微电子封装论文

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电子封装论文

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论文标题作者:李泽鹏通信与信息工程学院电子信息工程 B15011515摘要: 著名的摩尔定律提出至今,芯片功能发展强劲,凸现出无源元件的集成化发展缓慢,IC的各种封装布线设计及制作技术亟待发展。

为此,很多封装承包商积极推出新一代封装技术及其产品,期望以此弥补SOC芯片的某些缺陷,推进在一个封装内的无源元件集成化,促进新世纪进入一个各类元器件的大集成时代。

本文主要介绍近日热门的几种封装技术,并对我国电子封装技术的发展提出一些思索和看法。

关键词:电子封装;芯片;集成电路1.引言近几年来由于智慧型手机与平板电脑等行动终端市场迅速扩展,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,对电子封装质量的要求也越来越高。

电子封装技术的发展有利于为芯片提供保护,保障信号和功率的输入与输出,确保器件能在所要求的外界环境及工作条件下稳定可靠地运行。

电子技术已成为人类的名贵资源。

同样,在军事范畴好像伊拉克战争所充足亮相的那样,电子产品已成为计谋资源,是决议计划之源,直接影响决议火力和机动力的先进和好坏。

2.电子封装技术与方法本段介绍电子封装的技术与方法。

2.1常用技术2.2阵列封装(BGA)是一种常用的技术。

性能方面,BGA用焊球代替引线,引出路径短,减少了引脚延迟、电阻、电容和电感;此外,对封装空间的利用上,BGA技术使封装密度更高,对于同样面积,引脚数更高,适应于现代电子设备种类繁多的功能,与现有的表面安装工艺和设备完全相容,安装更可靠;第三,由于焊料熔化时的表面张力具有"自对准"效应,避免了传统封装引线变形的损失,大大提高了组装成品率;同时,焊球引出形式还适用于多芯片组件和系统封装。

因此,BGA得到爆炸性的发展。

因此,在引线数大于200条以上和封装体尺寸超过28mm见方的应用中,BGA封装取代诸多传统工艺,占据市场的能力是必然的。

图1 BGA封装芯片图 2 iPhone7所搭载的SIP芯片还有一种技术便是最近盛传被iPhone 7所采用的新型SIP封装方法。

微电子封装技术及发展探析

微电子封装技术及发展探析

微电子封装技术及发展探析摘要近年来,随着科学技术的不断进步与发展,集成电路的广泛使用使得我国工业的飞跃发展成为现实和可能,受此影响,集成电路产业也成为可我国国民经济长期可持续发展的关键。

在集成电路产业之中,微电子封装技术的高低将直接决定整个集成电路的电性能、机械性能、光性能和热性能的优劣,在这样的情况下,对微电子封装技术及其发展进行分析和探讨就变得十分有必要了。

基于此,本文从微电子封装技术的发展历程、现状出发,就现阶段我国微电子封装技术的特点及其未来的发展趋势进行了探析。

关键词微电子;封装技术;发展探析在电子信息技术不断发展的当下,微型化、多功能化、高性能化逐步成为电子产品未来发展的基本要求,而为了更好地实现上述目的、确保电子产品能够正常使用,就离不开微电子封装技术对其提供相应的支持。

目前,我国常用的微电子封装技术主要有倒装芯片技术、芯片规模封装等,不同的封装技术有不同的应用范围,只有在明确不同封装技术的特点的基础上,才能保证对大限度地发挥不同封装技术的优势和作用。

下面,本文将就微电子封装技术及其发展进行详细阐述。

1 微电子封装技术常见分类及特点1.1 BGA封装技术BGA封装技术诞生于20世纪90年代,其中文全称为焊球阵列封装技术,由于已经有了较长的发展历程,因而在目前的应用实践中有着较高的技术成熟度,通过球柱形焊点阵列进行I/O端与基板的封装是其主要的封装原理。

相较于其他常见微电子封装技术,BGA封装技术的主要优势在于阵列密度高、组装成品率高。

在塑料焊球阵列、陶瓷焊球阵列、金属焊球阵列等多种BGA封装技术中,装芯片焊球阵列封装将是未来BGA技术的主要发展方向[1]。

1.2 3D封装技术3D封装技术是伴随着移动互联网的发展而逐渐兴起的,目前主要应用于手持设备的高密度立体式组装之中,是同时满足多个芯片组立体式封装需求的有效途径。

在现阶段市面上常见的各种封装技术中,3D封装技术具备的主要技术优势在于功能性丰富、封装密度高、电性能热性能突出。

微电子封装中的热管理技术研究

微电子封装中的热管理技术研究

微电子封装中的热管理技术研究随着微电子技术的不断发展,封装技术在电子产品的设计和制造中扮演着重要的角色。

而在微电子封装过程中,热管理技术的研究和应用也越来越受到关注。

本文将探讨微电子封装中的热管理技术的研究进展和应用前景。

一、热管理技术的重要性热管理技术在微电子封装中的重要性不言而喻。

随着微电子器件的尺寸不断缩小,集成度不断提高,器件功耗也呈现出快速增长的趋势。

这就导致了微电子器件在工作过程中产生大量的热量。

如果不能有效地处理和管理这些热量,将会导致器件的性能下降、寿命缩短,甚至发生故障。

因此,热管理技术的研究和应用对于确保微电子器件的可靠性和稳定性至关重要。

二、热管理技术的研究进展1. 热传导材料的研究热传导材料是热管理技术中的重要组成部分。

它们能够提高热量的传导效率,有效地将热量从器件中传递出去。

目前,研究人员正在不断探索新型的热传导材料,如石墨烯、碳纳米管等,以提高热量的传导性能。

2. 热散热器的设计与制造热散热器是微电子封装中常用的热管理装置。

它们能够通过增大表面积和提高散热效率来有效地降低器件的温度。

目前,研究人员正在致力于热散热器的设计与制造,以提高其散热效果。

例如,采用微细加工技术制造具有大表面积的散热片,或者利用流体冷却技术来提高散热效率。

3. 热管理系统的优化除了热传导材料和热散热器的研究外,热管理系统的优化也是研究的重点。

研究人员通过优化热管理系统的结构和工作原理,以提高系统的热管理效果。

例如,采用智能控制技术来实现对热管理系统的自动调节,根据器件的工作状态和温度变化来调整散热风扇的转速和散热片的工作状态,以达到最佳的热管理效果。

三、热管理技术的应用前景热管理技术的研究和应用将在微电子封装领域发挥重要作用。

首先,它能够提高微电子器件的可靠性和稳定性,延长其使用寿命。

其次,热管理技术的应用还可以提高微电子器件的性能。

通过有效地处理和管理热量,可以降低器件的工作温度,减少热量对器件性能的影响,从而提高器件的工作速度和功耗性能。

集成电路封装工艺(毕业学术论文设计)

集成电路封装工艺(毕业学术论文设计)

集成电路封装工艺(毕业学术论文设计)摘要本文对集成电路封装工艺进行了研究和设计,旨在提出一种能够满足高性能、小尺寸和低功耗要求的封装工艺方案。

首先,对集成电路封装的发展历程进行了简要回顾,并分析了目前常见的几种封装工艺类型。

然后,针对目标封装工艺的要求,提出了一种新型封装工艺方案,并详细介绍了该方案的工艺流程和关键步骤。

最后,通过实验和性能评估,验证了该封装工艺方案的可行性和效果。

1. 引言集成电路是现代电子技术的核心,随着技术的进步,集成电路的封装工艺也在不断发展和改进。

封装工艺的优劣直接影响到集成电路的性能、尺寸和功耗等方面,因此,设计一种高性能、小尺寸和低功耗的封装工艺方案成为当前的研究热点。

本文旨在提出一种新型封装工艺方案,以满足目标集成电路的需求。

具体来说,本文的研究目标包括以下几个方面: - 提高集成电路的性能指标,如工作频率、时序特性等; - 减小集成电路的尺寸,提高空间利用率; - 降低集成电路的功耗,延长电池寿命。

2. 集成电路封装工艺的发展历程封装工艺是将集成电路芯片与引线、封装材料等相结合,形成成品电路的过程。

在集成电路的发展过程中,封装工艺经历了多个阶段的演进。

在早期,集成电路的封装工艺主要采用插针式DIP(Dual In-line Package)封装,这种封装形式简单、容易实现,但存在尺寸大、布线难、散热困难等问题。

随着技术的进步,表面贴装封装(Surface Mount Technology,SMT)逐渐成为主流。

SMT封装工艺避免了插针式封装的缺点,大大提高了集成电路的密度和性能。

近年来,随着集成电路的尺寸不断缩小,新型封装工艺如无封装封装(Wafer Level Package,WLP)、芯片级封装(Chip Scale Package,CSP)、三维封装等逐渐崭露头角。

这些封装工艺以其小尺寸、高性能和低功耗的特点,成为了当前研究的热点。

3. 目标封装工艺方案设计根据上述研究目标,本文提出了一种基于芯片级封装和三维封装技术的新型封装工艺方案。

半导体封装技术分析与研究 毕业论文

半导体封装技术分析与研究  毕业论文

学生毕业设计(论文)报告系别:电子与电气工程学院专业:微电子技术班号:微电081学生姓名:学生学号:设计(论文)题目:半导体封装技术分析与研究指导教师:设计地点:起迄日期:毕业设计(论文)任务书专业微电子技术班级微电081 姓名一、课题名称:半导体封装技术分析与研究二、主要技术指标:1.封装的工艺流程;2.封装的技术分类;3.封装的形式、材料、设备;4.封装过程中的缺陷分析;5.封装技术发展及未来的前景。

.三、工作内容和要求:1.查阅相关书籍明确半导体封装的概念、作用及性能;2.认真阅读半导体封装技术的资料了解具体封装工艺流程;3.接着围绕封装所实现的性能、封装的技术要素和层次进行有关知识的搜集;4.根据查找的封装技术知识对其进行详细分类;5.然后深入理解有关封装的书籍资料对封装的质量要求与缺陷作进一步分析;6.完成论文初稿;7.经多次修改,完成论文。

四、主要参考文献:[1]李可为.集成电路芯片封装技术[M].北京:电子工业出版社,2007.19-68[2]周良知.微电子器件封装—封装材料与封装技[M].北京:化学工业出版社,2006.57-64[3]邱碧秀.微系统封装原理与技术[M].北京:电子工业出版社,2006.113-124[4]姜岩峰,张常年译.电子制造技术[M].北京:化学工业出版社,2005.102-108学生(签名)年月日指导教师(签名)年月日教研室主任(签名)年月日系主任(签名)年月日毕业设计(论文)开题报告目录摘要Abstract第1章前言 (1)第 2 章半导体封装工艺 (2)2.1 工艺流程 (2)第3章半导体封装技术 (6)3.1 封装实现的性能 (6)3.2 确定IC的封装要求应注意的因素 (6)3.3 封装工程的技术层次 (7)3.4 封装材料与结构 (7)3.5 封装设备 (9)3.6 封装形式 (9)3.6.1按外形、尺寸、结构分类的半导体封装形式 (9)3.6.2按材料分类的半导体封装形式 (11)3.6.3按密封性分类的半导体封装形式 (12)第4章封装过程的质量要求与缺陷分析 (13)4.1 质量要求与分析 (13)4.2 缺陷分析与改进措施 (13)4.2.1 金线偏移 (13)4.2.2 再流焊中的主要缺陷问题 (14)第5章封装技术的发展 (17)5.1 高级封装形式 (17)5.1.1 芯片级封装CSP (17)5.1.2 多芯片模块MCM (17)5.1.3 WLCSP封装 (17)5.2 先进的封装技术简介 (17)5.2.1 叠层式3D封装的结构与工艺 (17)5.2.2 裸芯片叠层的工艺流程 (18)5.2.3 MCM叠层的工艺流程 (18)5.2.4 叠层3D封装方式的技术优势 (18)5.2.5 裸片堆叠和封装堆叠各自的性能特点 (18)5.3 半导体产业面临的趋势及发展 (19)第6章结束语 (20)答谢辞参考文献摘要本文先介绍了半导体封装工艺流程,工艺流程主要是芯片切割、芯片贴装、芯片互连、成型技术、去飞边毛刺、上锡焊、切筋成型、打码和元器件的装配。

微电子封装设计

微电子封装设计

用介电常数较小的介质作基板材料,有利于降低内连线的传输延
迟时间。
电路总延迟时间由各元件的延迟之和组成,不同的 生产厂家,由于电路和封装的加工及处理方法不同而可 能引起的最大实际延迟也是不同的。
芯片 封装体
芯片
封装外壳
单芯片封装电路板
印制板
多芯片封装电路板 可大幅度减小封体积 减少互连线的长度与时延
§1.2 传输线的损耗
(1) 在信号导体和参考层(接地层与电源层)回路中用的金
属材料如铜、铝等存在电 阻,电流流过时引起欧姆损耗。 (2)
由于介质材料对电磁波的吸收造成的损耗。 (3)
传输线的部分能量向外辐射引起的损耗。当传输线的横截 面尺寸远小于传输波长时,这部分损耗可以忽略,只有在传输 线的 不均匀处辐射损耗才较显著。
(1 j)
J=Jse s
式中Js——导体表面的电流密度; χ——沿导体表面法线方向的坐标(m); δs——趋肤深度(m)
电流的趋肤效应
可见,当频率较高,存在趋肤效应时,就不能简单按式(13-18) 计算导线的电阻。由于电流只分布于表面局部范围,导体有效截面积 必小于实际截面积,导体的实有电阻比式(13-18)计算所得的结果大。
§1.5 同步开关噪声
在高速数字系统中,当器件的多个输出端同时转换 时,在电源层或地线层会产生大的过渡电流,电流的大小 与电路工艺密切相关,CMOS电路的过渡电流最大,TTL 和ECL电路的过渡电流要小一些。以图5-19的CMOS电路 为例,当一个缓冲器(驱动器)的输出从高电平变为低电 平时,与驱动器相连的负载电容通过对地放电。当过渡电 流流过封装(分布)电感时,就产生噪声电压,称为同步开 关噪声,也称为Δ噪声。一般地,电源层噪声比地线层噪 声要小得多,有时同步开关噪声仅指地线层噪声,简称为 地跳动噪声。

【精品硕士论文】电子封装材料钼铜合金胡制备工艺及性能

摘要本课题着眼于制备生产成本低廉、操作工艺简单、容易实现规模化生产、性能优良的高致密度电子封装用钼铜复合材料。

在遵循以上原则的情况下,探讨了成型压力、烧结温度、机械合金化、活化法、铜含量对钼铜复合材料密度、热导率、电导率、热膨胀系数、宏观硬度的影响。

利用扫描电镜、X-衍射仪、能谱仪、透射电子显微镜对钼铜复合粉末和烧结后的钼铜合金进行了组织和结构分析。

实验结果表明:(1)经混合后的钼铜粉由单个颗粒堆积在一起,颗粒没有发生明显变形,粒度比较均匀。

机械合金化后的钼铜粉末完全变形,颗粒有明显的层片状,小颗粒明显增多并黏附在大颗粒上面,有部分小颗粒到达纳米级。

混合法和机械合金化法处理的钼铜粉比较均匀。

机械合金化后的钼铜粉末的衍射峰变宽和布拉格衍射峰强度下降。

Mo-30Cu 复合粉通过机械合金化后在不同温度下烧结的钼铜合金致密度较高,相对密度最高达到97.7%,其热膨胀系数和热导率的实测值分别为8.1×10-6/K和145 W/m·K左右;(2)晶粒之间相互连接的为Mo相,另一相为粘结相Cu相,两相分布较均匀。

钼、铜相之间有明显的相界,有成卵形的单个钼晶粒和相互串联在一起的多个钼晶粒结合体,钼铜两相中均存在大量的高密度位错。

随着液相烧结温度的升高,钼晶粒明显长大;随着压制粉末成型压力的增大,液相烧结后钼晶粒长大;(3)随着粉末压制成型压力的增大,压制Mo-30Cu复合粉末的生坯密度增大,在1250℃烧结后,钼铜合金的密度、硬度、电导率、热膨胀系数和热导率变化都不大;(4)Mo-30Cu粉末中添加0.6%的Co时,在1250℃烧结1h后获得相对密度达到最高值97.7%。

随着钴含量的增大,合金电导率下降,硬度升高。

钼铜合金中加入钴时会形成金属间化合物Co7Mo6;(5)随着铜含量的增加,烧结体相对密度增大,铜含量在30%左右烧结体致密度达到最大值97.51%。

随着铜含量的增加,电导率、热导率和热膨胀系数增大,硬度下降;(6)随着孔隙度的增大,钼铜合金的导电导热性能急剧下降。

集成电路封装工艺小论文

集成电路封装工艺小论文专业:祝超班级:电子0902学号:09401140224摘要从80年代中后期开始电子产品正朝着便携式、小型化、网络化和多媒体化方向发展。

这种市场需求,对电路组装技术提出了相应的要求:单位体积信息的提高(高密度化)单位时间处理速度的提高(高速化)。

为了满足这些要求,势必要提高电路组装的功能密度,这就成了促进集成电路封装技术发展的最重要因素。

本论文主要描述了集成电路封装工艺的概述、要求、变革及发展趋势等有关内容。

From the late 80 s began to electronic products are on a portable, miniaturization, networking and more media-oriented development direction. This on market demand, circuit assembly technology proposed the corresponding requirement: the improvement of unit volume information (high density change) unit time dealing with the speed of (high). In order to meet these requirements, will inevitably improve the function of the circuit assembly density, which became promote integrated circuit packaging technology development of the most important factors. This thesis mainly describes the development of the integrated circuit encapsulation technology process; Basic principle and the optimization and its future development trend of related content.1 封装技术概述微电芯片封装在满足器件的电、热、光机械性能的基础上,主要应实现芯片与外电路和互联,并对器件和系统的小型化、高可靠性、高性价比也起到关键作用。

微电子器件的封装与封装技术

微电子器件的封装与封装技术微电子器件的封装是指将微电子器件通过一系列工艺及材料封装在某种外部介质中,以保护器件本身并方便其连接到外部环境的过程。

封装技术在微电子领域中具有重要的地位,它直接影响着器件的性能、可靠性和应用范围。

本文将对微电子器件的封装和封装技术进行探讨。

一、封装的意义及要求1. 保护器件:封装能够起到保护微电子器件的作用,对器件进行物理、化学及环境的保护,防止外界的机械损伤、湿度、温度、辐射等因素对器件产生不良影响。

2. 提供电子连接:封装器件提供了电子连接的接口,使得微电子器件能够方便地与外部电路连接起来,实现信号传输和电力供应。

3. 散热:现如今,微电子器件的集成度越来越高,功耗也相应增加。

封装应能有效散热,防止过热对器件性能的影响,确保其稳定运行。

4. 体积小、重量轻:微电子器件的封装应尽量减小其体积和重量,以满足现代电子设备对紧凑和便携性的要求。

5. 成本低:封装的制造成本应尽量低,以便推广应用。

二、封装技术封装技术是实现上述要求的关键。

根据封装方式的不同,可以将封装技术分为传统封装技术和先进封装技术。

1. 传统封装技术传统封装技术包括包装封装和基板封装。

(1)包装封装:包装封装即将芯片封装在芯片封装物中,如QFN (无引脚压焊封装)、BGA(球栅阵列封装)等。

这种封装技术适用于小尺寸器件,并具有良好的散热性能和低成本的优点。

(2)基板封装:基板封装主要是通过将芯片封装在PCB(Printed Circuit Board,印刷电路板)上来实现。

它有着较高的可靠性和良好的电气连接性,适用于信号速度较慢、功耗较低的器件。

2. 先进封装技术随着微电子技术的发展,需要更加先进的封装技术来满足器件的高集成度、大功率以及快速信号传输等需求。

(1)3D封装技术:3D封装技术是指将多个芯片通过堆叠、缠绕、插口等方式进行组合,以实现更高的器件集成度和性能。

常见的3D封装技术包括TSV(Through-Silicon-Via,通过硅通孔)和芯片堆积技术。

微电子器件封装技术的优化与创新

微电子器件封装技术的优化与创新微电子器件是现代电子技术的基础,它的封装技术也是电子制造业中不可或缺的一部分。

随着科技的发展和创新,微电子器件封装技术也在不断地进行优化和创新,以满足日益增长的市场需求。

本文将探讨微电子器件封装技术的优化与创新,以及未来的发展趋势。

一、微电子器件封装技术的发展历程微电子器件封装技术最初出现在20世纪50年代。

当时的封装方式主要是使用外框、连接线、引脚等元器件进行封装。

后来,随着集成电路技术的不断发展,微电子器件的封装技术也在不断地进行更新换代。

目前,微电子器件的封装方式主要分为裸芯片封装和模块化封装两种。

其中,裸芯片封装是指将芯片直接固定在印刷电路板上,并进行导线连接,免去其他部件的使用;而模块化封装则是将芯片、电源、传感器等元器件放置在一起,形成一个整体模块。

二、微电子器件封装技术的优化与创新1. 封装材料的多元化在传统的微电子器件封装技术中,使用的封装材料主要是塑料和陶瓷。

但随着人们对封装材料性能的要求不断提高,越来越多的新型封装材料也被引入使用。

例如,金属基板、硅胶、环氧树脂等材料的应用,可以提高封装材料的耐热性、耐腐蚀性以及抗震动性能,进一步提高了微电子器件的可靠性和性能稳定性。

2. 封装工艺的精细化封装工艺的精细化是微电子器件封装技术创新的另一个方向。

目前,很多公司都在研究和使用微纳米技术,将封装工艺做的更加细致化。

例如,采用微纳米技术可以实现微纳米级别的电子线路制作和微型结构制造,使得微电子器件封装更加精细化。

3. 三维封装技术三维封装技术是指将芯片垂直堆叠,以达到空间利用效率的最大化。

与传统封装技术相比,三维封装技术具有更小的体积、更高的集成度和更快的传输速度等优点。

这种技术的应用已经广泛进入到手机、电脑、平板等产品中,有望成为未来微电子器件封装技术的发展趋势。

三、未来的发展趋势1. 大规模集成未来的微电子器件封装技术将实现更高的功率密度、更多的信号处理功能、更快的运算速度和更低的功耗水平。

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微电子封装工艺的发展 摘要:本文介绍微电子封装技术的发展过程和趋势,同时介绍了各个时期不同种类的封装技术,也做了对现在国内对于微电子封装技术不足的分析和对发展前景的展望和构想。

关键字:为电子封装 发展趋势 优点 一、封装技术的发展 从80年代中后期,开始电子产品正朝着便携式、小型化、网络化和多媒体化方向发展,这种市场需求对电路组装技术提出了相应的要求,单位体积信息的提高(高密度)和单位时间处理速度的提高(高速化)成为促进微电子封装技术发展的重要因素。

1.1 片式元件:小型化、高性能 片式元件是应用最早、产量最大的表面组装元件。它主要有以厚薄膜工艺制造的片式电阻器和以多层厚膜共烧工艺制造的片式独石电容器,这是开发和应用最早和最广泛的片式元件。随着工业和消费类电子产品市场对电子设备小型化、高性能、高可靠性、安全性和电磁兼容性的需求,对电子电路性能不断地提出新的要求,片式元件进一步向小型化、多层化、大容量化、耐高压、集成化和高性能化方向发展。在铝电解电容和钽电解电容片式化后,现在高Q值、耐高温、低失真的高性能MLCC已投放市场;介质厚度为10um的电容器已商品化,层数高达100层之多;出现了片式多层压敏和热敏电阻,片式多层电感器,片式多层扼流线圈,片式多层变压器和各种片式多层复合元件;在小型化方面,规格尺寸从3216→2125→1608→1005发展,目前最新出现的是0603(长0.6mm,宽0.3mm),体积缩小为原来的0.88%。 集成化是片式元件未来的另一个发展趋势,它能减少组装焊点数目和提高组装密度,集成化的元件可使Si效率(芯片面积/基板面积)达到80%以上,并能有效地提高电路性能。由于不在电路板上安装大量的分立元件,从而可极大地解决焊点失效引起的问题。

1.2 芯片封装技术:追随IC的发展而发展 数十年来,芯片封装技术一直追随着IC的发展而发展,一代IC就有相应一代的封装技术相配合,而SMT的发展,更加促进芯片封装技术不断达到新的水平。六七十年代的中、小规模IC,曾大量使用TO型封装,后来又开发出DIP、PDIP,并成为这个时期的主导产品形式。八十年代出现了SMT,相应的IC封装形式开发出适于表面贴装短引线或无引线的LCCC、PLCC、SOP等结构。在此基础上,经十多年研制开发的QFP不但解决了LSI的封装问题,而且适于使用SMT在PCB或其他基板上表面贴装,使QFP终于成为SMT主导电子产品并延续至今。为了适应电路组装密度的进一步提高,QFP的引脚间距目前已从1.27mm发展到了0.3mm 。由于引脚间距不断缩小,I/O数不断增加,封装体积也不断加大,给电路组装生产带来了许多困难,导致成品率下降和组装成本的提高。另一方面由于受器件引脚框架加工精度等制造技术的限制0.3mm已是QFP引脚间距的极限,这都限制了组装密度的提高。于是一种先进的芯片封装BGA(Ball Grid Array)应运而生,BGA是球栅阵列的英文缩写,它的I/O端子以圆形或柱状焊点按阵列形式分布在封装下面,引线间距大,引线长度短。BGA技术的优点是可增加I/O数和间距,消除QFP技术的高I/O数带来的生产成本和可靠性问题。

BGA的兴起和发展尽管解决了QFP面临的困难,但它仍然不能满足电子产品向更加小型、更多功能、更高可靠性对电路组件的要求,也不能满足硅集成技术发展对进一步提高封装效率和进一步接近芯片本征传输速率的要求,所以更新的封装CSP(Chip Size Package)又出现了,它的英文含义是封装尺寸与裸芯片相同或封装尺寸比裸芯片稍大。日本电子工业协会对CSP规定是芯片面积与封装尺寸面积之比大于80%。CSP与BGA结构基本一样,只是锡球直径和球中心距缩小了、更薄了,这样在相同封装尺寸时可有更多的I/O数,使组装密度进一步提高,可以说CSP是缩小了的BGA。

CSP之所以受到极大关注,是由于它提供了比BGA更高的组装密度,而比采用倒装片的板极组装密度低。但是它的组装工艺却不像倒装片那么复杂,没有倒装片的裸芯片处理问题,基本上与SMT的组装工艺相一致,并且可以像SMT那样进行预测和返工。正是由于这些无法比拟的优点,才使CSP得以迅速发展并进入实用化阶段。目前日本有多家公司生产CSP,而且正越来越多地应用于移动电话、数码录像机、笔记本电脑等产品上。

从CSP近几年的发展趋势来看,CSP将取代QFP成为高I/O端子IC封装的主流。

为了最终接近IC本征传输速度,满足更高密度、更高功能和高可靠性的电路组装的要求,还必须发展裸芯片(Bare chip)技术。

裸芯片技术有两种主要形式:一种是COB技术,另一种是倒装片技术(Flip chip) 。 COB技术 用COB技术封装的裸芯片是芯片主体和I/O端子在晶体上方,在焊接时将此裸芯片用导电/导热胶粘接在PCB上,凝固后,用 Bonder 机将金属丝(Al或Au)在超声、热压的作用下,分别连接在芯片的I/O端子焊区和PCB相对应的焊盘上,测试合格后,再封上树脂胶。 与其它封装技术相比,COB技术有以下优点:价格低廉;节约空间;工艺成熟。COB技术也存在不足,即需要另配焊接机及封装机,有时速度跟不上;PCB贴片对环境要求更为严格;无法维修等。

Flip chip 技术 Flip chip,又称为倒装片,与COB相比,芯片结构和I/O端(锡球)方向朝下,由于I/O引出端分布于整个芯片表面,故在封装密度和处理速度上Flip chip已达到顶峰,特别是它可以采用类似SMT技术的手段来加工,故是芯片封装技术及高密度安装的最终方向。90年代,该技术已在多种行业的电子产品中加以推广,特别是用于便携式的通信设备中。

裸芯片技术是当今最先进的微电子封装技术。随着电子产品体积的进一步缩小,裸芯片的应用将会越来越广泛。

从1997年以来裸芯片的年增长率已达到30%之多,发展较为迅速的裸芯片应用包括计算机的相关部件,如微处理器、高速内存和硬盘驱动器等。除此之外,一些便携式设备,如电话机和传呼机,也可望于近期大量使用这一先进的半导体封装技术。最终所有的消费电子产品由于对高性能的要求和小型化的发展趋势,也将大量使用裸芯片技术。元器件的缩小则可以大大推进电子产品体积的缩小,以移动电话为例,90年代重220g,而现在最轻的已达57克,可以很容易地放进上衣口袋里。

1.3 微组装:新一代组装技术 微组装技术是90年代以来在半导体集成电路技术、混合集成电路技术和表面组装技术(SMT)的基础上发展起来的新一代电子组装技术。

微组装技术是在高密度多层互连基板上,采用微焊接和封装工艺组装各种微型化片式元器件和半导体集成电路芯片,形成高密度、高速度、高可靠的三维立体机构的高级微电子组件的技术。 多芯片组件(MCM)就是当前微组装技术的代表产品。它将多个集成电路芯片和其他片式元器件组装在一块高密度多层互连基板上,然后封装在外壳内,是电路组件功能实现系统级的基础。MCM采用DCA(裸芯片直接安装技术)或CSP,使电路图形线宽达到几微米到几十微米的等级。在MCM的基础上设计与外部电路连接的扁平引线,间距为0.5mm,把几块MCM借助SMT组装在普通的PCB上就实现了系统或系统的功能。

当前MCM已发展到叠装的三维电子封装(3D),即在二维X、Y平面电子封装(2D)MCM基础上,向Z方向,即空间发展的高密度电子封装技术,实现3D,不但使电子产品密度更高,也使其功能更多,传输速度更快,性能更好,可靠性更好,而电子系统相对成本却更低。

对MCM发展影响最大的莫过于IC芯片。因为MCM高成品率要求各类IC芯片都是良好的芯片(KGD),而裸芯片无论是生产厂家还是使用者都难以全面测试老化筛选,给组装MCM带来了不确定因素。

CSP的出现解决了KGD问题,CSP不但具有裸芯片的优点,还可像普通芯片一样进行测试老化筛选,使MCM的成品率才有保证,大大促进了MCM的发展和推广应用。

二、封装技术种类 自二十世纪几十年代以来迅速发展的新型微电子封装技术,包括寒秋阵列封装(BGA)、芯片尺寸封装(CSP)、原片级封装(WLP)、三位封装(3D)和系统封装(SIP)等项技术。

2.1焊球阵列封装(BGA) 阵列封装(BGA)是世界上九十年代初发展起来的一种新型封装。 这种BGA的突出的优点:①电性能更好:BGA用焊球代替引线,引出路径短,减少了引脚延迟、电阻、电容和电感;②封装密度更高;由于焊球是整个平面排列,因此对于同样面积,引脚数更高。例如边长为31mm的BGA,当焊球节距为1mm时有900只引脚,相比之下,边长为32mm,引脚节距为0.5mm的QFP只有208只引脚;③BGA的节距为1.5mm、1.27mm、1.0mm、0.8mm、0.65mm和0.5mm,与现有的表面安装工艺和设备完全相容,安装更可靠;④由于焊料熔化时的表面张力具有"自对准"效应,避免了传统封装引线变形的损失,大大提高了组装成品率;⑤BGA引脚牢固,转运方便;⑥焊球引出形式同样适用于多芯片组件和系统封装。因此,BGA得到爆炸性的发展。BGA因基板材料不同而有塑料焊球阵列封装(PBGA),陶瓷焊球阵列封装(CBGA),载带焊球阵列封装(TBGA),带散热器焊球阵列封装(EBGA),金属焊球阵列封装(MBGA),还有倒装芯片焊球阵列封装(FCBGA。PQFP可应用于表面安装,这是它的主要优点。但是当PQFP的引线节距达到0.5mm时,它的组装技术的复杂性将会增加。所以PQFP一般用于较低引线数(208条)和较小的封装休尺寸(28mm见方)。因此,在引线数大于200条以上和封装体尺寸超过28mm见方的应用中,BGA封装取代PQFP是必然的。在以上几类BGA封装中,FCBGA最有·希望成为发展最快的BGA封装,我们不妨以它为例,叙述BGA的工艺技术和材料。FCBGA除了具有BGA的所有优点以外,还具有:①热性能优良,芯片背面可安装散热器;②可靠性高,由于芯片下填料的作用,使FCBGA抗疲劳寿命大大增强;③可返修性强。

FCBGA所涉及的关键技术包括芯片凸点制作技术、倒装芯片焊接技术、多层印制板制作技术(包括多层陶瓷基板和BT树脂基板)、芯片底部填充技术、焊球附接技术、散热板附接技术等。它所涉及的封装材料主要包括以下几类。凸点材料:Au、PbSn和AuSn等;凸点下金属化材料:Al/Niv/Cu、Ti/Ni/Cu或Ti/W/Au;焊接材料:PbSn焊料、无铅焊料;多层基板材料:高温共烧陶瓷基板(HTCC)、低温共烧陶瓷基板(LTCC)、BT树脂基板;底部填充材料:液态树脂;导热胶:硅树脂;散热板:铜。目前,国际上FCBGA的典型系列示于表1。

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