第8章芯片封装与装配技术
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芯片封装技术培训课件芯片封装技术培训课件芯片封装技术是现代电子行业中不可或缺的一环。
它起到了保护芯片、传导热量、提高电气连接性和机械强度等重要作用。
本文将介绍芯片封装技术的基本原理、封装材料的选择以及未来发展趋势。
一、芯片封装技术的基本原理芯片封装技术是将芯片封装在外壳中,以保护芯片免受外界环境的影响。
它通过将芯片与外界连接,实现芯片与外界设备的通信和互动。
封装过程中,需要将芯片与封装材料进行粘合,并通过焊接等手段实现电气连接。
芯片封装技术的基本原理可以分为以下几个步骤:首先,将芯片放置在封装基板上,并使用导电胶水将芯片固定在基板上。
接下来,通过焊接技术将芯片的引脚与基板上的连接线连接起来,形成电气连接。
最后,使用封装材料将芯片封装在外壳中,以保护芯片免受外界环境的影响。
二、封装材料的选择封装材料的选择对芯片封装技术起着至关重要的作用。
合适的封装材料可以提供良好的机械强度、导热性能和电气连接性,从而保护芯片的正常运行。
在选择封装材料时,需要考虑以下几个因素:首先,材料的导热性能。
芯片在工作过程中会产生大量的热量,如果导热性能不好,会导致芯片温度过高,影响芯片的正常工作。
其次,材料的机械强度。
封装材料需要具备足够的机械强度,以保护芯片不受外力损伤。
最后,材料的电气连接性。
封装材料需要具备良好的导电性能,以实现芯片与外界设备的电气连接。
常见的封装材料包括有机封装材料、无机封装材料和复合封装材料等。
有机封装材料通常具有良好的导热性能和电气连接性,但机械强度较差;无机封装材料具有较好的机械强度和导热性能,但电气连接性较差;复合封装材料则综合了有机和无机封装材料的优点,具有较好的综合性能。
三、芯片封装技术的未来发展趋势随着电子行业的快速发展,芯片封装技术也在不断进步和创新。
未来,芯片封装技术将朝着以下几个方向发展:首先,封装材料的研发将更加注重环保和可持续性。
随着环境保护意识的增强,封装材料的研发将更加注重减少对环境的影响,并提高材料的可持续性。
摘要:微电子技术的飞速发展也同时推动了新型芯片封装技术的研究和开发。
本文主要介绍了几种芯片封装技术的特点,并对未来的发展趋势及方向进行了初步分析。
1 引言芯片封装是连接半导体芯片和电子系统的一道桥梁,随着微电子技术的飞速发展及其向各行业的迅速渗透,芯片封装也在近二、三十年内获得了巨大的发展,并已经取得了长足的进步。
本文简要介绍了近20年来计算机行业芯片封装形成的演变及发展趋势,从中可以看出IC芯片与封装技术相互促进,协调发展密不可分的关系。
2 主要封装技术2.1 DIP双列直插式封装DIP(dualIn-line package)是指采用双列直插式封装的集成电路芯片,绝大多数中小规模集成电路(IC)均采用这种封装形式,其引脚数一般不超过100个。
采用DIP封装的CPU芯片有两排引脚,需要插入到具有DIP 结构的芯片插座上。
当然,也可以直接插在有相同焊孔数和几何排列的电路板上进行焊接。
DIP封装的芯片在从插座上插拔时应特别小心,以免损坏引脚[1]。
DIP封装具有以下特点:(1)适合在PCB(印刷电路板)上穿孔焊接,操作方便;(2)芯片面积与封装面积之间的比值较大,故体积也较大。
Intel系列CPU中8088就采用这种封装形式(如图1),缓存(cache)和早期的内存芯片也是这种封装形式。
2.2 QFP塑料方形扁平封装QFP(plastic quad flat package)封装的芯片引脚之间距离很小,管脚很细,一般大规模或超大规模集成电路都采用这种封装形式,其引脚数一般在100个以上。
用这种形式封装的芯片必须采用SMD(表面安装元件技术)将芯片与主板焊接起来。
采用SMD安装不必在主板上穿孔,一般在主板表面上有设计好的相应管脚的焊点。
将芯片各脚对准相应的焊点,即可实现与主板的焊接。
用这种方法焊上去的器件,要用专用工具拆卸。
QFP封装具有以下特点:(1)适用于SMD表面安装技术在PCB电路板上安装布线;(2)适合高频使用;(3)操作方便,可靠性高;(4)芯片面积与封装面积之间的比值较小。
一、什么叫封装封装,就是指把硅片上的电路管脚,用导线接引到外部接头处,以便与其它器件连接.封装形式是指安装半导体集成电路芯片用的外壳。
它不仅起着安装、固定、密封、保护芯片及增强电热性能等方面的作用,而且还通过芯片上的接点用导线连接到封装外壳的引脚上,这些引脚又通过印刷电路板上的导线与其他器件相连接,从而实现内部芯片与外部电路的连接。
因为芯片必须与外界隔离,以防止空气中的杂质对芯片电路的腐蚀而造成电气性能下降。
另一方面,封装后的芯片也更便于安装和运输。
由于封装技术的好坏还直接影响到芯片自身性能的发挥和与之连接的PCB(印制电路板)的设计和制造,因此它是至关重要的。
衡量一个芯片封装技术先进与否的重要指标是芯片面积与封装面积之比,这个比值越接近1越好。
封装时主要考虑的因素:1、芯片面积与封装面积之比为提高封装效率,尽量接近1:1;2、引脚要尽量短以减少延迟,引脚间的距离尽量远,以保证互不干扰,提高性能;3、基于散热的要求,封装越薄越好。
封装主要分为DIP双列直插和SMD贴片封装两种。
从结构方面,封装经历了最早期的晶体管TO(如TO-89、TO92)封装发展到了双列直插封装,随后由PHILIP 公司开发出了SOP小外型封装,以后逐渐派生出SOJ(J型引脚小外形封装)、TSOP(薄小外形封装)、VSOP(甚小外形封装)、SSOP(缩小型SOP)、TSSOP (薄的缩小型SOP)及SOT(小外形晶体管)、SOIC(小外形集成电路)等。
从材料介质方面,包括金属、陶瓷、塑料、塑料,目前很多高强度工作条件需求的电路如军工和宇航级别仍有大量的金属封装。
封装大致经过了如下发展进程:结构方面:TO->DIP->PLCC->QFP->BGA ->CSP;材料方面:金属、陶瓷->陶瓷、塑料->塑料;引脚形状:长引线直插->短引线或无引线贴装->球状凸点;装配方式:通孔插装->表面组装->直接安装二、具体的封装形式1、 SOP/SOIC封装SOP是英文Small Outline Package 的缩写,即小外形封装。
芯片封装技术详解1、BGA(ball grid array)也称CPAC(globe top pad array carrier)。
球形触点陈列,表面贴装型封装之一。
在印刷基板的背面按陈列方式制作出球形凸点用以代替引脚,在印刷基板的正面装配LSI 芯片,然后用模压树脂或灌封方法进行密封。
也称为凸点陈列载体(PAC)。
引脚可超过200,是多引脚LSI用的一种封装。
封装本体也可做得比QFP(四侧引脚扁平封装)小。
例如,引脚中心距为1.5mm的360引脚BGA仅为31mm见方;而引脚中心距为0.5mm的304 引脚QFP 为40mm 见方。
而且BGA不用担心QFP 那样的引脚变形问题。
该封装是美国Motorola 公司开发的,首先在便携式电话等设备中被采用,随后在个人计算机中普及。
最初,BGA 的引脚(凸点)中心距为1.5mm,引脚数为225。
现在也有一些LSI 厂家正在开发500 引脚的BGA。
BGA 的问题是回流焊后的外观检查。
美国Motorola 公司把用模压树脂密封的封装称为OMPAC,而把灌封方法密封的封装称为GPAC。
2、C-(ceramic)表示陶瓷封装的记号。
例如,CDIP 表示的是陶瓷DIP。
是在实际中经常使用的记号。
3、COB(chip on board)板上芯片封装,是裸芯片贴装技术之一,半导体芯片交接贴装在印刷线路板上,芯片与基板的电气连接用引线缝合方法实现,并用树脂覆盖以确保可靠性。
虽然COB 是最简单的裸芯片贴装技术,但它的封装密度远不如TAB 和倒片焊技术。
4、DIP(dual in-line package)双列直插式封装。
插装型封装之一,引脚从封装两侧引出,封装材料有塑料和陶瓷两种。
欧洲半导体厂家多用DIL。
DIP 是最普及的插装型封装,应用范围包括标准逻辑IC,存贮器LSI,微机电路等。
引脚中心距2.54mm,引脚数从6 到64。
封装宽度通常为15.2mm。
有的把宽度为7.52mm和10.16mm 的封装分别称为SK-DIP(skinny dual in-line package) 和SL-DIP(slim dual in-line package)窄体型DIP。
第1章集成电路封装概论2学时第2章芯片互联技术3学时第3章插装元器件的封装技术1学时第4章表面组装元器件的封装技术2学时第5章BGA和CSP的封装技术4学时第6章POP堆叠组装技术2学时第7章集成电路封装中的材料4学时第8章测试概况及课设简介2学时一、芯片互联技术1、引线键合技术的分类及结构特点?答:1、热压焊:热压焊是利用加热和加压力,使焊区金属发生塑性形变,同时破坏压焊界面上的氧化层,使压焊的金属丝与焊区金属接触面的原子间达到原子的引力范围,从而使原子间产生吸引力,达到“键合”的目的。
2、超声焊:超声焊又称超声键合,它是利用超声波(60-120kHz)发生器产生的能量,通过磁致伸缩换能器,在超高频磁场感应下,迅速伸缩而产生弹性振动经变幅杆传给劈刀,使劈刀相应振动;同时,在劈刀上施加一定的压力。
于是,劈刀就在这两种力的共同作用下,带动Al丝在被焊区的金属化层(如Al膜)表面迅速摩擦,使Al丝和Al膜表面产生塑性形变。
这种形变也破坏了Al层界面的氧化层,使两个纯净的金属面紧密接触,达到原子间的“键合”,从而形成牢固的焊接。
3、金丝球焊:球焊在引线键合中是最具有代表性的焊接技术。
这是由于它操作方便、灵活,而且焊点牢固,压点面积大,又无方向性。
现代的金丝球焊机往往还带有超声功能,从而又具有超声焊的优点,有的也叫做热(压)(超)声焊。
可实现微机控制下的高速自动化焊接。
因此,这种球焊广泛地运用于各类IC和中、小功率晶体管的焊接。
2、载带自动焊的分类及结构特点?答:TAB按其结构和形状可分为Cu箔单层带:Cu的厚度为35-70um,Cu-PI双层带Cu-粘接剂-PI三层带Cu-PI-Cu双金属3、载带自动焊的关键技术有哪些?答:TAB的关键技术主要包括三个部分:一是芯片凸点的制作技术;二是TAB载带的制作技术;三是载带引线与芯片凸点的内引线焊接和载带外引线的焊接术。
制作芯片凸点除作为TAB内引线焊接外,还可以单独进行倒装焊(FCB)4.倒装焊芯片凸点的分类、结构特点及制作方法?答:蒸镀焊料凸点:蒸镀焊料凸点有两种方法,一种是C4 技术,整体形成焊料凸点;电镀焊料凸点:电镀焊料是一个成熟的工艺。
芯片封装技术教师:钟铁钢教材:李可为.集成电路芯片封装技术(第2版).电子工业出版社.2013第一章绪论一、微电子封装的概念:狭义上是指利用薄膜技术和微细加工技术,将芯片和其他要素在框架或基板上布置、固定、粘贴及连接,引出接线端子并利用可塑性绝缘介质灌封、固定,并构成整体的立方结构的工艺。
广义上包括狭义上的封装和系统封装(又称封装工程)是指将基板、芯片封装整体及分立器件等要素,按电子整机的要求进行连接和装配,实现一定的电气、物理性能,转换成具有整机形式的整机结构或装置。
二、芯片封装涉及到的领域:化学、物理、电气自动化、材料。
三、芯片封装的功能:1.电源分配:传递电能 2.信号分配 3.提供散热途径4.机械支撑5.环境保护四、确定封装要求的影响要素:1.性能 2.产品可靠性 3.外形与结构 4.成本五、微电子封装的技术层次:1.芯片互联级(芯片层次封装):将集成电路芯片与基板或引脚架之间的粘连固定、电路连线与封装保护工艺。
2.多芯片封装:形成“电路卡”工艺。
3.部件及子系统的封装。
4.电子整机系统的构建。
5.第零层次:芯片上集成电路元件之间的连接工艺。
六、封装的分类:1.按封装中组合集成电路芯片的数量分:单芯片封装(SCP)、多芯片封装(MCP)。
2.按密封材料分:金属、陶瓷、高分子聚合物。
3.按器件与电路板的互连方式分:引脚插入型(PTH)、表面贴装型(SMT)。
七、封装形式的发展:发展方向:轻、薄、短、小。
单边引脚引脚间距2.54mm交叉引脚引脚间距1.27mm八、封装材料的性能参数:1.介电常数ε:ε>1为绝缘材料。
2.热膨胀系数CTE:在等压条件下,单位温度变化导致的体积变化。
3.介电强度:试样击穿时,单位厚度上能承受的压力(电压)。
九、微电子封装技术发展的驱动力:1.集成电路的发展对微电子封装材料的推动。
2.电子整机的发展对微电子封装的驱动。
3.市场发展对微电子封装的驱动。
十、微电子技术发展对封装的要求:1.封装尺寸小型化(微型化):采用新的封装形式和材料实现。
引线键合应用范围:低本钱、高靠得住、高产量等特点使得它成为芯片互连的主要工艺方式,用于下列封装::一、陶瓷和塑料BGA、单芯片或多芯片二、陶瓷和塑料(CerQuads and PQFPs)3、芯片尺寸封装(CSPs)4、板上芯片(COB)硅片的磨削与研磨:硅片的磨削与研磨是利用研磨膏和水等介质,在研磨轮的作用下进行的一种减薄工艺,在这种工艺中硅片的减薄是一种物理的进程。
硅片的应力消除:为了堆叠裸片,芯片的最终厚度必需要减少到了30μm乃至以下。
用于3D互连的铜制层需要进行无金属污染的自由接触处置。
应力消除加工方式,主要有以下4种。
硅片的抛光与等离子体侵蚀:研磨减薄工艺中,硅片的表面会在应力作用下产生细微的破坏,这些不完全平整的地方会大大降低硅片的机械强度,故在进行减薄以后一般需要提高硅片的抗折强度,降低外力对硅片的破坏作用。
在这个进程中,一般会用到干式抛光或等离子侵蚀。
干式抛光是指不利用水和研磨膏等介质,只利用干式抛光磨轮进行干式抛光的去除应力加工工艺。
等离子侵蚀方式是指利用氟类气体的等离子对工件进行侵蚀加工的去除应力加工工艺。
TAIKO工艺:在实际的工程应用中,TAIKO工艺也是用于增加硅片研磨后抗应力作用机械强度的一种方式。
在此工艺中对晶片进行研削时,将保留晶片外围的边缘部份(约3mm左右),只对圆内进行研削薄型化,通过导入这项技术,可实现降低薄型晶片的搬运风险和减少翘曲的作用,如图所示。
激光开槽加工:在高速电子元器件上慢慢被采用的低介电常数(Low-k)膜及铜质材料,由于难以利用普通的金刚石磨轮刀片进行切割加工,所以有时无法达到电子元件厂家所要求的加工标准。
为此,迪思科公司的工程师开发了可解决这种问题的加工应用技术。
减少应力对硅片的破坏作用先在切割道内切开2条细槽(开槽),然后再利用磨轮刀片在2条细槽的中间区域实施全切割加工。
通过采用该项加工工艺,能够提高生产效率,减少乃至解决因崩裂、分层(薄膜剥离)等不良因素造成的加工质量问题。