電子元件與組件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)-第一章概論課件

電子元件與組件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

TheDesignofElectronicDevicesandComponentsStructure

電子封裝技術(shù)專(zhuān)業(yè)本科課程2014年春季學(xué)期張Tel：86418359Email:zhangw@授課目的使本專(zhuān)業(yè)學(xué)生了解和掌握：封裝的基本概念電子元件和組件的封裝結(jié)構(gòu)電子元件和組件部分封裝材料特性電子封裝的工藝過(guò)程和各關(guān)鍵技術(shù)

第一章概論封裝的概念及功能封裝的層次及過(guò)程半導(dǎo)體行業(yè)國(guó)際技術(shù)發(fā)展藍(lán)圖(ITRS)對(duì)封裝要求電子元件及組件封裝面臨的挑戰(zhàn)電子元件及組件分類(lèi)電子元件及組件結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)需考慮的因素1.封裝的概念及功能封裝的狹義概念指把硅片上的電路管腳用導(dǎo)線接引到外部接頭處實(shí)現(xiàn)與其它器件連接

封裝的廣義概念將微元件再加工及組合構(gòu)成微系統(tǒng)及工作環(huán)境的制造技術(shù)

封裝的功能：對(duì)微電子芯片或部件進(jìn)行保護(hù)提供能源和進(jìn)行冷卻將電子部分和外部環(huán)境進(jìn)行電氣和機(jī)械的連接封裝主要的功能：信號(hào)分配，包括主要的布圖和電磁性能考慮；封裝主要的功能：電源分配，包括電磁、結(jié)構(gòu)和材料方面的考慮；封裝主要的功能：元器件和互連的保護(hù)(機(jī)械、化學(xué)、電磁)。2.封裝的層次及過(guò)程封裝的層次封裝的過(guò)程4.封裝面臨的挑戰(zhàn)實(shí)現(xiàn)所有微電子系統(tǒng)所要求的功能，而不是限制微電子系統(tǒng)封裝的設(shè)計(jì)和加工變得越來(lái)越復(fù)雜化高性能和低成本封裝5.電子元件及組件分類(lèi)按照封裝材料分類(lèi)陶瓷金屬塑料薄膜按照元件引腳形態(tài)分類(lèi)單列直插式封裝SIP雙列直插式封裝DIP四方扁平封裝QFP小外型封裝SOP無(wú)引線芯片承載封裝LCCC帶引線的塑料芯片載體PLCC球柵陣列BGA按照組裝的形式表面貼裝器件(SMD)插裝元器件按照芯片與基板連接方式倒裝芯片(FC)引線鍵合(WB)載帶自動(dòng)鍵合(TAB)按功能和結(jié)構(gòu)特征分類(lèi)芯片尺寸封裝(CSP)微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)多芯片模塊(MCM)3D封裝系統(tǒng)級(jí)芯片封裝(SOC)系統(tǒng)級(jí)封裝(SIP)圓片級(jí)封裝(WLP)陶瓷封裝以陶瓷作為基板材料，包括Al2O3、AlN、莫來(lái)石和各種玻璃-陶瓷，包括摻玻璃的氧化鋁和結(jié)晶玻璃。陶瓷材料的電氣性能優(yōu)良，適用于高密度封裝。陶瓷基板陶瓷封裝殼體金屬封裝采用金屬作為封裝殼體金屬封裝采用被覆有機(jī)、無(wú)機(jī)物的金屬作為基板材料及金屬外殼封裝。薄膜封裝是在封裝過(guò)程中采用導(dǎo)體和介質(zhì)淀積和布圖技術(shù)在制作基板表面導(dǎo)線及器件，它類(lèi)似于IC芯片的加工技術(shù)。按照元件引腳形態(tài)分類(lèi)單列直插式封裝SIP雙列直插式封裝DIP四方扁平封裝QFP小外型封裝SOP無(wú)引線芯片承載封裝LCCC帶引線的塑料芯片載體PLCC球柵陣列BGA

單列直插式封裝SIP：SingleIn-linePackage雙列直插式封裝DIP：DualIn-linePackageDIP雙列直插封裝SIP單列直插封裝四方扁平封裝QFP：QuadFlatPackage帶引線的塑料芯片載體PLCC：PlasticLeadedChipCarrier帶引線的塑料芯片載體PLCCQFP四邊扁平封裝無(wú)引線芯片承載封裝LCCC：LeadlessCeramicChipCarrier球柵陣列BGA：BallGridArrayBGA球柵陣列無(wú)引線芯片承載封裝LCCC按照組裝的形式表面貼裝器件(SMD)插裝元器件片式電容圓柱體帽形(MELF)三極管LED器件SMD電阻電容插裝元器件載帶自動(dòng)鍵合(TAB-TapeAutomatedBonding)載帶TAB內(nèi)引線鍵合按功能和結(jié)構(gòu)特征分類(lèi)芯片尺寸封裝(CSP)微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)多芯片模塊(MCM)3D封裝系統(tǒng)級(jí)芯片(SOC)系統(tǒng)級(jí)封裝(SIP)圓片級(jí)封裝(WLP)芯片級(jí)封裝(CSPChip-ScalePackage)微機(jī)電系統(tǒng)(MEMSMicroElectro-MechanicalSystems)集微型機(jī)構(gòu)、微型傳感器、微型執(zhí)行器以及信號(hào)處理和控制電路、接口、通信和電源等于一體的微型器件或系統(tǒng)。iphone

加速器

多芯片模塊(MCMMultiChipModule)將多塊未封裝的集成電路芯片高密度安裝在同一基板上構(gòu)成一個(gè)完整的部件.多芯片模塊多芯片模塊陶瓷外殼3D封裝系統(tǒng)級(jí)芯片(SOC-SystemonChip)在一個(gè)芯片上集成數(shù)字電路、模擬電路、RF、存儲(chǔ)器和接口電路等多種電路，以實(shí)現(xiàn)圖像處理、語(yǔ)音處理、通訊功能和數(shù)據(jù)處理等多種功能。系統(tǒng)級(jí)封裝(SIP-SysteminPacakge)在一個(gè)封裝中組合多種IC芯片和多種電子元器件(如分立元器件和埋置元器件)，以實(shí)現(xiàn)與SOC同等的多種功能。圓片級(jí)尺寸封裝(WLP-WaferLevelPackage)把芯片與封裝的連接引入到圓片處理中。把封裝的全過(guò)程置于圓片狀態(tài)下進(jìn)行。5.電子元件及組件結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)需考慮的因素封裝材料及特性使用條件對(duì)封裝的要求(氣密性)電子元件及組件封裝工藝電氣性能元器件的傳熱封裝材料封裝絕緣材料：無(wú)機(jī)物：92%氧化鋁；86%氧化鋁；Si3N4；SiC；AlN；BeO；BN；金剛石；玻璃-陶瓷；包銅殷鋼(10%銅)/(覆蓋玻璃)；覆蓋玻璃的鋼有機(jī)物：環(huán)氧樹(shù)脂；聚酰亞胺；FR-4；苯丙環(huán)丁烯；聚四氟乙烯封裝用導(dǎo)體材料：銅、銀、金、鎢、鉬、鉑、鈀、鎳、鉻、殷鋼、可伐合金、銀-鈀、金-鉑、鋁、金-20%錫、鉛-5%錫、銅-鎢(20%銅)、銅-鉬(20%銅)封裝絕緣材料-無(wú)機(jī)物封裝絕緣材料-有機(jī)物封裝用導(dǎo)體材料使用條件對(duì)封裝的要求(氣密性)同類(lèi)型的集成電路，使用場(chǎng)合和氣密性要求不同，其加工方法和封裝材料也不同。目前，常用的氣密性封裝材料是陶瓷-金屬、玻璃-金屬和低熔玻璃-陶瓷等。由于大量生產(chǎn)和降低成本的需求，目前有很多集成電路采用了塑料封裝材料，它主要采用熱固性樹(shù)脂通過(guò)模具加熱加壓的方法來(lái)完成封裝，其可靠性取決于有機(jī)樹(shù)脂及添加劑的特性和成型條件。塑料封裝材料屬于非氣密性封裝材料，其耐熱性較差，且具有吸濕性。電子元件及組件封裝工藝電設(shè)計(jì)的考慮信號(hào)線的電磁性質(zhì)電阻、電容、電感三種電參數(shù)總是存在的，他們會(huì)引起信號(hào)延遲和許多形式的信號(hào)畸變。交叉耦合噪聲每條信號(hào)線除了自身的電阻、到參考面的電容和電感外，還有其相鄰布線的互感和線之間的電容反射、耦合和開(kāi)關(guān)(dI)三類(lèi)噪聲的集成熱設(shè)計(jì)的考慮電路或器件在工作過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的熱。為了追求越來(lái)越高的集成度，要求熱耗散能力也要迅速增長(zhǎng)。三菱高導(dǎo)熱模塊IBM4381空氣冷卻模塊LED芯片及路燈散熱參考書(shū)《微電子封裝手冊(cè)》RaoR.Tummala電子工業(yè)出版社《多芯片組件技術(shù)手冊(cè)》王傳聲，葉天培.電子工業(yè)出版社《電子組裝制造》賈松良等.科學(xué)出版社《高級(jí)電子封裝》RichardK.Ulrich等.機(jī)械工業(yè)出版社第二版習(xí)題封裝的概念及功能以塑料封裝為例說(shuō)明電