微关键系统封装实施技术-基本概论
电子行业微电子封装
电子行业微电子封装概述微电子封装是电子行业中非常重要和关键的一个技术领域。
它涉及到对微电子器件进行封装和封装材料的选择，以及封装工艺的开发和优化。
本文将介绍微电子封装的基本概念、封装材料的种类、常见的封装工艺等内容。
微电子封装的基本概念微电子封装是指将微电子器件封装成完整的电子产品的过程。
在微电子封装过程中，主要涉及到以下几个方面的内容：1.封装材料的选择：封装材料是保护和支持微电子器件的关键元素。
常见的封装材料包括有机胶料、金属材料和陶瓷材料等。
不同的封装材料具有不同的物理和化学性质，因此在选择和使用封装材料时需要根据具体的应用需求进行综合考虑。
2.封装工艺的开发和优化：封装工艺是将微电子器件与封装材料结合在一起的过程。
封装工艺的开发和优化需要考虑到多个方面的因素，包括器件的尺寸、功耗、散热要求、电磁兼容性等。
同时，封装工艺的开发和优化也需要考虑到生产成本、工艺可行性和产品可靠性等方面的因素。
3.封装技术的进步和趋势：随着微电子技术的不断发展，微电子封装技术也在不断进步和演变。
目前，一些热门的封装技术包括三维封装、薄型封装和无线封装等。
这些封装技术的出现，带来了封装密度的提高、功耗的降低和产品体积的缩小等优势。
封装材料的种类封装材料是保护和支持微电子器件的关键元素。
常见的封装材料包括有机胶料、金属材料和陶瓷材料等。
1.有机胶料：有机胶料是一类由有机化合物构成的材料，具有较好的粘接性和可塑性。
有机胶料通常用于封装微电子器件的外壳和连接器件之间的粘接。
常见的有机胶料有环氧树脂、聚酰亚胺和聚醚酰胺等。
2.金属材料：金属材料是广泛应用于微电子封装中的一类材料。
金属材料通常用于制造微电子器件的引脚、封装底座和散热器等部件。
常见的金属材料有铜、铝、镍和钛等。
3.陶瓷材料：陶瓷材料是一类无机非金属材料，具有较好的绝缘性能和热导率。
陶瓷材料通常用于制造微电子器件的封装外壳和散热部件。
常见的陶瓷材料有氧化铝、氮化硅和氮化铝等。
MEMS封装技术
由于这些输入输出的界面往往对MEMS器件的特性 有较大的影响。因此，IC开发的传统封装技术只能应 用于少数的MEMS产品。
典型MEMS 微系统封装示例
多批自组装流程图
自组装结果 LED与衬底的电学装配集成
MEMS芯片级封装技术
概述 MEMS芯片级封装主要功能是为MEMS器件提供
必要的微机械结构支撑、保护、隔离和与其他系统 的电气连接，以提高芯片的机械强度和抗外界冲击 的能力，确保系统在相应的环境中更好地发挥其功 能。
该类封装通常是在圆片级实现，所以又称为圆片 级封装(wafer level package) 。圆片级封装一次可以 同时封装许多个微传感器和执行器，提高了MEMS 前后道工序协作的效益，是目前MEMS封装研究中 的热点。
通常，经过多道工序加工的MEMS硅片表面粗糙 度无法满足其要求，而且直接键合使用的高温也会对 电路和MEMS器件带来损坏。所以，硅片直接键合 大多用于制作SOI圆片而不用于直接封装MEMS硅片。
硅片熔融键合
(2)阳极键合(anodic bonding)
又称静电键合，这种技术将玻璃与金属或硅等半导 体键合起来，不用任何粘合剂，键合界面气密性和 稳定性很好。一般的键合条件：硅片接阳极，玻璃 接阴极，温度为300-4000C，偏压500-1000V。
芯片级装配不仅完全消除了器件加工工艺不兼容对系 统性能的影响，而且整个系统完全模块化，有利于来自不 同领域设计人员之间的协同。
由于MEMS器件尺寸微小，对微装配的精度要求达 到了微米、亚微米级，甚至达到纳米级，这对装配工 艺设计、连接方式、装配设备、操作环境、对准方式 以及操作方法都提出了非常严格的要求。
微纳制造导论-封装技术
二、传统封装
在封装开始前必须被减薄。较薄的硅片更容易划成小芯片并改 善散热，也减小最终集成电路管壳的外形尺寸和重量。 2.1.1碱性腐蚀液（KOH)腐蚀硅 2.1.2化学机械平坦化（CMP）
20世纪80年代后期，IBM开发了化学机械平坦化（CMP） 的全局平坦化方法。它成为20世纪90年代高密度半导体制造 中平坦化的标准。化学机械平坦化（CMP）是一种表面全局 平坦化技术，是实现多层集成的关键工艺。它通过硅片和一个 抛光头
Hale Waihona Puke 划片机性能：刀片类型 硬刀
适用材料 硅
切割深度 （um）
＜90
刀痕宽 最大切割尺
（um）
寸
＜40 ≤6inch
树脂刀 硅玻璃键合片
＜230 ≤6inch
软刀 金属刀 玻璃
＜3500 ＜230 ≤6inch
电铸刀 化合物
＜230 ≤6inch
2015/12/13
二、传统封装
2.2.2工艺
划片机工艺参照参数：
2.3.2环氧树脂粘贴 环氧树脂粘贴是将芯片粘贴到管壳上最常用的方法。环氧
树脂通过贴片机的点胶系统被滴在管壳的中心，贴片机将芯片 背面放在环氧树脂上，固化环氧树脂。
2015/12/13
二、传统封装
2.4引线键合
2.4.1原理 引线键合是将芯片表面的压点和管壳上的电极进行电连接
最常用的方法。键合线或是Au或是Al线，因为它在芯片压点 和管壳电极形成良好键合，通常引线直径是在25到75um之间。 引线键合的方法有超声楔键合和超声球键合。
封装工艺
MEMS封装工艺
封装工艺培训
主要内容
01
封装概述与封装层次
02
传统封装
第3章微电子的封装技术
第3章微电子的封装技术微电子封装技术是指对集成电路芯片进行外包装和封封装的工艺技术。
封装技术的发展对于提高微电子产品的性能、减小体积、提高可靠性和降低成本具有重要意义。
封装技术的目标是实现对芯片的保护和有效连接，同时满足对尺寸、功耗、散热、信号传输等方面的要求。
封装技术的发展经历了多个阶段。
早期的微电子产品采用插入式封装，芯片通过引脚插入芯片座来连接电路板，这种封装方式容易受到环境的影响，连接不可靠，也无法满足小型化和高集成度的需求。
后来，绝缘层封装技术得到了广泛应用，通过在芯片上覆盖绝缘层，然后连接金属线路，再通过焊接或压力连接的方式实现芯片与电路板之间的连接。
这种封装方式提高了连接的可靠性，但由于绝缘层的存在，芯片的散热能力受到限制。
随着技术的进步，微电子封装技术也得到了快速发展。
现代微电子产品普遍采用半导体封装技术，具有体积小、功耗低、可靠性强和成本低等优点。
常见的半导体封装技术有裸片封装、焊接封装和微球栅阵列封装等。
裸片封装是将芯片裸露在外界环境中，并通过焊接或压力连接的方式与电路板相连。
这种封装方式具有体积小、重量轻和散热能力强的优点，但对芯片的保护较差，容易受到外界的机械和热力作用。
焊接封装是将芯片与封装底座通过焊接的方式连接起来。
常见的焊接技术有电离子焊接、激光焊接和超声波焊接等。
电离子焊接是利用高能电子束将封装底座和芯片焊接在一起，具有连接可靠、焊接速度快的优点。
激光焊接利用激光束对焊接点进行加热，实现焊接。
超声波焊接则是利用超声波的振动将焊接点熔化，并实现连接。
焊接封装具有连接可靠、工艺简单和尺寸小的优点，但要求焊接点的精度和尺寸控制较高。
微球栅阵列封装是一种先进的封装技术，其特点是将芯片中的引脚通过微小球连接到封装底座上。
这种封装方式不仅提高了信号传输的速度和可靠性，还可以实现更高的封装密度和更小的封装尺寸。
微球栅阵列封装需要使用高精度的装备和工艺，但具有很大的发展潜力。
除了封装技术的发展，微电子封装材料的研究也十分重要。
基于微电子机械系统(MEMS)的封装技术
封装材料对MEMS性能的影响
封装材料的热学特性与散热效率
1.材料的导热系数、热膨胀系数等热学参数对MEMS器件散热 性能的影响 2.热管理技术在封装材料中的应用及其优缺点 3.新型高效散热封装材料的研发趋势
封装材料的电学特性与电磁兼容性
1.材料的介电常数、电阻率等电学参数对MEMS器件电磁兼容 性的影响 2.EM干扰抑制技术在封装材料中的应用及其效果 3.低介电常数、低损耗因数的新型封装材料的研究进展
▪ 微电子机械系统(MEMS)封装材料的多 样化趋势
1.MEMS封装材料的选择对器件的性能和可靠性至关重要。传 统的封装材料主要是金属和陶瓷，但这些材料的性能和成本限 制了它们在某些应用中的使用。 2.随着新型材料的发展，如聚合物、硅基材料等，研究人员正 在探索更多的封装材料选择。这些新材料具有良好的电绝缘性 、耐高温性和化学稳定性等优点，可以用于制造更加先进和可 靠的封装结构。 3.未来，随着材料科学的进步，研究人员将继续寻找更多具有 优异性能和经济性的封装材料，以满足不同应用场景的需求。
MEMS封装应用实例及前景展望
▪ MEMS封装在消费电子产品中的应用
1.消费电子产品中广泛应用了微电子机械系统(MEMS)，例如手机、平板电脑和可穿戴设备等 。 2.MEMS封装在消费电子产品中的主要挑战包括小型化、降低成本、提高性能和增强可靠性 等。 3.许多消费电子产品已经成功地采用了MEMS封装技术，如智能手机的加速计、陀螺仪和麦 克风等。
基于微电子机械系统(MEMS)的封装技术
常见MEMS封装技术类型
常见MEMS封装技术类型
▪ 【硅通孔(TSV)封装技术】：
1.硅通孔封装是一种通过在硅片上形成垂直的导电通道来实现 多芯片堆叠的技术，可以提高集成度和系统性能。 2.TSV封装技术的主要优点包括减小封装尺寸、降低寄生电容 、提高信号传输速度等，适用于高密度、高性能的MEMS器件 封装。 3.当前TSV封装技术的研究重点在于优化工艺流程、提高良率 以及解决热管理等问题，未来将朝着更高密度、更小型化的方 向发展。 【倒装芯片封装技术】：
微系统封装技术第五讲三维系统级封装
表 不同深孔加工方法的比较
打孔方式 示例
干法刻蚀
激光烧蚀
超声微钻孔
优点
缺点
拥有知识产权 的公司和研究 机构
可形成V型孔 无热损伤和残余 应力 深度可以控制 成本高 需要掩膜
IBM，Aviza， IMEC，Micron 等
成本低 不需要掩膜 可形成V型孔
有热损伤和残余应 力 需自停止层 不能并行加工 Toshiba等
中等 高 六氟化硫 低
干法抛光
硅质研磨剂 1 μm/min
低 高 无 低
➢ 晶圆减薄方法 -- 把机械 磨削、化学机械抛光、和 干法刻蚀有机地结合，并 建立它们之间的优化比例 关系，以保证晶圆既能减 薄到要求的厚度，又能具 有足够的强度 。
晶圆
机械磨削 化学机械抛光
（CMP）
干法刻蚀
暴露TSV结构
基于硅通孔 (TSV)的三维系统级封装 (3D-SiP) 方法具有如下主要优点:
➢ 高密度集成 ─ 大幅度地提高电子元器件的 集成度，减小封装的几何尺寸，克服现有的二 维系统级封装 (2D-SiP) 和三维封装堆叠 (PoP) 系统的不足，满足微电子产品对于多功能和小 型化的要求。 ➢ 提高电性能 ─ 大幅度地缩短电互连的长度， 从而可以很好地解决出现在二维系统级芯片 （SoC） 技术中的信号延迟等问题，提高电 性能。 ➢ 多种功能集成 ─ 可以把不同的功能芯片(如 射频、内存、逻辑、数字和MEMS等)集成在 一起实现电子元器件的多功能化。 ➢ 降低制造费用 ─ TSV三维集成技术虽然目 前在工艺上的成本较高，但是可以在元器件的 总体水平上降低制造成本。
设计顾问
磨削厚度
抛光厚度
厚度比
刻蚀厚度 指导试验
微电子封装技术范文
微电子封装技术范文
一、简介
微电子封装技术是指用于将微电子元件和集成电路封装在一起，作为
一个完整的系统的技术。
它主要用于控制电子元件、模块的显示、操作、
维护、安装等。
该技术的实现，一般是通过把封装后的微电子元件或集成
电路组装成一个模块，并安装到一个安装面板上，使其与外部连接成为一
个完整的系统。
二、特点
1、电子性能好：微电子封装技术一般采用材料的灵活性，能够有效
地改善电子产品的性能，从而满足用户对性能要求。
2、可靠性高：由于微电子封装技术能够改善电子器件的可靠性，因
此可以使得产品的可靠性得到很大的提高。
3、易于操作：由于封装技术能够把电子元件或集成电路组装成完整
的模块，并且这些模块能够很容易地安装在一个安装面板上，使得电子设
备的操作变得非常简单方便，而且能够减少维护和检修的工作量。
4、减少占地面积：由于所有的电子元件可以放在一个封装模块上，
因此减少了电子设备的占地面积，从而能够减少电子设备的安装空间。
三、流程
1、封装结构设计：在这一步中，先根据电路的功能需求，确定封装
的结构形状，包括封装件的结构、位置和定位方式等。
2、封装制造：根据设计的封装结构，使用压力铸造机、电子焊接机、注塑机等机械。
微电子封装技术的基本工艺流程
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