元件封裝技術(shù)

1、所謂“封裝技術(shù)”是一種將集成電路用絕緣的塑料或陶瓷材料打包的技術(shù)。以CPU為例，實際看到的體積和外觀并不是真正的CPU內(nèi)核的大小和面貌，而是CPU內(nèi)核等元件經(jīng)過封裝后的產(chǎn)品。封裝技術(shù)封裝對于芯片來說是必須的，也是至關(guān)重要的。因為芯片必須與外界隔離，以防止空氣中的雜質(zhì)對芯片電路的腐蝕而造成電氣性能下降。另一方面，封裝后的芯片也更便于安裝和運輸。由于封裝技術(shù)的好壞還直接影響到芯片自身性能的發(fā)揮和與之連接的PCB（印制電路板）的設(shè)計和制造，因此它是至關(guān)重要的。封裝技術(shù)編輯封裝也可以說是指安裝半導體集成電路芯片用的外殼，它不僅起著安放、固定、密封、保護芯片和增強導熱性能的作用，而且還是溝通芯片內(nèi)部世界

2、與外部電路的橋梁芯片上的接點用導線連接到封裝外殼的引腳上，這些引腳又通過印刷電路板上的導線與其他器件建立連接。因此，對于很多集成電路產(chǎn)品而言，封裝技術(shù)都是非常關(guān)鍵的一環(huán)。封裝技術(shù)采用的CPU封裝多是用絕緣的塑料或陶瓷材料包裝起來，能起著密封和提高芯片電熱性能的作用。由于現(xiàn)在處理器芯片的內(nèi)頻越來越高，功能越來越強，引腳數(shù)越來越多，封裝的外形也不斷在改變。封裝時主要考慮的因素編輯1芯片面積與封裝面積之比為提高封裝效率，盡量接近1：12引腳要盡量短以減少延遲，引腳間的距離盡量遠，以保證互不干擾，提高性能3基于散熱的要求，封裝越薄越好作為計算機的重要組成部分，CPU的性能直接影響計算機的整體性能。而C

3、PU制造工藝的最后一步也是最關(guān)鍵一步就是CPU的封裝技術(shù)，采用不同封裝技術(shù)的CPU，在性能上存在較大差距。只有高品質(zhì)的封裝技術(shù)才能生產(chǎn)出完美的CPU產(chǎn)品。CPU主要封裝技術(shù)編輯DIP技術(shù)DIP封裝（Dual In-line Package），也叫雙列直插式封裝技術(shù)，指采用雙列直插形式封裝的集成電路芯片，絕大多數(shù)中小規(guī)模集成電路均采用這種封裝形式，其引腳數(shù)一般不超過100。DIP封裝的CPU芯片有兩排引腳，需要插入到具有DIP結(jié)構(gòu)的芯片插座上。當然，也可以直接插在有相同焊孔數(shù)和幾何排列的電路板上進行焊接。DIP封裝的芯片在從芯片插座上插拔時應特別小心，以免損壞管腳。DIP封裝結(jié)構(gòu)形式有：多層陶瓷

4、雙列直插式DIP，單層陶瓷雙列直插式DIP，引線框架式DIP（含玻璃陶瓷封接式，塑料包封結(jié)構(gòu)式，陶瓷低熔玻璃封裝式）等。LED封裝DIP封裝具有以下特點：1適合在PCB(印刷電路板)上穿孔焊接，操作方便。2芯片面積與封裝面積之間的比值較大，故體積也較大。QFP/PFP技術(shù)QFP技術(shù)的中文含義叫方型扁1平式封裝技術(shù)（Plastic Quad Flat Package），QFP封裝的芯片引腳之間距離很小，管腳很細，一般大規(guī)?；虺笮图呻娐范疾捎眠@種封裝形式，其引腳數(shù)一般在100個以上。用這種形式封裝的芯片必須采用SMD（表面安裝設(shè)備技術(shù)）將芯片與主板焊接起來。采用SMD安裝的芯片不必在主板上打孔

5、，一般在主板表面上有設(shè)計好的相應管腳的焊點。將芯片各腳對準相應的焊點，即可實現(xiàn)與主板的焊接。用這種方法焊上去的芯片，如果不用專用工具是很難拆卸下來的。PFP技術(shù)的英文全稱為Plastic Flat Package，中文含義為塑料扁平組件式封裝。用這種技術(shù)封裝的芯片同樣也必須采用SMD技術(shù)將芯片與主板焊接起來。采用SMD安裝的芯片不必在主板上打孔，一般在主板表面上有設(shè)計好的相應管腳的焊盤。將芯片各腳對準相應的焊盤，即可實現(xiàn)與主板的焊接。用這種方法焊上去的芯片，如果不用專用工具是很難拆卸下來的。該技術(shù)與上面的QFP技術(shù)基本相似，只是外觀的封裝形狀不同而已。QFP/PFP封裝具有以下特點：1. 適用

6、于SMD表面安裝技術(shù)在PCB電路板上安裝布線。2封裝外形尺寸較小，寄生參數(shù)減小，適合高頻應用。3操作方便，可靠性高。4芯片面積與封裝面積之間的比值較小。Intel系列CPU中80286、80386和某些486主板采用這種封裝形式。1PGA技術(shù)該技術(shù)也叫插針網(wǎng)格陣列封裝技術(shù)（Ceramic Pin Grid Arrau Package），由這種技術(shù)封裝的芯片內(nèi)外有多個方陣形的插針，每個方陣形插針沿芯片的四周間隔一定距離排列，根據(jù)管腳數(shù)目的多少，可以圍成25圈。安裝時，將芯片插入專門的PGA插座。為了使得CPU能夠更方便的安裝和拆卸，從486芯片開始，出現(xiàn)了一種ZIF CPU插座，專門用來滿足PG

7、A封裝的CPU在安裝和拆卸上的要求。該技術(shù)一般用于插拔操作比較頻繁的場合之下。PGA封裝具有以下特點：1插拔操作更方便，可靠性高；2可適應更高的頻率；3如采用導熱性良好的陶瓷基板，還可適應高速度、大功率器件要求；4由于此封裝具有向外伸出的引腳，一般采用插入式安裝而不宜采用表面安裝；5如用陶瓷基板，價格又相對較高，因此多用于較為特殊的用途。它又分為陳列引腳型和表面貼裝型兩種。BGA技術(shù)BGA技術(shù)（Ball Grid Array Package）即球柵陣列封裝技術(shù)。該技術(shù)的出現(xiàn)便成為CPU、主板南、北橋芯片等高密度、高性能、多引腳封裝的最佳選擇。但BGA封裝占用基板的面積比較大。雖然該技術(shù)的I/O

8、引腳數(shù)增多，但引腳之間的距離遠大于QFP，從而提高了組裝成品率。而且該技術(shù)采用了可控塌陷芯片法焊接，從而可以改善它的電熱性能。另外該技術(shù)的組裝可用共面焊接，從而能大大提高封裝的可靠性；并且由該技術(shù)實現(xiàn)的封裝CPU信號傳輸延遲小，適應頻率可以提高很大。BGA封裝具有以下特點：1I/O引腳數(shù)雖然增多，但引腳之間的距離遠大于QFP封裝方式，提高了成品率2雖然BGA的功耗增加，但由于采用的是可控塌陷芯片法焊接，從而可以改善電熱性能3信號傳輸延遲小，適應頻率大大提高4組裝可用共面焊接，可靠性大大提高BGA封裝的不足之處：BGA封裝仍與QFP、PGA一樣，占用基板面積過大；塑料BGA封裝的翹曲問題是其主要

9、缺陷，即錫球的共面性問題。共面性的標準是為了減小翹曲，提高BGA封裝的特性，應研究塑料、粘片膠和基板材料，并使這些材料最佳化。同時由于基板的成本高，而使其價格很高。SFF技術(shù)SFF是Small Form Factor的簡稱，英特爾將其稱為小封裝技術(shù)。小封裝技術(shù)是英特爾在封裝移動處理器過程中采用的一種特殊技術(shù)，可以在不影響處理器性能的前提下，將封裝尺寸縮小為普通尺寸的40%左右，從而帶動移動產(chǎn)品內(nèi)其他組件尺寸一起縮小，最終讓終端產(chǎn)品更加輕薄、小巧、時尚，并且支持更豐富的外觀和材質(zhì)的設(shè)計。芯片封裝技術(shù)發(fā)展編輯從DIP封到BGA封裝芯片的封裝技術(shù)種類實在是多種多樣，諸如DIP，PQFP,TSOP,T

10、SSOP,PGA,BGA,QFP,TQFP,QSOP,SOIC,SOJ,PLCC,WAFERS.一系列名稱看上去都十分繁雜，其實，只要弄清芯片封裝發(fā)展的歷程也就不難理解了。芯片的封裝技術(shù)已經(jīng)歷經(jīng)好幾代的變遷，技術(shù)指標一代比一代先進，包括芯片面積與封裝面積之比越來越接近，適用頻率越來越高，耐溫性能越來越好，以及引腳數(shù)增多，引腳間距減小，重量減小，可靠性提高，使用更加方便等等，都是看得見的變化。20世紀70年代時，芯片封裝流行的還是雙列直插封裝，簡稱DIP(Dual ln-line Package)。DIP封裝在當時具有適合PCB（印刷電路板）的穿孔安裝，具有比TO型封裝易于對PCB布線以及操作較

11、為方便等一些特點，其封裝的結(jié)構(gòu)形式也很多，包括多層陶瓷雙列直插式DIP，單層陶瓷雙列直插式DIP，引線框架式DIP等等。但是衡量一個芯片封裝技術(shù)先進與否的重要指標是芯片面積與封裝面積之比，這個比值越接近1越好。比如一顆采用40根I / O引腳塑料雙列直插式封裝(PDIP)的芯片為例，其芯片面積/封裝面積=（3 x3）/（1524 x 50）=1：86，離l相差很遠。不難看出，這種封裝尺寸遠比芯片大不少，說明封裝效率很低，占去了很多有效安裝面積。到了80年代出現(xiàn)的內(nèi)存第二代封裝技術(shù)以TSOP為代表，它很快為業(yè)界所普遍采用，到目前為止還保持著內(nèi)存封裝的主流地位。TSOP是英文Thin Small

12、Outline Package的縮寫，意即薄型小尺寸封裝。TSOP內(nèi)存封裝技術(shù)的一個典型特征就是在封裝芯片的周圍做出引腳，如SDRAM內(nèi)存的集成電路兩側(cè)都有引腳，SGRAM內(nèi)存的集成電路四面都有引腳。TSOP適合用SMT技術(shù)（表面安裝技術(shù)）在PCB（印制電路板）上安裝布線。TSOP封裝外形尺寸時，寄生參數(shù)(電流大幅度變化時，引起輸出電壓擾動) 減小，適合高頻應用，操作比較方便，可靠性也比較高。改進的TSOP技術(shù)目前廣泛應用于SDRAM內(nèi)存的制造上，不少知名內(nèi)存制造商如三星、現(xiàn)代、Kingston等目前都在采用這項技術(shù)進行內(nèi)存封裝。20世紀90年代隨著集成技術(shù)的進步、設(shè)備的改進和深亞微米技術(shù)的使

13、用，LSI、VLSI、ULSI相繼出現(xiàn)，芯片集成度不斷提高，I / O引腳數(shù)急劇增加，功耗也隨之增大，對集成電路封裝的要求也更加嚴格。為滿足發(fā)展的需要，在原有封裝方式的基礎(chǔ)上，又增添了新的方式一一球柵陣列封裝，簡稱BGA（Ball Grid Array Package）。BGA封裝技術(shù)已經(jīng)在筆記本電腦的內(nèi)存、主板芯片組等大規(guī)模集成電路的封裝領(lǐng)域得到了廣泛的應用。比如我們所熟知的Intel BX、VIA MVP3芯片組以及SODIMM等都是采用這一封裝技術(shù)的產(chǎn)品。BGA 封裝技術(shù)有這樣一些特點：I / O引腳數(shù)雖然增多，但引腳間距并不小，從而提高了組裝成品率；雖然它的功耗增加，但BGA能用可控塌

14、陷芯片法焊接，從而可以改善它的電熱性能；厚度和重量都較以前的封裝技術(shù)有所減少；寄生參數(shù)減小，信號傳輸延遲小，使用頻率大大提高；組裝可用共面焊接，可靠性高。不過BGA封裝仍然存在著占用基板面積較大的問題。隨著以CPU為主的計算機系統(tǒng)性能的總體大幅度提升趨勢，人們對于內(nèi)存的品質(zhì)和性能要求也日趨苛刻。為此，人們要求內(nèi)存封裝更加緊致，以適應大容量的內(nèi)存芯片，同時也要求內(nèi)存封裝的散熱性能更好，以適應越來越快的核心頻率。毫無疑問的是，進展不太大的TSOP等內(nèi)存封裝技術(shù)也越來越不適用于高頻、高速的新一代內(nèi)存的封裝需求，新的內(nèi)存封裝技術(shù)也應運而生了。采用BGA新技術(shù)封裝的內(nèi)存，可以使所有計算機中的DRAM內(nèi)存

15、在體積不變的情況下內(nèi)存容量提高兩到三倍，BGA與TSOP相比，具有更小的體積，更好的散熱性能和電性能。BGA封裝技術(shù)使每平方英寸的存儲量有了很大提升，采用BGA封裝技術(shù)的內(nèi)存產(chǎn)品在相同容量下，體積只有TSOP封裝的三分之一；另外，與傳統(tǒng)TSOP封裝方式相比，BGA封裝方式有更加快速和有效的散熱途徑。常見的封裝形式編輯OPGA封裝OPGA（Organic pin grid Array，有機管腳陣列）。這種封裝的基底使用的是玻璃纖維，類似印刷電路板上的材料。此種封裝方式可以降低阻抗和封裝成本。OPGA封裝拉近了外部電容和處理器內(nèi)核的距離，可以更好地改善內(nèi)核供電和過濾電流雜波。AMD公司的Athlo

16、nXP系列CPU大多使用此類封裝。mPGA封裝mPGA，微型PGA封裝，目前只有AMD公司的Athlon 64和英特爾公司的Xeon（至強）系列CPU等少數(shù)產(chǎn)品所采用，而且多是些高端產(chǎn)品，是種先進的封裝形式。CPGA封裝CPGA也就是常說的陶瓷封裝，全稱為Ceramic PGA。主要在Thunderbird（雷鳥）核心和“Palomino”核心的Athlon處理器上采用。FC-PGA封裝FC-PGA封裝是反轉(zhuǎn)芯片針腳柵格陣列的縮寫，這種封裝中有針腳插入插座。這些芯片被反轉(zhuǎn)，以至片模或構(gòu)成計算機芯片的處理器部分被暴露在處理器的上部。通過將片模暴露出來，使熱量解決方案可直接用到片模上，這樣就能實現(xiàn)

17、更有效的芯片冷卻。為了通過隔絕電源信號和接地信號來提高封裝的性能，F(xiàn)C-PGA 處理器在處理器的底部的電容放置區(qū)域（處理器中心）安有離散電容和電阻。芯片底部的針腳是鋸齒形排列的。此外，針腳的安排方式使得處理器只能以一種方式插入插座。FC-PGA 封裝用于奔騰 III 和英特爾 賽揚 處理器，它們都使用 370 針。FC-PGA2封裝FC-PGA2 封裝與 FC-PGA 封裝類型很相似，除了這些處理器還具有集成式散熱器 (IHS)。集成式散熱器是在生產(chǎn)時直接安裝到處理器片上的。由于 IHS 與片模有很好的熱接觸并且提供了更大的表面積以更好地發(fā)散熱量，所以它顯著地增加了熱傳導。FC-PGA2 封裝

18、用于奔騰 III 和英特爾賽揚處理器（370 針）和奔騰 4 處理器（478 針）。OOI封裝OOI 是 OLGA 的簡寫。OLGA 代表了基板柵格陣列。OLGA 芯片也使用反轉(zhuǎn)芯片設(shè)計，其中處理器朝下附在基體上，實現(xiàn)更好的信號完整性、更有效的散熱和更低的自感應。OOI 有一個集成式導熱器 (IHS)，能幫助散熱器將熱量傳給正確安裝的風扇散熱器。OOI 用于奔騰 4 處理器，這些處理器有 423 針。PPGA封裝“PPGA”的英文全稱為“Plastic Pin Grid Array”，是塑針柵格陣列的縮寫，這些處理器具有插入插座的針腳。為了提高熱傳導性，PPGA 在處理器的頂部使用了鍍鎳銅質(zhì)散

19、熱器。芯片底部的針腳是鋸齒形排列的。此外，針腳的安排方式使得處理器只能以一種方式插入插座。2S.E.C.C.封裝“S.E.C.C.”是“Single Edge Contact Cartridge”縮寫，是單邊接觸卡盒的縮寫。為了與主板連接，處理器被插入一個插槽。它不使用針腳，而是使用“金手指”觸點，處理器使用這些觸點來傳遞信號。S.E.C.C. 被一個金屬殼覆蓋，這個殼覆蓋了整個卡盒組件的頂端?？ê械谋趁媸且粋€熱材料鍍層，充當了散熱器。S.E.C.C. 內(nèi)部，大多數(shù)處理器有一個被稱為基體的印刷電路板連接起處理器、二級高速緩存和總線終止電路。S.E.C.C. 封裝用于有 242 個觸點的英特爾奔

20、騰II 處理器和有 330 個觸點的奔騰II 至強和奔騰 III 至強處理器。S.E.C.C.2 封裝S.E.C.C.2 封裝與 S.E.C.C. 封裝相似，除了S.E.C.C.2 使用更少的保護性包裝并且不含有導熱鍍層。S.E.C.C.2 封裝用于一些較晚版本的奔騰II 處理器和奔騰 III 處理器（242 觸點）。S.E.P.封裝“S.E.P.”是“Single Edge Processor”的縮寫，是單邊處理器的縮寫?！癝.E.P.”封裝類似于“S.E.C.C.”或者“S.E.C.C.2”封裝，也是采用單邊插入到Slot插槽中，以金手指與插槽接觸，但是它沒有全包裝外殼，底板電路從處理器底

21、部是可見的。“S.E.P.”封裝應用于早期的242根金手指的Intel Celeron 處理器。PLGA封裝PLGA是Plastic Land Grid Array的縮寫，即塑料焊盤柵格陣列封裝。由于沒有使用針腳，而是使用了細小的點式接口，所以PLGA封裝明顯比以前的FC-PGA2等封裝具有更小的體積、更少的信號傳輸損失和更低的生產(chǎn)成本，可以有效提升處理器的信號強度、提升處理器頻率，同時也可以提高處理器生產(chǎn)的良品率、降低生產(chǎn)成本。目前Intel公司Socket 775接口的CPU采用了此封裝。2CuPGA封裝CuPGA是Lidded Ceramic Package Grid Array的縮寫，

22、即有蓋陶瓷柵格陣列封裝。其與普通陶瓷封裝最大的區(qū)別是增加了一個頂蓋，能提供更好的散熱性能以及能保護CPU核心免受損壞。AMD64系列CPU采用了此封裝。封裝的作用編輯封裝(Package)對于芯片來說是必須的，也是至關(guān)重要的。封裝也可以說是指安裝半導體集成電路芯片用的外殼，它不僅起著保護芯片和增強導熱性能的作用，而且還是溝通芯片內(nèi)部世界與外部電路的橋梁和規(guī)格通用功能的作用。封裝的主要作用有：(1)物理保護。因為芯片必須與外界隔離，以防止空氣中的雜質(zhì)對芯片電路的腐蝕而造成電氣性能下降，保護芯片表面以及連接引線等，使相當柔嫩的芯片在電氣或熱物理等方面免受外力損害及外部環(huán)境的影響；同時通過封裝使芯片

23、的熱膨脹系數(shù)與框架或基板的熱膨脹系數(shù)相匹配，這樣就能緩解由于熱等外部環(huán)境的變化而產(chǎn)生的應力以及由于芯片發(fā)熱而產(chǎn)生的應力，從而可防止芯片損壞失效?；谏岬囊螅庋b越薄越好，當芯片功耗大于2W時，在封裝上需要增加散熱片或熱沉片，以增強其散熱冷卻功能；51OW時必須采取強制冷卻手段。另一方面，封裝后的芯片也更便于安裝和運輸。(2)電氣連接。封裝的尺寸調(diào)整(間距變換)功能可由芯片的極細引線間距，調(diào)整到實裝基板的尺寸間距，從而便于實裝操作。例如從以亞微米(目前已達到01 3m以下)為特征尺寸的芯片，到以10m為單位的芯片焊點，再到以100m為單位的外部引腳，最后劍以毫米為單位的印刷電路板，都是通過封

24、裝米實現(xiàn)的。封裝在這里起著由小到大、由難到易、由復雜到簡單的變換作用，從而可使操作費用及材料費用降低，而且能提高工作效率和可靠性，特別是通過實現(xiàn)布線長度和阻抗配比盡可能地降低連接電阻，寄生電容和電感來保證正確的信號波形和傳輸速度。(3)標準規(guī)格化。規(guī)格通用功能是指封裝的尺寸、形狀、引腳數(shù)量、間距、長度等有標準規(guī)格，既便于加工，又便于與印刷電路板相配合，相關(guān)的生產(chǎn)線及生產(chǎn)設(shè)備都具有通用性。這對于封裝用戶、電路板廠家、半導體廠家都很方便，而且便于標準化。相比之下，裸芯片實裝及倒裝目前尚不具備這方面的優(yōu)勢。由于組裝技術(shù)的好壞還直接影響到芯片自身性能的發(fā)揮和與之連接的印刷電路板(PCB)的設(shè)計和制造，

25、對于很多集成電路產(chǎn)品而言，組裝技術(shù)都是非常關(guān)鍵的一環(huán)。內(nèi)存的封裝技術(shù)編輯如今計算機的“心”奔騰不止，以百兆為單位的高速提升讓我們不得不感嘆CPU技術(shù)的成熟和完善。不過，光有一顆速急力猛的芯好像還遠遠不夠，為了讓計算機真正快速地跑起來，整個內(nèi)外系統(tǒng)都需要齊齊跟進，而內(nèi)存則一向是一個關(guān)注焦點。作為計算機的“運作機艙”，內(nèi)存的性能直接影響計算機的整體表現(xiàn)，重要性是不言而喻的。與CPU一樣，內(nèi)存的制造工藝同樣對其性能高低具有決定意義，而在內(nèi)存制造工藝流程上的最后一步也是最關(guān)鍵一步就是內(nèi)存的封裝技術(shù)。采用不同封裝技術(shù)的內(nèi)存條，在性能上也會存在較大差距。從DIP、TSOP到BGA，不斷發(fā)展的封裝技術(shù)使得內(nèi)

26、存向著高頻、高速的目標繼續(xù)邁進，而NORCENT MicroCSP等新型技術(shù)的出現(xiàn)，則意味著內(nèi)存封裝已經(jīng)進入到CSP時代。內(nèi)存封裝，“品質(zhì)”外衣編輯我們所使用的每一條內(nèi)存，其實是由數(shù)量龐大的集成電路組合而成，只不過這些電路，都是需要最后打包完成，這類將集成電路打包的技術(shù)就是所謂的封裝技術(shù)。封裝也可以說是指安裝半導體集成電路芯片用的外殼，它不僅起著安放、固定、密封、保護芯片和增強導熱性能的作用，而且還是溝通芯片內(nèi)部世界與外部電路的橋梁芯片上的接點用導線連接到封裝外殼的引腳上，這些引腳又通過印刷電路板上的導線與其他器件建立連接。因此，對于很多集成電路產(chǎn)品而言，封裝技術(shù)都是非常關(guān)鍵的一環(huán)。在我們的計

27、算機里，CPU需要嚴格地封裝，內(nèi)存條也同樣不可怠慢，對于常見的內(nèi)存條而言，我們實際看到的體積和外觀并不是真正的內(nèi)存的大小和面貌，那一個一個整齊排列的小黑塊即內(nèi)存芯片經(jīng)過打包封裝后的成果。對于內(nèi)存這樣以芯片為主的產(chǎn)品來說，封裝技術(shù)不僅保證芯片與外界隔離，防止空氣中的雜質(zhì)對芯片電路的腐蝕而造成電學性能下降；而且封裝技術(shù)的好壞還直接關(guān)系到與芯片連接的PCB（印制電路板）的設(shè)計和制造，從而對芯片自身性能的表現(xiàn)和發(fā)揮產(chǎn)生深刻的影響。如此而言，封裝技術(shù)好比內(nèi)存的一件外衣，而內(nèi)存品質(zhì)在這里則是典型的“以貌取人”，越“高檔”的外衣身價也就越高了。如同微處理器一樣，內(nèi)存條的技術(shù)也是不斷地更新。人們手中內(nèi)存條上的

28、顆粒模樣漸漸在變，變得比以前更小、更精致。變化不僅在表面上，而且這些新型的芯片在適用頻率和電氣特性上比老前輩又有了長足的進步。這一結(jié)晶應歸功新型的內(nèi)存芯片封裝技術(shù)所帶來的成果。3D封裝技術(shù)編輯由于電子整機和系統(tǒng)在航空、航天、計算機等領(lǐng)域?qū)π⌒突?、輕型化、薄型化等高密度組裝要求的不斷提高，在MCM的基礎(chǔ)上，對于有限的面積，電子組裝必然在二維組裝的基礎(chǔ)上向z方向發(fā)展，這就是所謂的三維(3D)封裝技術(shù)，這是今后相當長時間內(nèi)實現(xiàn)系統(tǒng)組裝的有效手段。實現(xiàn)3D封裝主要有三種方法。一種是埋置型，即將元器件埋置在基板多層布線內(nèi)或埋置、制作在基板內(nèi)部。電阻和電容一般可隨多層布線用厚、薄膜法埋置于多層基板中，而I

29、C芯片一般要緊貼基板。還可以在基板上先開槽，將IC芯片嵌入，用環(huán)氧樹脂固定后與基板平面平齊，然后實施多層布線，最上層再安裝IC芯片，從而實現(xiàn)3D封裝。第二種方法是有源基板型，這是用硅圓片IC(WSI)作基板時，先將WSI用一般半導體IC制作方法作一次元器件集成化，這就成了有源基板。然后再實施多層布線，頂層仍安裝各種其他lC芯片或其他元器件，實現(xiàn)3D封裝。這一方法是人們最終追求并力求實現(xiàn)的一種3D封裝技術(shù)。第三種方法是疊層法，即將兩個或多個裸芯片或封裝芯片在垂直芯片方向上互連成為簡單的3D封裝。更多的是將各個已單面或雙面組裝的MCM疊裝在一起，再進行上下多層互連，就可實現(xiàn)3D封裝。其上下均可加熱

30、沉，這種3D結(jié)構(gòu)又稱為3DMCM。由于3D的組裝密度高，功耗大，基板多為導熱性好的高導熱基板，如硅、氮化鋁和金剛石薄膜等。還可以把多個硅圓片層疊在一起，形成3D封裝。先進的疊層式3D封裝技術(shù)近幾年來，先進的封裝技術(shù)已在IC制造行業(yè)開始出現(xiàn)，如多芯片模塊（MCM）就是將多個IC芯片按功能組合進行封裝，特別是三維（3D）封裝首先突破傳統(tǒng)的平面封裝的概念，組裝效率高達200%以上。它使單個封裝體內(nèi)可以堆疊多個芯片，實現(xiàn)了存儲容量的倍增，業(yè)界稱之為疊層式3D封裝；其次，它將芯片直接互連，互連線長度顯著縮短，信號傳輸?shù)酶烨宜芨蓴_更小；再則，它將多個不同功能芯片堆疊在一起，使單個封裝體實現(xiàn)更多的功能，

31、從而形成系統(tǒng)芯片封裝新思路；最后，采用3D封裝的芯片還有功耗低、速度快等優(yōu)點，這使電子信息產(chǎn)品的尺寸和重量減小數(shù)十倍。正是由于3D封裝擁有無可比擬的技術(shù)優(yōu)勢，加上多媒體及無線通信設(shè)備的使用需求，才使這一新型的封裝方式擁有廣闊的發(fā)展空間。最常見的裸芯片疊層3D封裝先將生長凸點的合格芯片倒扣并焊接在薄膜基板上，這種薄膜基板的材質(zhì)為陶瓷或環(huán)氧玻璃，其上有導體布線，內(nèi)部也有互連焊點，兩側(cè)還有外部互連焊點，然后再將多個薄膜基板進行疊裝互連。裸芯片疊層的工藝過程為：第一步，在芯片上生長凸點并進行倒扣焊接。如果采用金凸點，則由金絲成球的方式形成凸點，在250400 下，加壓力使芯片與基板互連；若用鉛錫凸點，

32、則采用 Pb95Sn5（重量比）的凸點，這樣的凸點具有較高的熔點，而不致在下道工藝過程中熔化。具體方法，先在低于凸點熔點的溫度（180250 ）下進行芯片和基板焊接，在這一溫度下它們靠金屬擴散來焊接；然后加熱到250400 ，在這一溫度下焊料球熔化，焊接完畢。第一步的溫度是經(jīng)過成品率試驗得到的，當?shù)陀?50 時斷路現(xiàn)象增加；而當高于300 時，則相鄰焊點的短路現(xiàn)象增多。第二步，在芯片與基板之間0.05 mm的縫隙內(nèi)填入環(huán)氧樹脂膠，即進行下填料。第三步，將生長有凸點的基板疊裝在一起，該基板上的凸點是焊料凸點，其成分為Pb/Sn或Sn/Ag，熔點定在200240 。這最后一步是將基板疊裝后，再在2

33、30250 的溫度下進行焊接。MCM疊層的工藝流程與裸芯片疊層的工藝流程基本一致。除上述邊緣導體焊接采用互連方式外，疊層3D封裝還有多種互連方式，例如引線鍵合疊層芯片就是一種采用引線鍵合技術(shù)實現(xiàn)疊層互連的，該方法的適用范圍比較廣。此外，疊層互連工藝還有疊層載帶、折疊柔性電路等方式。疊層載帶是用載帶自動鍵合（TAB）實現(xiàn)IC互連，可進而分為印刷電路板（PCB）疊層TAB和引線框架TAB。折疊柔性電路方式是先將裸芯片安裝在柔性材料上，然后將其折疊，從而形成三維疊層的封裝形式。LED封裝技術(shù)編輯LED封裝技術(shù)大都是在分立器件封裝技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展與演變而來的，但卻有很大的特殊性。一般情況下，分立器件的管

34、芯被密封在封裝體內(nèi)，封裝的作用主要是保護管芯和完成電氣互連。而LED封裝則是完成輸出電信號，保護管芯正常工作、輸出可見光的功能，既有電參數(shù)，又有光參數(shù)的設(shè)計及技術(shù)要求，無法簡單地將分立器件的封裝用于LED。LED的核心發(fā)光部分是P型半導體和N型半導體構(gòu)成的PN結(jié)管芯。當注入PN結(jié)的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復合時，就會發(fā)出可見光、紫外線光或者紅外線光。但PN結(jié)區(qū)發(fā)出的光子是非定向的，即向各個方向發(fā)射有相同的幾率。因此，并不是管芯產(chǎn)生的所有光都可以釋放出來，這主要取決于半導體材料質(zhì)量、管芯結(jié)構(gòu)和幾何形狀、封裝內(nèi)部結(jié)構(gòu)與包封材料，應用要求提高LED的內(nèi)、外部量子效率。常規(guī)5mm型LED封裝是將邊長0.

35、25mm的正方形管芯粘結(jié)或燒結(jié)在引線架上，管芯的正極通過球形接觸點與金絲鍵合為內(nèi)引線與一條管腳相連，負極通過發(fā)射杯和引線架的另一管腳相連，然后其頂部用環(huán)氧樹脂包封。反射杯的作用是收集管芯側(cè)面、界面發(fā)出的光，向期望的方向角內(nèi)發(fā)射。頂部包封的環(huán)氧樹脂做成一定形狀，有這樣幾種作用：保護管芯等不受外界侵蝕；采用不同的形狀和材料性質(zhì)(摻或不摻散色劑)，起透鏡或漫射透鏡功能，控制光的發(fā)散角；管芯折射率與空氣折射率相關(guān)太大，致使管芯內(nèi)部的全反射臨界角很小，其有源層產(chǎn)生的光只有小部分被取出，大部分易在管芯內(nèi)部經(jīng)多次反射而被吸收，易發(fā)生全反射導致過多光的損失。選用相應折射率的環(huán)氧樹脂做過渡，提高管芯的光出射效率

36、。用作構(gòu)成管殼的環(huán)氧樹脂須具有耐濕性、絕緣性、機械強度，對管芯發(fā)出光的折射率和透射率高。選擇不同折射率的封裝材料，封裝幾何形狀對光子逸出效率的影響是不同的，發(fā)光強度的角分布也與管芯結(jié)構(gòu)、光輸出方式、封裝透鏡所用材料和形狀有關(guān)。若采用尖形樹脂透鏡，可使光集中到LED的軸線方向，相應的視角較??；如果頂部的樹脂透鏡為圓形或平面型，其相應視角將增大。一般情況下，LED的發(fā)光波長隨溫度變化為0.2 -0.3nm/，光譜寬度隨之增加，影響顏色鮮艷度。另外，當正向電流流經(jīng)PN結(jié)，發(fā)熱性損耗使結(jié)區(qū)產(chǎn)生溫升。在室溫附近，溫度每升高1，LED的發(fā)光強度會相應地減少1%左右，封裝散熱時保持色純度與發(fā)光強度非常重要。

37、以往采用減少其驅(qū)動電流的辦法，降低結(jié)溫，多數(shù)LED的驅(qū)動電流限制在20mA左右。但是，LED的光輸出會隨著電流的增大而增加。目前，很多功率型LED的驅(qū)動電流可以達到70mA、100mA甚至1A級，需要改進封裝結(jié)構(gòu)。全新的LED封裝設(shè)計理念和低熱阻封裝結(jié)構(gòu)及技術(shù)，改善了熱特性。例如，采用大面積芯片倒裝結(jié)構(gòu)，選用導熱性能好的銀膠，增大金屬支架的表面積，焊料凸點的硅載體直接裝在熱沉上等方法。此外，在應用設(shè)計中，PCB線路板等的熱設(shè)計、導熱性能也十分重要。生產(chǎn)工藝1工藝：a)清洗：采用超聲波清洗PCB或LED支架，并烘干。b)裝架：在LED管芯（大圓片）底部電極備上銀膠后進行擴張，將擴張后的管芯（大圓

38、片）安置在刺晶臺上，在顯微鏡下用刺晶筆將管芯一個一個安裝在PCB或LED支架相應的焊盤上，隨后進行燒結(jié)使銀膠固化。c)壓焊：用鋁絲或金絲焊機將電極連接到LED管芯上，以作電流注入的引線。LED直接安裝在PCB上的，一般采用鋁絲焊機。（制作白光TOP-LED需要金線焊機）d)封裝：通過點膠，用環(huán)氧將LED管芯和焊線保護起來。在PCB板上點膠，對固化后膠體形狀有嚴格要求，這直接關(guān)系到背光源成品的出光亮度。這道工序還將承擔點熒光粉（白光LED）的任務。e)焊接：如果背光源是采用SMD-LED或其它已封裝的LED，則在裝配工藝之前，需要將LED焊接到PCB板上。f)切膜：用沖床模切背光源所需的各種擴散

39、膜、反光膜等。g)裝配：根據(jù)圖紙要求，將背光源的各種材料手工安裝正確的位置。h)測試：檢查背光源光電參數(shù)及出光均勻性是否良好。包裝：將成品按要求包裝、入庫。封裝工藝1LED的封裝的任務是將外引線連接到LED芯片的電極上，同時保護好LED芯片，并且起到提高光取出效率的作用。關(guān)鍵工序有裝架、壓焊、封裝。2.LED封裝形式LED封裝形式可以說是五花八門，主要根據(jù)不同的應用場合采用相應的外形尺寸，散熱對策和出光效果。LED按封裝形式分類有Lamp-LED、TOP-LED、Side-LED、SMD-LED、High-Power-LED等。3LED封裝工藝流程4封裝工藝說明1芯片檢驗鏡檢：材料表面是否有機

40、械損傷及麻點麻坑（lockhill）芯片尺寸及電極大小是否符合工藝要求，電極圖案是否完整。2擴片由于LED芯片在劃片后依然排列緊密間距很小（約0.1mm），不利于后工序的操作。我們采用擴片機對黏結(jié)芯片的膜進行擴張，是LED芯片的間距拉伸到約0.6mm。也可以采用手工擴張，但很容易造成芯片掉落浪費等不良問題。3點膠在LED支架的相應位置點上銀膠或絕緣膠。（對于GaAs、SiC導電襯底，具有背面電極的紅光、黃光、黃綠芯片，采用銀膠。對于藍寶石絕緣襯底的藍光、綠光LED芯片，采用絕緣膠來固定芯片。）工藝難點在于點膠量的控制，在膠體高度、點膠位置均有詳細的工藝要求。由于銀膠和絕緣膠在貯存和使用均有嚴格

41、的要求，銀膠的醒料、攪拌、使用時間都是工藝上必須注意的事項。4備膠和點膠相反，備膠是用備膠機先把銀膠涂在LED背面電極上，然后把背部帶銀膠的LED安裝在LED支架上。備膠的效率遠高于點膠，但不是所有產(chǎn)品均適用備膠工藝。5手工刺片將擴張后LED芯片（備膠或未備膠）安置在刺片臺的夾具上，LED支架放在夾具底下，在顯微鏡下用針將LED芯片一個一個刺到相應的位置上。手工刺片和自動裝架相比有一個好處，便于隨時更換不同的芯片，適用于需要安裝多種芯片的產(chǎn)品.6自動裝架自動裝架其實是結(jié)合了沾膠（點膠）和安裝芯片兩大步驟，先在LED支架上點上銀膠（絕緣膠），然后用真空吸嘴將LED芯片吸起移動位置，再安置在相應的

42、支架位置上。自動裝架在工藝上主要要熟悉設(shè)備操作編程，同時對設(shè)備的沾膠及安裝精度進行調(diào)整。在吸嘴的選用上盡量選用膠木吸嘴，防止對LED芯片表面的損傷，特別是蘭、綠色芯片必須用膠木的。因為鋼嘴會劃傷芯片表面的電流擴散層。7燒結(jié)燒結(jié)的目的是使銀膠固化，燒結(jié)要求對溫度進行監(jiān)控，防止批次性不良。銀膠燒結(jié)的溫度一般控制在150，燒結(jié)時間2小時。根據(jù)實際情況可以調(diào)整到170，1小時。絕緣膠一般150，1小時。銀膠燒結(jié)烘箱的必須按工藝要求隔2小時（或1小時）打開更換燒結(jié)的產(chǎn)品，中間不得隨意打開。燒結(jié)烘箱不得再其他用途，防止污染。8壓焊壓焊的目的將電極引到LED芯片上，完成產(chǎn)品內(nèi)外引線的連接工作。LED的壓焊工

43、藝有金絲球焊和鋁絲壓焊兩種。先在LED芯片電極上壓上第一點，再將鋁絲拉到相應的支架上方，壓上第二點后扯斷鋁絲。金絲球焊過程則在壓第一點前先燒個球，其余過程類似。壓焊是LED封裝技術(shù)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，工藝上主要需要監(jiān)控的是壓焊金絲（鋁絲）拱絲形狀，焊點形狀，拉力。對壓焊工藝的深入研究涉及到多方面的問題，如金（鋁）絲材料、超聲功率、壓焊壓力、劈刀（鋼嘴）選用、劈刀（鋼嘴）運動軌跡等等LED的封裝主要有點膠、灌封、模壓三種?；旧瞎に嚳刂频碾y點是氣泡、多缺料、黑點。設(shè)計上主要是對材料的選型，選用結(jié)合良好的環(huán)氧和支架。手動點膠封裝對操作水平要求很高（特別是白光LED），主要難點是對點膠量的控制，因為環(huán)氧在

44、使用過程中會變稠。白光LED的點膠還存在熒光粉沉淀導致出光色差的問題。10灌膠封裝Lamp-LED的封裝采用灌封的形式。灌封的過程是先在LED成型模腔內(nèi)注入液態(tài)環(huán)氧，然后插入壓焊好的LED支架，放入烘箱讓環(huán)氧固化后，將LED從模腔中脫出即成型。11模壓封裝將壓焊好的LED支架放入模具中，將上下兩副模具用液壓機合模并抽真空，將固態(tài)環(huán)氧放入注膠道的入口加熱用液壓頂桿壓入模具膠道中，環(huán)氧順著膠道進入各個LED成型槽中并固化。（12）固化與后固化固化是指封裝環(huán)氧的固化，一般環(huán)氧固化條件在135，1小時。模壓封裝一般在150，4分鐘。13后固化后固化是為了讓環(huán)氧充分固化，同時對LED進行熱老化。后固化對

45、于提高環(huán)氧與支架（PCB）的粘接強度非常重要。一般條件為120，4小時。14切筋和劃片由于LED在生產(chǎn)中是連在一起的（不是單個），Lamp封裝LED采用切筋切斷LED支架的連筋。SMD-LED則是在一片PCB板上，需要劃片機來完成分離工作。15測試測試LED的光電參數(shù)、檢驗外形尺寸，同時根據(jù)客戶要求對LED產(chǎn)品進行分選。16包裝將成品進行計數(shù)包裝。超高亮LED需要防靜電包裝。B功率型LED封裝技術(shù)概述半導體LED若要作為照明光源，常規(guī)產(chǎn)品的光通量與白熾燈和熒光燈等通用性光源相比，距離甚遠。因此，LED要在照明領(lǐng)域發(fā)展，關(guān)鍵是要將其發(fā)光效率、光通量提高至現(xiàn)有照明光源的等級。由于LED芯片輸入功率

46、的不斷提高，功率型LED封裝技術(shù)主要應滿足以下兩點要求：封裝結(jié)構(gòu)要有高的取光效率；熱阻要盡可能低，這樣才能保證功率LED的光電性能和可靠性。功率型LED所用的外延材料采用MOCVD的外延生長技術(shù)和多量子阱結(jié)構(gòu)，雖然其內(nèi)量子效率還需進一步提高，但獲得高發(fā)光通量的最大障礙仍是芯片的取光效率低?，F(xiàn)有的功率型LED的設(shè)計采用了倒裝焊新結(jié)構(gòu)來提高芯片的取光效率，改善芯片的熱特性，并通過增大芯片面積，加大工作電流來提高器件的光電轉(zhuǎn)換效率，從而獲得較高的發(fā)光通量，除了芯片外，器件的封裝技術(shù)也舉足輕重。功率型LED封裝關(guān)鍵技術(shù)：a.散熱技術(shù)傳統(tǒng)的指示燈型LED封裝結(jié)構(gòu)，一般是用導電或非導電膠將芯片裝在小尺寸的

47、反射杯中或載片臺上，由金絲完成器件的內(nèi)外連接后用環(huán)氧樹脂封裝而成，其熱阻高達150250/W，新的功率型芯片若采用傳統(tǒng)式的LED封裝形式，將會因為散熱不良而導致芯片結(jié)溫迅速上升和環(huán)氧碳化變黃，從而造成器件的加速光衰直至失效，甚至因為迅速的熱膨脹所產(chǎn)生的應力造成開路而失效。對于大工作電流的功率型LED芯片，低熱阻、散熱良好及低應力的新的封裝結(jié)構(gòu)是功率型LED器件的技術(shù)關(guān)鍵?？刹捎玫妥杪?、高導熱性能的材料粘結(jié)芯片；在芯片下部加銅或鋁質(zhì)熱沉，并采用半包封結(jié)構(gòu)，加速散熱；甚至設(shè)計二次散熱裝置，來降低器件的熱阻；在器件的內(nèi)部，填充透明度高的柔性硅膠，膠體不會因溫度驟然變化而導致器件開路，也不會出現(xiàn)變黃現(xiàn)

48、象；零件材料也應充分考慮其導熱、散熱特性，以獲得良好的整體熱特性。為提高器件的取光效率，設(shè)計外加的反射杯與多重光學透鏡。功率型LED白光技術(shù)常見的實現(xiàn)白光的工藝方法有如下三種：藍色芯片上涂上YAG熒光粉，藍光激發(fā)熒光粉發(fā)出的黃綠光與藍光合成白光。該方法相對簡單，效率高，具有實用性。缺點是布膠量一致性較差、熒光粉易沉淀導致出光面均勻性差、色調(diào)一致性不好；色溫偏高，顯色性不理想。RGB三基色多個芯片或多個器件發(fā)光混色成白光，或者用藍+黃色雙芯片補色產(chǎn)生白光。只要散熱得法，該方法產(chǎn)生的白光較前一種方法穩(wěn)定，但驅(qū)動較在紫外光芯片上涂RGB熒光粉，利用紫光激發(fā)熒光粉產(chǎn)生三基色光混色形成白光。由于目前的紫

49、外光芯片和RGB熒光粉效率較低，仍未達到實用階段。LED單芯片封裝LED在過去的30多年里，取得飛速發(fā)展。第一批產(chǎn)品出現(xiàn)在1968年，工作電流20mA的LED的光通量只有千分之幾流明，相應的發(fā)光效率為0.1lm/W，而且只有一種光色為650nm的紅色光。70年代初該技術(shù)進步很快，發(fā)光效率達到1lm/W，顏色也擴大到紅色、綠色和黃色。伴隨著新材料的發(fā)明和光效的提高，單個LED光源的功率和光通量也在迅速增加。原先，一般LED的驅(qū)動電流僅為20mA。到了20世紀90年代，一種代號為“食人魚”的LED光源的驅(qū)動電流增加到50-70mA，而新型大功率LED的驅(qū)動電流達到300500mA。特別是1998年

50、白光LED的開發(fā)成功，使得LED應用從單純的標識顯示功能向照明功能邁出了實質(zhì)性的一步。圖2-1到圖2-4描述了LED的發(fā)展歷程。圖2-1普通LED主要用于指示燈圖2-2高亮度LED主要用于照明燈圖2-3食人魚LED圖2-4大功率LEDA功率型LED封裝技術(shù)現(xiàn)狀功率型LED分為功率LED和瓦(W)級功率LED兩種。功率LED的輸入功率小于1W(幾十毫瓦功率LED除外)；W級功率LED的輸入功率等于或大于1W。511半導體封裝技術(shù)編輯半導體器件有許多封裝形式，按封裝的外形、尺寸、結(jié)構(gòu)分類可分為引腳插入型、表面貼裝型和高級封裝三類。從DIP、SOP、QFP、PGA、BGA到CSP再到SIP，技術(shù)指標

51、一代比一代先進?？傮w說來，半導體封裝經(jīng)歷了三次重大革新：第一次是在20世紀80年代從引腳插入式封裝到表面貼片封裝，它極大地提高了印刷電路板上的組裝密度；第二次是在20世紀90年代球型矩陣封裝的出現(xiàn)，滿足了市場對高引腳的需求，改善了半導體器件的性能；芯片級封裝、系統(tǒng)封裝等是現(xiàn)在第三次革新的產(chǎn)物，其目的就是將封裝面積減到最小。所謂封裝是指安裝半導體集成電路芯片用的外殼，它不僅起著安放、固定、密封、保護芯片和增強電熱性能的作用，而且還是溝通芯片內(nèi)部世界與外部電路的橋梁芯片上的接點用導線連接到封裝外殼的引腳上，這些引腳又通過印制板上的導線與其他器件建立連接。因此，封裝對CPU和其他LSI集成電路都起著

52、重要的作用。新一代CPU的出現(xiàn)常常伴隨著新的封裝形式的使 用。芯片的封裝技術(shù)已經(jīng)歷了好幾代的變遷，從DIP、QFP、PGA、BGA到CSP再到MCM，技術(shù)指標一代比一代先進，包括芯片面積與封裝面積之比越來越 接近于1，適用頻率越來越高，耐溫性能越來越好，引腳數(shù)增多，引腳間距減小，重量減小，可靠性提高，使用更加方便等等。612國內(nèi)外比較編輯中國封裝技術(shù)與國外封裝技術(shù)的差距所在1封裝技術(shù)人才嚴重短缺、缺少制程式改善工具的培訓及持續(xù)提高培訓的經(jīng)費及手段。2先進的封裝設(shè)備、封裝材料及其產(chǎn)業(yè)鏈滯后，配套不全且質(zhì)量不穩(wěn)定。(3)封裝技術(shù)研發(fā)能力不足，生產(chǎn)工藝程序設(shè)計不周全，可操作性差，執(zhí)行能力弱。(4)封裝設(shè)備維護保養(yǎng)能力欠偉，缺少有經(jīng)驗的維修工程師，且可靠性實驗設(shè)備不齊全，失效分析(FA)能力不足。(5)國內(nèi)封裝企業(yè)除個別企業(yè)外，普遍規(guī)模較小，從事低端產(chǎn)品生產(chǎn)的居多，可持續(xù)發(fā)展能力低，缺乏向高檔發(fā)展的技術(shù)和資金。(6)缺少團隊精神，缺乏流程整合、持續(xù)改善、精細管