封裝技術(shù)及分類PPT

1、第十章 封裝,第一節(jié) 封裝概述 封裝技術(shù)是一種將芯片的焊區(qū)與封裝的外引腳互連起來，并用絕緣的材料外殼打包起來的技術(shù)。 一、封裝的作用 1物理保護 2互連 3標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格化 4其他作用,二、封裝的分類 根據(jù)所用的材料來劃分半導(dǎo)體器件封裝形式有金屬封裝、陶瓷封裝和塑料封裝。 金屬封裝是半導(dǎo)體器件封裝的最原始的形式，它的優(yōu)點是氣密性好，不受外界環(huán)境因素的影響；缺點是價格昂貴，外型靈活性小，不能滿足半導(dǎo)體器件日益快速發(fā)展的需要。 陶瓷是硬脆性材料，作為一種封裝材料，陶瓷有良好的可靠性、可塑性，且密封性好。 塑料封裝由于其成本低廉、性能價格比優(yōu)越、工藝簡單，并適于大批量生產(chǎn)，因而具有極強的生命力，自誕生起發(fā)

2、展得越來越快，在封裝中所占的份額越來越大。,三、常見封裝的形式 1DIP雙列直插式封裝,2PGA針柵陣列封裝,3SOP小外形封裝,4QFP方型扁平式封裝,5BGA球柵陣列封裝,第二節(jié) 封裝工藝 一、封裝工藝流程 1. 減薄 減薄是將晶圓的背面研磨使晶圓達到一個合適的厚度。 2. 晶圓貼膜切割 晶圓貼膜切割主要作用是將晶圓上做好的晶粒切割分開成單個，以便后續(xù)的工作。,3. 粘片固化 粘片固化主要作用是將單個晶粒通過粘結(jié)劑固定在引線框架上指定位置，便于后續(xù)的互連。 4.互連 互連的作用是將芯片的焊區(qū)與封裝的外引腳連接起來，電子封裝常見的連接方法有引線鍵合（Wire Bonding，WB）、載帶自動

3、焊（Tape Automated Bonding， TAB）與倒裝芯片（Flip Chip，F(xiàn)C）等。 5.塑封固化 塑封固化工序主要是通過環(huán)氧樹脂等塑封料將互連好的芯片包封起來。,6.切筋打彎 切筋工藝是指切除框架外引腳之間連在一起的地方；打彎工藝則是將引腳彎成一定的形狀，以適合裝配的需要。 7.引線電鍍 引線電鍍工序是在框架引腳上作保護性鍍層，以增加其抗蝕性和可焊性。,8. 打碼 打碼就是在封裝模塊的頂表面印上去不掉的、字跡清楚的字母和標(biāo)識。 9.測試 這些測試包括一般的目檢、電氣性能測試和老化試驗等。 10.包裝 對于連續(xù)的生產(chǎn)流程，元件的包裝形式應(yīng)該方便表面組裝工藝中貼片機的拾取，而且

4、不需要作調(diào)整就能夠應(yīng)用到自動貼片機上。,二、封裝材料 封裝材料主要包括金屬封裝材料、高分子封裝材料和其他封裝材料。 1金屬封裝材料 在封裝過程中，將會用到許多的金屬材料，主要包括鍵合金屬線和焊接材料等。 （1）鍵合金屬線材料 集成電路引線鍵合是實現(xiàn)集成電路芯片與封裝外殼多種電連接中最通用，引線鍵合工藝中所用導(dǎo)電絲主要有金絲、銅絲和鋁絲。,金絲 純金鍵合絲有很好的抗拉強度和延展率。采用鍵合金絲主要的問題是原材料價格昂貴，制造成本高。 銅絲 銅絲的導(dǎo)電性能好、成本低、最大允許電流高、高溫下的穩(wěn)定性高等特點，其優(yōu)勢逐步體現(xiàn)出來。但銅絲也有缺點，比如銅絲在高溫下容易氧化，要在保護氣氛下鍵合；銅絲相對其

5、他線材的硬度比較高。 鋁絲 純鋁太軟而難拉成絲，一般加入百分之一的硅或者百分之一的鎂以提高強度，摻百分之一鎂的鋁絲強度和摻百分之一硅的鋁絲強度相當(dāng)。,（2）焊接材料 封裝中常用的焊接材料是指低熔點的合金，焊接過程中在被焊表面之間形成冶金結(jié)合，起到機械支撐、熱傳導(dǎo)及電氣連接等作用。 錫鉛焊料 目前使用最廣泛的是錫鉛（Sn-Pb）焊料。63Sn37Pb 為共晶合金，其熔點為183的。 無鉛焊料 錫銀銅系無鉛焊料是新一代代表性焊料，并正在世界范圍內(nèi)推廣使用。這種合金具有優(yōu)良的物理性能和高溫穩(wěn)定性，因此也成為各種無鉛焊接工藝中的首選焊料。,2高分子封裝材料 封裝用高分子材料包括合成膠粘劑、塑料封裝材料

6、及導(dǎo)電膠等。 （1）合成膠粘劑 合成膠粘劑通常是多組分體系，除了主要起粘接作用的材料外，為了滿足特定的化學(xué)和物理特性，尚需加入各種添加劑，合成膠粘劑一般包括以下組成。 粘料 固化劑和固化促進劑 稀釋劑 填料,（2）塑料封裝材料 目前采用的半導(dǎo)體塑封材料，絕大多數(shù)均采用鄰甲酚酚醛環(huán)氧樹脂。隨著集成電路線寬越來越小，集成度越來越高，對塑料封裝材料的性能要求越來越高，要求塑料封裝材料具有以下性能： 具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性、耐腐蝕性。 電絕緣性能好。 吸水性、透濕率低。 與器件及引線框架的粘接性能好、機械強度高。 熱膨脹系數(shù)小，熱導(dǎo)率高。 成形、硬化時間短，脫模性好。 流動性及充填性好。,（3）導(dǎo)電膠

7、導(dǎo)電膠是由高分子材料和導(dǎo)電粒子組成的復(fù)合材料，具有與金屬相近的導(dǎo)電性能。 導(dǎo)電膠分為各向同性導(dǎo)電膠和各向異性導(dǎo)電膠兩大類。各向同性導(dǎo)電膠在各個方向有相同的導(dǎo)電性能；各向異性導(dǎo)電膠在XY方向是絕緣的，而在Z方向上是導(dǎo)電的。通過選擇不同形狀和添加量的導(dǎo)電粒子，可以分別做成各向同性導(dǎo)電膠或各向異性導(dǎo)電膠。,第三節(jié) 互連方法 在集成電路封裝互連中，芯片和引線框架（基板）的連接為電源和信號的分配提供了電路連接。 有三種方式實現(xiàn)內(nèi)部連接：引線鍵合、載帶自動焊和倒裝焊。,一、引線鍵合 1引線鍵合概述 集成電路封裝中采用引線鍵合過程如下，芯片先固定于金屬導(dǎo)線架上，再以引線鍵合工藝將細金屬線依序與芯片及導(dǎo)線架完

8、成接合。引線鍵合工藝中所用導(dǎo)電絲主要有金絲、銅絲和鋁絲。引線鍵合焊的原理是采用加熱、加壓和超聲等方式破壞被焊表面的氧化層和污染，產(chǎn)生塑性變形，使得引線與被焊面親密接觸，達到原子間的引力范圍并導(dǎo)致界面間原子擴散而形成焊合點。,常用的引線鍵合方式有三種：熱壓鍵合、超聲鍵合和熱聲鍵合。 （1）熱壓鍵合焊 熱壓鍵合焊是利用加壓和加熱，使得金屬絲與焊區(qū)接觸面的原子間達到原子的引力范圍，從而達到鍵合目的，常用于金絲的鍵合。,（2）超聲鍵合焊 超聲鍵合是利用超聲波（60120KHz）發(fā)生器使劈刀發(fā)生水平彈性振動，同時施加向下的壓力。使得劈刀在這兩種力作用下帶動引線在焊區(qū)金屬表面迅速摩擦，引線受能量作用發(fā)生塑

9、性變形，與鍵合區(qū)緊密接觸而完成焊接，常用于鋁絲的鍵合。,（3）熱聲鍵合焊 熱聲鍵合焊主要用于金和銅絲的鍵合。它也采用超聲波能量，但是與超聲焊不同點的是鍵合時要提供外加熱源、鍵合絲線無需磨蝕掉表面氧化層。外加熱量的目的是激活材料的能級，促進兩種金屬的有效連接以及金屬間化合物的擴散和生長。,2引線鍵合工藝 引線鍵合工藝有球形鍵合與楔形鍵合兩種工藝。 （1）球形鍵合工藝 （2）楔形鍵合工藝,二、載帶自動鍵合 1載帶自動焊技術(shù)特點 載帶自動焊技術(shù)是一種基于將芯片組裝在金屬化柔性高分子載帶上的集成電路封裝技術(shù)。它的工藝主要是先在芯片上形成凸點，將芯片上的凸點同載帶上的焊點通過引線壓焊機自動的鍵合在一起，

10、然后對芯片進行密封保護。載帶既作為芯片的支撐體，又作為芯片同周圍電路的連接引線，這種載帶是一種金屬化膜片。,三、倒裝芯片 倒裝芯片技術(shù)就是把面朝下的硅芯片用焊料和基板互連在一起，形成穩(wěn)定可靠的機械、電氣連接。 由于凸點芯片倒裝焊的芯片焊盤可采用陣列排布，因而芯片安裝密度高，適用于高I/O數(shù)的芯片使用。倒裝焊接采用芯片與基板直接安裝的互連方法，具有更優(yōu)越的高頻、低延遲、低串?dāng)_的電路特性，更適用于高頻、高速的電子產(chǎn)品應(yīng)用。,第四節(jié) 先進封裝方法 一、多芯片組件 多芯片組件（Multi-Chip Module，簡稱MCM）是微組裝技術(shù)的代表產(chǎn)品，它將多個集成電路芯片和其他片式元器件組裝在一塊高密度多

11、層互連基板上，然后封裝在同一殼體內(nèi)，是電路組件功能實現(xiàn)系統(tǒng)級的基礎(chǔ)。,二、三維封裝 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⑤p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)，是實現(xiàn)系統(tǒng)組裝的有效手段。 實現(xiàn)3D封裝主要有三種方法。 （1）埋置型 （2）有源基板型 （3）疊層型,三、芯片尺寸封裝 芯片尺寸封裝（Chip Scale Package，簡稱CSP），大規(guī)模集成電路（LSI）芯片封裝面積小于或等于LSI芯片面積120%的封裝稱為CSP。芯片尺寸封裝是整機小型化、便攜化的結(jié)果。由于許多CSP采用BGA的形式，所以通常認為，焊球節(jié)距大于等于lmm的為BGA，小于lmm的為CSP。CSP實際上是在BGA封裝小型化過程中形成的，所以有人也將CSP稱之為BGA（微型球柵陣列）。CSP封裝有許多優(yōu)勢： （1）封裝尺寸小 （2）可容納引腳的數(shù)最多 （3）電性能優(yōu)良 （4）散熱性能優(yōu)良,四