微電子封裝技術(shù)第3章-包封與密封技術(shù)課件

1、微電子封裝技術(shù)董海青 李榮茂第3章 包封與密封技術(shù)3.1 概述3.2 包封技術(shù)3.3 密封3.1 概述 封裝可以說是半導(dǎo)體集成電路芯片的外殼，具有機械支撐、散熱防潮、應(yīng)力緩和、電氣連接等功能。 使用有機物材料封裝稱為包封，通常用低溫聚合物來實現(xiàn)，包封是非密封性的；使用無機物材料封裝稱為密封，密封通常是氣密性的，又稱為氣密封裝。3.1 概述 包封和密封的目的都是將芯片與外部溫度、濕度、空氣等環(huán)境隔絕，起保護和電氣絕緣作用；同時還可向外散熱及釋放應(yīng)力。封裝的氣密性一般用阻擋氦氣擴散的能力來度量，漏氣率低于10-8cm3/s，則認(rèn)為是氣密的。3.2 包封技術(shù) 包封一般采用有機材料，成本相對較低，在民

2、用集成電路封裝中占主導(dǎo)地位。包封耐濕性不佳，影響了產(chǎn)品可靠性，因此對于可靠性要求嚴(yán)格的大型電子計算機等應(yīng)用領(lǐng)域不適用。包封材料： 包封封裝材料是以環(huán)氧樹脂為基礎(chǔ)成分添加了各種添加劑的混合物。目前，趨向高端化的集成電路對包封材料性能的要求，主要有八個方面：3.2 包封技術(shù)包封材料： 成形性耐熱性耐濕性耐腐蝕性粘接性電氣特性機械特性可印性、阻燃性、軟彈性、無毒及低毒性、低成本和著色性等。 從基質(zhì)材料的綜合特性來看，最常用的包封材料分為四種類型：環(huán)氧類、氰酸酯類、聚硅酮類和氨基甲酸乙酯類，目前IC封裝使用鄰甲酚甲醛型環(huán)氧樹脂體系的較多。3.2 包封技術(shù)包封材料的可靠性： 包封是非氣密性封裝，最主要的

3、缺點是對潮氣比較敏感。塑封集成電路的包封體跟其他材料一樣，會從環(huán)境中吸收或吸附水汽，特別是當(dāng)集成電路處于潮濕環(huán)境時，會吸收或吸附較多的水汽，并且會在表面形成一層水膜。 提高集成電路抗潮濕性能，可以通過改進芯片鈍化層和集成電路的設(shè)計，提高芯片裝片的工藝質(zhì)量，優(yōu)化集成電路封裝工藝等途徑解決。3.2 包封技術(shù)包封工藝： 將樹脂覆蓋在半導(dǎo)體芯片上，使其與外界環(huán)境隔絕。覆蓋樹脂的方法有以下五種：涂布法浸漬法滴灌法流動浸漬法模注法。3.2 包封技術(shù)包封工藝： 涂布法 浸漬法3.2 包封技術(shù)包封工藝： 滴灌法 流動浸漬法 模注法。3.2 包封技術(shù)傳遞模注封裝： 傳遞模注封裝是熱固性塑料的一種成形方式，模注時

4、先將原料在加熱室加熱軟化，然后壓入已被加熱的模腔內(nèi)固化成形。其技術(shù)價格便宜，適于大批量生產(chǎn)，是目前半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中最常用的封裝形式。傳遞模注按設(shè)備不同有三種形式：活板式、罐式和柱塞式。3.2 包封技術(shù)傳遞模注封裝： 傳遞模注具有以下優(yōu)點：制品廢邊少，可減少后加工量；能加工帶有精細或易碎嵌件和穿孔的制品，并能保持嵌件和孔眼位置的正確；制品性能均勻，尺寸準(zhǔn)確，質(zhì)量高；模具的磨損較小。 傳遞模注具有以下缺點：模具的制造成本較高；塑料損耗大；纖維增強塑料因纖維定向而產(chǎn)生各向異性；圍繞在嵌件四周的塑料，有時會因熔按不牢而使制品的強度降低。3.2 包封技術(shù)傳遞模注封裝： 工藝過程可簡單描述如下：給粉末狀樹脂加

5、壓，打模成形，制成塑封料餅；預(yù)熱后的料餅投入模具的料筒內(nèi)；模具注塑頭給料餅施加壓力，樹脂由料筒經(jīng)流道，通過澆口分配器進入澆口，最后填充到型腔中；待封裝樹脂基本填滿每個型腔之后通過注塑頭加壓力，在加壓狀態(tài)下保持?jǐn)?shù)分鐘，樹脂在模具內(nèi)發(fā)生充分的交聯(lián)固化反應(yīng)，硬化成形；打開模具，取出封裝好的集成電路制品。3.2 包封技術(shù)模封問題： 塑封成形的質(zhì)量主要有三方面因素決定：塑封料性能，其中包括應(yīng)力，流動性，脫模性，彎曲強度，彎曲模量，膠化時間，粘度等；模具，包括澆道，澆口，型腔，排氣口舌設(shè)計與引線框設(shè)計的匹配程度等；工藝參數(shù)，主要是合模壓力，注塑壓力，模具溫度，固化時間，注塑速度，預(yù)熱溫度等。 常見問題主要

6、有以下幾項：未填充沖絲氣泡或氣孔麻點開裂溢料粘污、偏芯等。3.3 密封技術(shù)密封技術(shù)： 密封是指將芯片置于密閉環(huán)境下，相關(guān)的制作技術(shù)稱為氣密封裝技術(shù)。主要有焊料焊、釬焊、熔焊、玻璃密封等類型。 便于通過焊接來達到與陶瓷基板的封裝，金屬表面必須覆有金屬封接帶。氣密焊接所使用的焊料是基于焊接操作前后工藝要求的溫度范圍以及要求的最小的封裝強度和成本來選擇的。3.3 密封技術(shù)焊料焊密封： 氣密焊接所使用的焊料是基于焊接操作前后工藝要求的溫度范圍以及要求的最小的封裝強度和成本來選擇的。 盡管封接焊料在氣密封接中廣泛應(yīng)用，但可以加入一些合金添加劑，如銦和銀，來提高強度或抗疲勞能力。3.3 密封技術(shù)釬焊密封：

7、 當(dāng)封接強度和和抗腐蝕性要求更高的情況下，可以采用共晶Au-Sn（80：20）的釬焊來代替焊料焊接，這時不再需要阻焊劑。 釬焊一般將一個薄且窄的平頭焊到一個鍍金的柯伐合金蓋上?；迳系慕饘俜饨訋б话阋插兘鹨缘玫胶玫慕櫺院涂垢g性。 對于用加熱爐封接，典型的回流時間為24min，溫度高于共晶溫度280，最高溫度大概為350。3.3 密封技術(shù)熔焊密封技術(shù)： 對高可靠性封裝，如軍用方面，最常用的封接方法是熔焊。 在熔焊中，高電流脈沖可以對局部加熱到1000 1500，使封裝的蓋板或平板熔化。該局部加熱也防止了對內(nèi)部元件的破壞。 熔焊中比較常用的一種方法是平行縫焊法，平行縫焊法也稱為串焊，焊接通過一

8、對小的帶式銅電極輪來移動封裝外殼和封裝蓋板。轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生一系列的能量脈沖，該能量脈沖從一個電極，經(jīng)過封裝外殼-蓋板界面的側(cè)壁，到達另一個電極。3.3 密封技術(shù)玻璃封裝密封技術(shù)： 自從20世紀(jì)五六十年代晶體管時代的出現(xiàn)，玻璃就開始用在半導(dǎo)體封裝的封接工藝中。作為半導(dǎo)體器件抵擋外界濕氣和其他粘污的第一道防線。 玻璃封接應(yīng)用在各種封裝類型中，從最早封裝的第一個晶體管的TO帽，到最近的陶瓷封裝。TO封裝中玻璃被用來形成玻璃和金屬之間的封裝，同時通過金屬板或帽的小孔完成封裝引線的輸入輸出連接；陶瓷封裝中玻璃用作陶瓷蓋板和芯片安裝的陶瓷基板之間形成密封的夾心層。本章小結(jié) 本章主要講述了兩種常見的封裝技術(shù)：密封和包