第3章微电子的封装技术

第3章微电子的封装技术

微电子封装技术是指对集成电路芯片进行外包装和封封装的工艺技术。封装技术的发展对于提高微电子产品的性能、减小体积、提高可靠性和降低成本具有重要意义。封装技术的目标是实现对芯片的保护和有效连接，同时满足对尺寸、功耗、散热、信号传输等方面的要求。

封装技术的发展经历了多个阶段。早期的微电子产品采用插入式封装，芯片通过引脚插入芯片座来连接电路板，这种封装方式容易受到环境的影响，连接不可靠，也无法满足小型化和高集成度的需求。后来，绝缘层封装技术得到了广泛应用，通过在芯片上覆盖绝缘层，然后连接金属线路，再通过焊接或压力连接的方式实现芯片与电路板之间的连接。这种封装方式提高了连接的可靠性，但由于绝缘层的存在，芯片的散热能力受到限制。

随着技术的进步，微电子封装技术也得到了快速发展。现代微电子产品普遍采用半导体封装技术，具有体积小、功耗低、可靠性强和成本低等优点。常见的半导体封装技术有裸片封装、焊接封装和微球栅阵列封装等。

裸片封装是将芯片裸露在外界环境中，并通过焊接或压力连接的方式与电路板相连。这种封装方式具有体积小、重量轻和散热能力强的优点，但对芯片的保护较差，容易受到外界的机械和热力作用。

焊接封装是将芯片与封装底座通过焊接的方式连接起来。常见的焊接技术有电离子焊接、激光焊接和超声波焊接等。电离子焊接是利用高能电子束将封装底座和芯片焊接在一起，具有连接可靠、焊接速度快的优点。激光焊接利用激光束对焊接点进行加热，实现焊接。超声波焊接则是利用超声波的振动将焊接点熔化，并实现连接。焊接封装具有连接可靠、工艺简单和尺寸小的优点，但要求焊接点的精度和尺寸控制较高。 微球栅阵列封装是一种先进的封装技术，其特点是将芯片中的引脚通过微小球连接到封装底座上。这种封装方式不仅提高了信号传输的速度和可靠性，还可以实现更高的封装密度和更小的封装尺寸。微球栅阵列封装需要使用高精度的装备和工艺，但具有很大的发展潜力。

微电子封装的概述和技术要求

近年来，各种各样的电子产品已经在工业、农业、国防和日常生活中得到了广泛的应用。伴随着电子科学技术的蓬勃发展，使得微电子工业发展迅猛，这很大程度上是得益于微电子封装技术的高速发展。当今全球正迎来以电子计算机为核心的电子信息技术时代，随着它的发展，越来越要求电子产品要具有高性能、多功能、高可靠、小型化、薄型化、便捷化以及将大众化普及所要求的低成等特点。这样必然要求微电子封装要更好、更轻、更薄、封装密度更高，更好的电性能和热性能，更高的可靠性，更高的性能价格比。

一、微电子封装的概述

1、微电子封装的概念

微电子封装是指利用膜技术及微细加工技术，将芯片及其他要素在框架或基板上布置、粘贴固定及连接，引出连线端子并通过可塑性绝缘介质灌封固定，构成整体立体结构的工艺。在更广的意义上讲，是指将封装体与基板连接固定，装配成完整的系统或电子设备，并确定整个系统综合性能的工程。

2、微电子封装的目的

微电子封装的目的在于保护芯片不受或少受外界环境的影响，并为之提供一个良好的工作条件，以使电路具有稳定、正常的功能。

3、微电子封装的技术领域

微电子封装技术涵盖的技术面积广，属于复杂的系统工程。它涉及物理、化学、化工、材料、机械、电气与自动化等各门学科，也使用金属、陶瓷、玻璃、高分子等各种各样的材料，因此微电子封装是一门跨学科知识整合的科学，整合了产品的电气特性、热传导特性、可靠性、材料与工艺技术的应用以及成本价格等因素，以达到最佳化目的的工程技术。

在微电子产品功能与层次提升的追求中，开发新型封装技术的重要性不亚于电路的设计与工艺技术，世界各国的电子工业都在全力研究开发，以期得到在该领域的技术领先地位。

晶圆：由普通硅砂熔炼提纯拉制成硅柱后切成的单晶硅薄片

微电子封装技术特点：

1：向高密度及高I/O引脚数发展，引脚由四边引出趋向面阵引出发展

2：向表面组装示封装(SMP)发展,以适应表面贴装（SMT）技术及生产要求

3：向高频率及大功率封装发展

4：从陶瓷封装向塑料封装发展

5：从单芯片封装（SCP）向多芯片封装（MCP）发展

6：从只注重发展IC芯片到先发展封装技术再发展IC芯片技术技术

微电子封装的定义：是指用某种材料座位外壳安防、固定和密封半导体继承电路芯片，并用导体做引脚将芯片上的接点引出外壳

狭义的电子封装技术定义：是指利用膜技术及微细连接技术，将半导体元器件及其他构成要素在框架或基板上布置、固定及连接，引出接线端子，并通过可塑性绝缘介质灌封固定，构成整体立体结构的工艺技术。（最基本的）

广义的电子封装技术定义：是指将半导体和电子元器件所具有的电子的、物理的功能，转变为能适用于设备或系统的形式，并使之为人类社会服务的科学与技术。（功能性的）

微电子封装的功能：

1：提供机械支撑及环境保护；

2：提供电流通路；

3：提供信号的输入和输出通路；

4：提供热通路。

微电子封装的要点：

1：电源分配；

2：信号分配;

3：机械支撑；

4：散热通道；

5：环境保护。

零级封装：是指半导体基片上的集成电路元件、器件、线路；更确切地应该叫未加封装的裸芯片。

一级封装：是指采用合适的材料（金属、陶瓷或塑料）将一个或多个集成电路芯片及它们的组合进行封装，同时在芯片的焊区与封装的外引脚间用引线键合（wire bonding,WB）、载带自动焊（tape automated bonding,TAB）、倒装片键合（flip chip bonding，FCB）三种互联技术连接，使其成为具有实际功能的电子元器件或组件。

二级封装技术：实际上是一种多芯片和多元件的组装，即各种以及封装后的集成电路芯片、微电子产品、以及何种类型元器件一同安装在印刷电路板或其他基板上。

第1章信息技术概述1.3 微电子技术简介2第1章信息技术概述1.3 微电子技术简介（1）微电子技术与集成电路（2）集成电路的制造（3）集成电路的发展趋势（4）IC卡(1)微电子技术与集成电路•微电子技术是信息技术领域中的关键技术，是发展电子信息产业和各项高技术的基础•微电子技术的核心是集成电路技术4第1章信息技术概述什么是电子电路？

电路板电子电路由电阻，电容，电感和二极管、晶体管等元器件组成，它们通过导线连接起来，使电流在其中流动，完成信号的生成、放大、变换或传输等功能过去，电路由单个元器件（分立元件）和电线连接而成，现在则大多制作成集成电路形式5第1章信息技术概述电子电路中元器件的发展演变晶体管(1948)中/小规模集成电路(1950’s)•微电子技术是以集成电路为核心的电子技术，它是在电子元器件小型化、微型化的过程中发展起来的。大规模/超大规模集成电路(1970’s)电子管(1904)6第1章信息技术概述什么是集成电路？集成电路(Integrated Circuit，简称IC)：以半导体单晶片作为基片,采用平面工艺，将晶体管、电阻、电容等元器件及其连线所构成的电路制作在基片上所构成的一个微型化的电路或系统集成电路的优点：体积小、重量轻功耗小、成本低速度快、可靠性高超大规模集成电路小规模集成电路7第1章信息技术概述各种各样的集成电路8第1章信息技术概述IC是所有电子产品的核心9第1章信息技术概述集成电路的分类按用途分：通用集成电路专用集成电路（ASIC）按电路的功能分：数字集成电路模拟集成电路按晶体管结构、电路和工艺分：双极型（Bipolar）电路金属氧化物半导体(MOS)电路······按集成度(芯片中包含的元器件数目)分：集成电路规模元器件数目小规模集成电路（SSI）＜100中规模集成电路（MSI）100~3000大规模集成电路（LSI）3000~10万超大规模集成电路（VLSI）10万~几十亿极大规模集成电路（ULSI）＞100万(2)集成电路的制造(选学)•集成电路的制造工序繁多，从原料熔炼开始到最终产品包装大约需要400多道工序，工艺复杂且技术难度非常高，有一系列的关键技术。许多工序必须在恒温、恒湿、超洁净的无尘厂房内完成。•兴建一个有两条生产线能加工8英寸晶圆的集成电路工厂需投资人民币10亿元以上。11第1章信息技术概述—制造业—集成电路的制造过程晶片封装硅锭切开的晶片切片硅抛光片氧化、光刻、掺杂等处理晶圆测试后的晶片晶片切割晶片测试集成电路成品成品测试封装后的晶片12第1章信息技术概述集成电路的制造过程硅抛光片单晶硅锭单晶硅锭经切割、研磨和抛光后制成镜面一样光滑的圆形薄片，称为“硅抛光片”晶圆硅平面工艺硅平面工艺包括氧化、光刻、掺杂和互连等工序，最终在硅片上制成包含多层电路及电子元件的集成电路。通常每一硅抛光片上可制作成百上千个独立的集成电路，这种整整齐齐排满了集成电路的硅片称作“晶圆”晶片检测、分类集成电路封装对晶圆上的每个电路进行检测，然后将晶圆切开成小片，把合格的电路分类，再封装成一个个独立的集成电路成品测试成品进行成品测试，按其性能参数分为不同等级，贴上规格型号及出厂日期等标签，成品即可出厂13第