第五章微電子封裝技術(shù)

1、第五章微電子封裝技術(shù) 第五章第五章 微電子封裝技術(shù)微電子封裝技術(shù) 第五章微電子封裝技術(shù) 封裝的作用封裝的作用 電功能：傳遞芯片的電信號電功能：傳遞芯片的電信號 散熱功能：散發(fā)芯片內(nèi)產(chǎn)生的熱量散熱功能：散發(fā)芯片內(nèi)產(chǎn)生的熱量 機(jī)械化學(xué)保護(hù)功能：保護(hù)芯片與引線機(jī)械化學(xué)保護(hù)功能：保護(hù)芯片與引線 防潮防潮 抗輻照抗輻照 防電磁干擾防電磁干擾 第五章微電子封裝技術(shù) 集成電路產(chǎn)業(yè)集成電路產(chǎn)業(yè) 設(shè)計(jì)、制造、封裝設(shè)計(jì)、制造、封裝 據(jù)估計(jì)我國集成電路的年消費(fèi)將達(dá)到據(jù)估計(jì)我國集成電路的年消費(fèi)將達(dá)到932億億 美圓，約占世界市場的美圓，約占世界市場的20%，其中的，其中的30%將用于將用于 電子封裝，則年產(chǎn)值將達(dá)幾千

2、億人民幣，電子封裝，則年產(chǎn)值將達(dá)幾千億人民幣， 現(xiàn)在每年全國大約需要現(xiàn)在每年全國大約需要180億片集成電路，億片集成電路， 但我們自己制造，特別是封裝的不到但我們自己制造，特別是封裝的不到20% 先進(jìn)封裝技術(shù)的發(fā)展使得日本在電子系統(tǒng)、先進(jìn)封裝技術(shù)的發(fā)展使得日本在電子系統(tǒng)、 特別是日用家電消費(fèi)品的小型化方面一度走在了特別是日用家電消費(fèi)品的小型化方面一度走在了 世界之前世界之前 第五章微電子封裝技術(shù) IC芯片芯片 引線架引線架 導(dǎo)線絲導(dǎo)線絲 鋁膜鋁膜 外引線外引線 封裝樹脂封裝樹脂 塑料基板塑料基板 塑料封裝塑料封裝DIP工藝工藝 導(dǎo)電粘膠導(dǎo)電粘膠 超聲鍵合可在較低的溫度下使金屬絲發(fā)生塑性變形，超

3、聲鍵合可在較低的溫度下使金屬絲發(fā)生塑性變形， 完成固相結(jié)合。完成固相結(jié)合。 引線鍵合引線鍵合 成本較低成本較低 第五章微電子封裝技術(shù) 雙列直插式封裝結(jié)構(gòu)雙列直插式封裝結(jié)構(gòu) DIP 第五章微電子封裝技術(shù) PGA 背面背面 Pin Grid Array 平面柵陣電極封裝平面柵陣電極封裝 集成電路管腳的不斷增加，可達(dá)集成電路管腳的不斷增加，可達(dá)3000個(gè)管腳，個(gè)管腳， 使得只在四周邊設(shè)置引腳遇到很大困難使得只在四周邊設(shè)置引腳遇到很大困難 第五章微電子封裝技術(shù) 一、微電子封裝技術(shù)的發(fā)展趨勢一、微電子封裝技術(shù)的發(fā)展趨勢 直插式直插式 三次重大變革三次重大變革 表面貼裝式表面貼裝式 芯片尺寸封裝芯片尺寸封

4、裝 DIP SMT CSP 第五章微電子封裝技術(shù) 封裝技術(shù)的第一次重大變革封裝技術(shù)的第一次重大變革 表面貼裝技術(shù)表面貼裝技術(shù) 插裝技術(shù)插裝技術(shù) 20世紀(jì)世紀(jì)70年代中期年代中期 第五章微電子封裝技術(shù) DIP SOP：small out-line package 表面貼裝（表面貼裝（SMT）技術(shù)之一）技術(shù)之一薄型化薄型化 手機(jī)、筆記本電腦、數(shù)碼攝手機(jī)、筆記本電腦、數(shù)碼攝 象機(jī)的薄型化、小型化象機(jī)的薄型化、小型化 引腳向外彎曲引腳向外彎曲 1、 SOP小型平面引線式封裝小型平面引線式封裝 Surface Mount technology 第五章微電子封裝技術(shù) 2、SOJ 引腳向內(nèi)彎曲引腳向內(nèi)彎曲

5、small out-line J-lead package 小型平面小型平面J 形引線式封裝形引線式封裝 第五章微電子封裝技術(shù) 3、QFP 背面背面 引腳向外彎曲引腳向外彎曲 ：quad flat package 四周平面引線式封裝四周平面引線式封裝 第五章微電子封裝技術(shù) QFP的實(shí)用水平，封裝尺寸為的實(shí)用水平，封裝尺寸為40mm40mm， 端子間距為端子間距為0.4mm,端子數(shù)端子數(shù)376 QFP是目前表面貼裝技術(shù)的主要代表是目前表面貼裝技術(shù)的主要代表 周邊端子型封裝周邊端子型封裝QFP的最大問題是引腳端子的變形，的最大問題是引腳端子的變形， 難保證與印刷電路板的正常焊接，需要熟練的操作者，

6、難保證與印刷電路板的正常焊接，需要熟練的操作者， 日本半導(dǎo)體用戶掌握著高超的技能，處理微細(xì)引腳的多日本半導(dǎo)體用戶掌握著高超的技能，處理微細(xì)引腳的多 端子端子QFP得心應(yīng)手得心應(yīng)手 第五章微電子封裝技術(shù) 封裝技術(shù)的第二次重大變革封裝技術(shù)的第二次重大變革 QFP貼裝技術(shù)貼裝技術(shù) 20世紀(jì)世紀(jì)90年代初中期年代初中期 BGA貼裝技術(shù)貼裝技術(shù) 第五章微電子封裝技術(shù) 4、BGABall Grid Array 球狀柵陣電極封裝球狀柵陣電極封裝 背面背面 焊料微球凸點(diǎn)焊料微球凸點(diǎn) 第五章微電子封裝技術(shù) IC芯片芯片 引線架引線架 導(dǎo)線絲導(dǎo)線絲 內(nèi)引線內(nèi)引線 封裝樹脂封裝樹脂 焊料微球凸點(diǎn)焊料微球凸點(diǎn) BGA

7、 基板基板 第五章微電子封裝技術(shù) 回流焊回流焊 回流焊回流焊:通過掩膜預(yù)先將適量的焊料置于印制板上需要通過掩膜預(yù)先將適量的焊料置于印制板上需要 釬焊的地方，然后將需要裝載的元件貼裝在印制板相應(yīng)釬焊的地方，然后將需要裝載的元件貼裝在印制板相應(yīng) 的電極上，再利用各種加熱方式對整個(gè)印制板進(jìn)行加熱，的電極上，再利用各種加熱方式對整個(gè)印制板進(jìn)行加熱， 使焊料熔化，實(shí)現(xiàn)元件電極與對應(yīng)預(yù)涂焊點(diǎn)的互聯(lián)使焊料熔化，實(shí)現(xiàn)元件電極與對應(yīng)預(yù)涂焊點(diǎn)的互聯(lián) 印制板印制板 回流爐回流爐 第五章微電子封裝技術(shù) 焊料微球凸點(diǎn)焊料微球凸點(diǎn) B、球狀電極的不會(huì)變形、球狀電極的不會(huì)變形 印制板印制板 C、熔融焊料的表面張力作用，具有

8、自對準(zhǔn)效果，實(shí)、熔融焊料的表面張力作用，具有自對準(zhǔn)效果，實(shí) 裝可靠性高，返修率幾乎為零裝可靠性高，返修率幾乎為零 A、與、與QFP相比，可進(jìn)一步小型化、多端子化，相比，可進(jìn)一步小型化、多端子化，400端子以上端子以上 不太困難。不太困難。 球柵陣列型封裝球柵陣列型封裝BGA的優(yōu)點(diǎn)的優(yōu)點(diǎn) D、實(shí)裝操作簡單，對操作人員的要求不高、實(shí)裝操作簡單，對操作人員的要求不高 第五章微電子封裝技術(shù) BGA是目前高密度表面貼裝技術(shù)的主要代表是目前高密度表面貼裝技術(shù)的主要代表 日本廠家把主要精力投向日本廠家把主要精力投向QFP端子間距精細(xì)化方面，端子間距精細(xì)化方面， 但是未能實(shí)現(xiàn)但是未能實(shí)現(xiàn)0.3mm間距的多端子

9、間距的多端子QFP，因?yàn)槿毡緩S家認(rèn)，因?yàn)槿毡緩S家認(rèn) 為為BGA實(shí)裝后，對中央部分的焊接部位不能觀察。實(shí)裝后，對中央部分的焊接部位不能觀察。 美國公司的實(shí)際應(yīng)用證明，美國公司的實(shí)際應(yīng)用證明，BGA即使不檢測焊點(diǎn)的即使不檢測焊點(diǎn)的 質(zhì)量，也比經(jīng)過檢測的質(zhì)量，也比經(jīng)過檢測的QFP合格率高兩個(gè)數(shù)量級合格率高兩個(gè)數(shù)量級 美國康柏公司美國康柏公司1991年率先在微機(jī)中的年率先在微機(jī)中的ASIC采用了采用了255針腳針腳 的的PBGA，從而超過，從而超過IBM公司，確保了世界第一的微機(jī)市場占公司，確保了世界第一的微機(jī)市場占 有份額。有份額。 第五章微電子封裝技術(shù) 封裝技術(shù)的第三次重大變革封裝技術(shù)的第三次重大

10、變革 芯片尺寸封裝技術(shù)芯片尺寸封裝技術(shù) BGA貼裝技術(shù)貼裝技術(shù) 20世紀(jì)世紀(jì)90年代中期年代中期 第五章微電子封裝技術(shù) 20世紀(jì)世紀(jì)90年代，日本開發(fā)了一種接近于芯片尺寸的超年代，日本開發(fā)了一種接近于芯片尺寸的超 小型封裝，這種封裝被稱為小型封裝，這種封裝被稱為chip size package，將美國風(fēng)，將美國風(fēng) 行一時(shí)的行一時(shí)的BGA推向推向CSP,將成為高密度電子封裝技術(shù)的主流將成為高密度電子封裝技術(shù)的主流 趨勢趨勢 尺寸芯片封裝尺寸芯片封裝 CSPchip size package 裸芯片封裝裸芯片封裝 尺寸芯片封裝概念尺寸芯片封裝概念 雙列直插式封裝（雙列直插式封裝（DIP）的裸芯片

11、面積與封裝面積之比為）的裸芯片面積與封裝面積之比為1:80, 表面貼裝技術(shù)表面貼裝技術(shù)SMT中的中的QFP為為1:7， 第五章微電子封裝技術(shù) 尺寸芯片封裝原理尺寸芯片封裝原理 主要考慮用盡可能少的封裝材料解決電極保護(hù)問題主要考慮用盡可能少的封裝材料解決電極保護(hù)問題 第五章微電子封裝技術(shù) 尺寸芯片封裝尺寸芯片封裝CSP分類分類 1、平面柵陣端子型、平面柵陣端子型CSP 裸芯片裸芯片 焊料微球凸點(diǎn)焊料微球凸點(diǎn) 2、周邊端子型、周邊端子型CSP 第五章微電子封裝技術(shù) IC芯片芯片 引線架引線架 導(dǎo)線絲導(dǎo)線絲 內(nèi)引線內(nèi)引線 封裝樹脂封裝樹脂 焊料微球凸點(diǎn)焊料微球凸點(diǎn)IC芯片芯片 CSP BGA 基板基

12、板 第五章微電子封裝技術(shù) CSP芯片尺寸封裝工藝芯片尺寸封裝工藝 1、導(dǎo)電絲焊接組裝技術(shù)、導(dǎo)電絲焊接組裝技術(shù) 2、倒扣組裝技術(shù)、倒扣組裝技術(shù) 第五章微電子封裝技術(shù) 1、導(dǎo)電絲焊接組裝技術(shù)、導(dǎo)電絲焊接組裝技術(shù) 芯片芯片芯片芯片 芯片芯片 印制板印制板 粘膠粘膠 超聲熱壓焊引線超聲熱壓焊引線 金屬布線金屬布線 鋁膜鋁膜 模塑樹脂模塑樹脂 第五章微電子封裝技術(shù) 2、倒扣組裝技術(shù)、倒扣組裝技術(shù) 在裸芯片上的電極上形成焊料凸點(diǎn)，通過釬焊將芯片以在裸芯片上的電極上形成焊料凸點(diǎn)，通過釬焊將芯片以 電極面朝下的倒?fàn)罘绞綄?shí)裝在多層布線板上，由于不需要從電極面朝下的倒?fàn)罘绞綄?shí)裝在多層布線板上，由于不需要從 芯片向

13、四周引出芯片向四周引出I/O端子，可布置更多的端子，互聯(lián)線的長度端子，可布置更多的端子，互聯(lián)線的長度 大大縮短，減小了大大縮短，減小了RC延遲，可靠性提高延遲，可靠性提高 芯片芯片 芯片芯片 Flip ship 回流焊回流焊 芯片芯片 樹脂下填充樹脂下填充 第五章微電子封裝技術(shù) 4、CSP發(fā)展新趨勢發(fā)展新趨勢 1、MCM組裝組裝 2、三維封裝、三維封裝 第五章微電子封裝技術(shù) 1、MCM組裝組裝 Multi chip module 芯片芯片封裝體封裝體 芯片芯片 封裝外殼封裝外殼 印制板印制板 單芯片封裝電路板單芯片封裝電路板 多芯片封裝電路板多芯片封裝電路板 可大幅度減小封體積可大幅度減小封體積 將多個(gè)裸芯片不加封裝，直接裝載于同一將多個(gè)裸芯片不加封裝，直接裝載于同一 印制板上并封裝于