现代微电子封装材料及封装技术
第三部分 第三部分 电子封装原理与技术 李 明
材料科学与工程学院
?电子封装概论 ?引线框架型IC封装 ?球栅阵列型IC封装 ?二级电子封装（微组装） ?电子封装材料 ?三维电子封装及系统封装
电子封装包含的内容
集成电路
?
互连与组装
?
晶体管（脑细胞） 二极管、三极管 极管、 极管
电路（神经网络） 各种布线、各种互连
高 集 高度集成
电子产品（集成电路）制造技术
硅片制造 半导体 片 半导体芯片 晶体管制 与 晶体管制造与互连 20-500纳米 纳米 封装体内互连 20-500微米 基板上互连 100-1000微米
IC电子封装
二级封装 仪器设备组装
仪器设备内互连 1000微米
第三部分 电子封装原理与技术
?电子封装概论 ?引线框架型IC封装 ?球栅阵列型IC封装 ?三维电子封装及系统封装 ?二级电子封装（微组装） ?电子封装材料
电子封装概论
微电子产品的基本构成
传统电子封装范畴
芯片的封装
芯片制造 硅圆上布线 20 500纳米 20-500纳米 封装体内布线 20-500微米 20 500微米 印刷版上布线1001000微米 微米 仪器设备内布线 1000微米以上
IC电子封装
基板上微组装 板 微 装
仪器设备组装
电子封装技术
Microelectronics Packaging Technology
IC芯片 塑封树脂
金丝线
金属引线框架
集成电路IC封装体QFP内部构造
电子封装的定义
传统定义：
为保护极易受损的半导体集成电路 片或电子器件 为保护极易受损的半导体集成电路芯片或电子器件 免受周围环境影响（包括物理、化学的影响），保证他 们的各种正常功能，利用膜技术及微细连接技术，将半 导体元器件及其它构成要素，在框架或基板上布置、固 导体元器件及其它构成要素 在框架或基板上布置 固 定及连接，引出接线端子，并通过塑性绝缘介质灌封固 定，构成实用的整体立体结构的工艺技术。 定 构成实用的整体立体结构的工艺技术
微电子制造业的的变化
TSV-3D
?技术不断相互融合、依赖 ?加工精度要求逐渐增大 ?电镀发展空间巨大 ?尤其是Via镀铜 ?尤其是Vi 镀铜
2010～ 20-32nm 3D-System Integration 晶圆制造 TSV
SoC POP
IC封装
WB-3D
2000～ 45-130nm，3D-System in Package IC制造 IC封装
BGA
基板
MCM
1990～ IC制造 ～1990 IC制造
2D-System in Package IC封装 基板
System on Board IC封装 PCB微组装
现代电子封装包含的四个层次
半导体芯片的原材料——单晶硅片
零级封装——半导体制造的前工程，芯片的制造 一级封装——半导体制造的后工程，芯片的封装 通常的封装是指一级封装 二级封装——在印刷线路板上的各种组装
三级封装——手机等的外壳安装
电子封装的定义
现代定义：
通过必要的互连与组装方式将所需的半导体元 件、电子器件组合起来，使他们所具有的电子 的、物理的和化学的功能得以保证，并适用于 设备与系统的整机形式的一门高精密综合组装 技术。
现代微电子封装的作用与功能
信号分配——与外线互联，保证信号内外交换 功率分配 功率分配——提供必要的电力，完成电压、功率等分配 提供必要的电力，完成电压、功率等分配 尺度过渡——完成各级封装连线由小到大的尺寸过渡 机械支撑——满足内部各部分的机械强度要求 机械支撑 满足内部各部分的机械强度要求 散 热——散发内部产生的热量 应力缓冲——减轻和缓解各材料间的应力，避免受损 应力缓冲 减轻和缓解各材料间的应力 避免受损 防潮作用——减少水气对性能的影响，保证正常工作 防 腐——防止空气中的各种化学气体、物质的侵害 标 准 化——完成各种应用元器件的标准化
电子封装中互连是关键
互连作用
Au Wire Chip
Solder Plated Lead
DIE
Chip
PCB
Substrate
PCB
Solder Paste Solder Ball Solder Joint
封装技术的演变与发展
让我们看看衣服的今昔变化
过去的毕业照 如今的毕业照
封装的今昔对比
过去 功能性差 保护性差 形象不佳 如今 高密度 多功能 高质量 美 观
向高密度、多功能、高质量化发展 向高密度 多功能 高质量化发展
电子封装技术的三次重大变革
第1次： 1965年 双列直插型封装体（ DIP型等） 引线数为6-64脚，引线节距为2.54mm
第2次：1980年 表面贴装型封装体（SOP、QFP型等） 引线数为3-300脚，引线节距为0.4-1.27mm
第3次：1995年 球栅阵列型封装体（BGA型）和芯片尺寸 封装体（CSP） 引线数为100-1000脚 引线数为 脚
电子封装技术已一个新的发展时代
微电子封装体的分类与构造
ＤＩＰ（Dual Inline Package） ＱＦＰ（ Quad Flat Package ） ＱＦＮ（ Quad Flat Non-Leaded Package ）
ＳＯＰ（ Small Outline L-Leaded Package ）
ＢＧＡ（ Ball Grid Array ）
TAB（ Tape Automated Bonding ）
FC-BGA（ Flip Chip BGA ）
CSP（ Chip Scale Package ） p g
根据封装材料分类
金属封装体（约占1%）： 外壳由金属构成，保护性好、但成本高， 适于特殊用途 陶瓷封装体（约占2%）： 外壳由陶瓷构成 保护性好 但成本高 陶瓷封装体 约占 外壳由陶瓷构成，保护性好、但成本高， 适于特殊用途 塑料封装体（约占93%）：由树脂密封而成，成本低，占封装体 的90%以上，被广泛使用 金属封装体 陶瓷封装体 塑料封装体
根据二级封装形式分类
TMD （Through hole Mount Device） SMD （Surface Mount Device） 印刷基板孔中插入 易于印刷基板孔组装
ＩＣ DIP
印刷基板表面上直接焊接 易于电子产品的小型化
QFP、SOP 印刷基板
焊锡
SOJ
PGA BGA 焊锡球