制的稳定性，需要安装传感器监控瞬态温度 ➢键合时间
芯片焊区
芯片互连
I/O引线
半导体失效约有1/4-1/3是由芯片互连所引起，因此芯片互连对器件可靠性意义重大！！！
芯片互连技术概述
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芯片托盘(DIE PAD)
芯片(CHIP)
L/F 内引脚 (INNER LEAD)
热固性环氧树脂 (EMC)
金线(WIRE)
L/F 外引脚 (OUTER LEAD)
IC 封装成品构造图
芯片互连常见方法
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常见 方法
引线键合（又称打线键合）技术（WB） 载带自动键合技术（TAB）
倒装芯片键合技术（FCB）
这三种连接技术对于不同的封装形式和集成电路芯片集成度的限制各有不同的应用范围。 其中，FCB又称为C4—可控塌陷芯片互连技术。 打线键合适用引脚数为3-257；载带自动键合的适用引脚数为12-600；倒装芯片键合适用的引 脚数为6-16000。可见C4适合于高密度组装。
02 引线键合技术概述
引线键合技术
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引线键合工程是引线架上的芯片与引线架之间用金线连接的工程。为了 使芯片能与外界传送及接收信号，就必须在芯片的接触电极与引线架的引脚 之间，一个一个对应地用键合线连接起来，这个过程称为引线键合。也称为 打线键合。
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1.1.1集成电路的制造过程： 设计 工艺加工
测试
封装
定义电路的输入输出（电路指标、性能） 原理电路设计
电路模拟(SPICE) 不符合 布局(Layout)
考虑寄生因素后的再模拟
不符合
原型电路制备
测试、评测
晶体管的发明，最早可以追溯到1929年，当时工 程师利莲费尔德就已经取得一种晶体管的专利。 但是，限于当时的技术水平，制造这种器件的材 料达不到足够的纯度，而使这种晶体管无法制造 出来。
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William B. Shockley John Bardeen Walter H. Brattain
三人获得了1956年 诺贝尔物理学奖
部件 动向 电子元器件 回路部件 功能部件
展
动
材料科学与工程
向
可靠性评价解析技术
制造、生产A装置动向
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2.4 电子封装工程的各个方面
功能部件
LSI
回路部件
搭载元器件
布线基板
封装关键技术 键合
布线
连接 散热 冷却
保护
目的 难易程度
需考虑的问题
使各种元器件、功能部件相组合形成功能电路
依据电路结构、性能要求、封装类型而异
61年二 者市场占 有率相等
多层
PWB 板
75年二者相同
积层式 多层板
1920 1930 1940 1950 1960 A 1970 1980 1990 2000 120010
1947年12月16日，美国贝尔实验室的肖克莱 （William B. Shockley）、巴丁(John Bardeen) 和布拉顿(Walter H. Brattain)组成的研究小组， 研制出一种点接触型的锗晶体管。晶体管的问世， 是20世纪的一项重大发 明，是微电子革命的先 声。晶体管出现后，人们就能用一个小巧的、消 耗功率低的电子器件，来代替体积大、功率消耗 大的电子管了。
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4.2 技术发展趋势
△ 芯片封装工艺：
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。
再逐个封装成器件，到在圆片上完成封装划片后
就成器件。
△ 芯片与封装的互连：从引线键合（WB）向倒装焊
（FC）转变。
△ 微电子封装和PCB板之间的互连：
已由通孔插装(PTH)为主转为表面贴装（SMT）为主。
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3.2 IC封装的分类
IC封装的主要类型： ① 按照器件与电路板的互连方式可分为： 通孔插装式 PTH （Pin through hole） 表面贴装式 SMT （Suface mount technology） 目前表面贴装式封装已占IC封装总量的 80%以上。
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双边 引脚
四边 引脚
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2
参考书籍
• 《集成电路芯片封装技术》李可为著，电子工业 出版社出版
• 《微电子器件封装-封装材料与封装技术》周良知 著，化学工业出版社出版
• 相关的文献
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3
本章概要
• 基本概念 • 封装的发展过程 • 封装的层次及功能 • 封装的分类 • 封装的发展现状
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4
1.1 封装概念
• 按 Tummala 教授一书中的定义 “Introduction to Microsystems Packaging” Georgia Institute of Technology
Prof. Rao R. Tummala
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5
“Integrated Circuit (IC)” is defined as a miniature or microelectronic device that integrates such elements as transistors, dielectrics, and capacitors into an electrical circuit possessing a special function.
➢ 从设计、评价、解析技术上讲，其涉及膜特性、电气特
性、热特性、结构特性及可靠性等方面的分析评价和检测
A
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CAD/CAM/CAT系统及发展
设计、评价、解析技术
膜 电气 热 结构
电
特性 特性 特性 特性
子
电子
设 备 系 统 等 的 发
封装工艺技术
薄 厚 膜 技 术
基 微细 封接 板 连接 封装 技技技 术术术
集成电路封装与测试
主讲：杨伟光
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1
课程大纲
基础部分 材料部分 基板部分 封装部分
测试部分
第一章 集成电路芯片封装概述 第二章 封装工艺流程 第三章 厚/薄膜技术 第四章 焊接材料 第五章 印刷电路板 第六章 元器件与电路板的结合 第七章 封胶材料与技术 第八章 陶瓷封装 第九章 塑料封装 第十章 气密性封装 第十一章 先进封装技术 第十二章 封装可靠性以及缺陷分析
电磁、化学等方面的防护
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信号传递
主要是将电信号的延迟尽 可能减小，在布线时尽可 能使信号线与芯片的互连 路径以及通过封装的I/O接 口引出的路径达到最短
电能传递
主要是电源电压的分配和导通
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散热
各种芯片封装都要考虑元 器件、部件长期工作时如 何将聚集的热量散出的问 题
封装保护 芯片封装可为芯片和其他连 接部件提供牢固可靠的机械 支撑，并能适应各种工作环 境和条件的变化
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封装密度正愈来愈高 封装密度的提高体现在下列三方面： 硅片的封装效率 = 硅芯片面积/封装所占印制板面积 = Sd/Sp不断提高（见表1）； 封装的高度不断降低（见表2）； 引线节距不断缩小（见表3）； 引线布置从封装的两侧发展到封装的四周，到封装的底面。 这样使单位封装体积的硅密度和引线密度都大大提高。 国际上IC封装的发展趋势如表4所示。
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2.3 电子封装的范围
➢ 从工艺上讲，电子封装包括薄厚膜技术、基板技术、微
细连接技术、封接及封子封装包括各类材料，如焊丝、框架、
金属超细粉、玻璃超细粉、陶瓷粉材、表面活性剂、有机 粘结剂、有机溶剂、金属浆料、导电填料、感光性树脂、 热硬化树脂、聚酰亚胺薄膜、感光性浆料，还有导体、电 阻、介质以及各种功能用的薄厚膜材料等
小外形封装
J形引脚小外型封装 带引线的塑料芯片载体
四边引脚扁平封装
针脚阵列封装
自动带载焊接 缩小型SOP
塑料双列直插式封装
薄 /小引脚中心距QFP
薄的缩小型SOP
带引脚的芯片载体
倒装芯片
陶瓷DIP
球栅阵列封装
芯片尺寸封装
A
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目前世界上产量较多的几类封装
SOP （小外形封装）
55～57%
PDIP（塑料双列封装）
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（自动带载焊接）
芯片尺寸封装
(多芯片组件)
单级集成模块
单芯片封装向多芯片封装的演变
A
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表1．硅片封装效率的提高
年代 封装年代 封装效率Sd/Sp
1970 DIP (2~7)%
1980 PQFP
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1.2 封装的发展过程
需
要 的
系统设计及软件设计
设
逻辑设计
计
电路设计
技
电器机械设计
术
封装或装配
封装
电子封 装工程
封
装
79年（表面贴装）SMT扩广
技
术
真空管
分立式 元器件
半导体
IC
PWB
电 子 元 器 件
1937年金 属喷涂印 制电路板 （PWB） 诞生
实用 化
1947年 晶体管 的诞生
58年 IC出 现
创始人，获得美国的“巴伦坦奖章”。
1.3 从半导体和电子元器件到电子机器设备
前工程
后工程
封装工程
利用光刻制版等加 工制作电极、开发 材料的电子功能
对元件进行包覆、 连接封入元件盒中、 引出引线端子，完 成封装体
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
实现所要求的 元件的性能
确保元件可 靠性，完成 器件、部件
狭义的封装A从此开始
确保整个系 统的综合性 能
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2.1 封装工程的四个层次
L、C、R分 立式半导体 器件变压器 LED
芯片0.25 μm的工程 领域
输入输出装置
机器设备
电子元器件
基板
半导体
部
存
件
储 装
置
毫米级的 工程领域
100 μm的工 程领域
50 μm的工程领域
水晶振子、散热器、小型马达、传感器
“集成电路（IC）“是指微小化的或微电子的器件，它将这样的一些元 件如三极管、电阻、介电体、电容等集成为一个电学上的电路，使致 具有专门的功能。
“Packaging” is defined as the bridge that interconnects the ICs and other components into a system-level board to form electronic products
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相移振荡器
Jack Kilby
Robort Noyce
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”。