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第四章微电子封装的基板技术(1)

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微电子封装的技术ppt

微电子封装的技术ppt

后段封装流程
划片
装片
将制造好的半导体芯片从晶圆上分离出来， 成为独立的个体。
将独立的半导体芯片按照一定的顺序和方式 装入封装壳内。
引线键合
打胶
通过金属引线将半导体芯片的电极与封装壳 的引脚相连，实现电路连接。
用环氧树脂等材料将半导体芯片和引线进行 固定和密封，以保护内部的电路。
封装测试流程
功能测试
信号完整性
高速信号传输过程中需要考虑信号完整性，包括 信号幅度、时间、相位等因素。
时序优化
高速信号传输需要优化时序关系，确保信号传输 的稳定性和可靠性。
高性能化趋势
多核处理器
采用多核处理器技术，提高计 算速度和性能。
GPU加速
采用GPU加速技术，提高图像处 理、人工智能等应用的性能。
存储器集成
将存储器与处理器集成在同一封装 内，提高数据处理速度和性能。
陶瓷材料
具有高导热、高绝缘、高强度和化学稳定性等特点，是微电子封装中应用最广泛 的材料之一，包括氧化铝、氮化硅和碳化硅等。
塑料材料
具有成本低、易加工和重量轻等特点，是微电子封装中应用最广泛的材料之一， 包括环氧树脂、聚酰亚胺和聚醚醚酮等。
最新封装设备
自动测试设备
用于检测芯片的性能和质量，包括ATE(Automatic Test Equipment)和ETE(Electronic Test Equipment)等。
其他领域
医疗设备
微电子封装技术可以实现医疗设备的信号传输和处理，提高医 疗设备的性能和稳定性。
航空航天
微电子封装技术可以实现航空航天设备的信号传输和处理，提高 航空航天的性能和稳定性。
智能家居
微电子封装技术可以实现智能家居设备的信号传输和处理，提高 智能家居的性能和稳定性。

微电子封装技术

微电子封装技术

印制板
回流炉
球栅阵列型封装BGA的优点 A、与QFP相比，可进一步小型化、多端子化，400端子以上 不太困难。 焊料微球凸点
印制板
B、球状电极的不会变形 C、熔融焊料的表面张力作用，具有自对准效果，实 装可靠性高，返修率几乎为零 D、实装操作简单，对操作人员的要求不高
日本厂家把主要精力投向QFP端子间距精细化方面， 但是未能实现0.3mm间距的多端子QFP，因为日本厂家认 为BGA实装后，对中央部分的焊接部位不能观察。
三次重大变革 直插式 表面贴装式 芯片尺寸封装
DIP SMT CSP
DIP
双列直插式封装结构
PGA
Pin Grid Array
平面栅阵电极封装
背面
集成电路管脚的不断增加，可达3000个管脚， 使得只在四周边设置引脚遇到很大困难
封装技术的第一次重大变革
插装技术
20世纪70年代中期
表面贴装技术
DIP
第七章
微电子封装技术
封装的作用
电功能：传递芯片的电信号 机械化学保护功能：保护芯片与引线 散热功能：散发芯片内产生的热量 防潮 抗辐照 防电磁干扰
集成电路产业
设计、制造、封装
据估计我国集成电路的年消费将达到932亿 美圆，约占世界市场的20%，其中的30%将用于 电子封装，则年产值将达几千亿人民币， 现在每年全国大约需要180亿片集成电路， 但我们自己制造，特别是封装的不到20% 先进封装技术的发展使得日本在电子系统、 特别是日用家电消费品的小型化方面一度走在了 世界之前
小型平面J 形引线式封装
引脚向内弯曲
3、QFP ：quad flat package
四周平面引线式封装
引脚向外弯曲 背面

微电子封装技术研究及应用

微电子封装技术研究及应用

微电子封装技术研究及应用微电子封装技术是一门关键性技术，它将集成电路芯片载体、金属电路、封装芯片等元器件加工、组装、测试等工艺流程纳入其中，从而促进微电子器件的应用。

微电子封装技术的应用已经涵盖了现代工业、军事、航空航天、生物医药、环境监测等众多领域，并且逐渐成为一个新兴产业。

本文将从介绍微电子封装技术的发展历程、技术特点、封装工艺流程和应用等方面来论述微电子封装技术的研究与应用。

一、微电子封装技术的发展历程微电子封装技术始于20世纪70年代，当时工业界主要采用前后端分离的封装工艺，即半导体芯片与封装基板分别制造，然后通过钎焊、粘接等技术将芯片和基板之间连接在一起，并且使用塑料等材料进行封装。

早期的微电子封装技术主要采用贴片、线接触等手段封装电子元器件，其封装密度较低，封装的线宽较粗，设备自动化程度较低，生产效率和产品质量受制于环境温度等因素，这限制了其应用范围与质量。

随着人们对于微电子元器件性能和系统可靠性的需求不断提高，微电子封装技术也随之发展。

在1990年左右，随着微电子芯片的不断发展与完善，微电子封装技术也得到新的提升。

特别是向网络、通讯、数字多媒体等方面发展的需求，又催生了BGA（球栅式封装）等具有高密度、高性能、高可靠性的全新微电子封装。

此外，微电子封装技术在应用领域的不断扩展，使得它成为了维护现代电子产业发展的重要的技术支撑。

二、微电子封装技术的技术特点1、高密度：传统封装技术用于连接芯片和基板时，间距较大，因而封装密度偏低，无法满足复杂封装的需求。

而微电子封装技术采用了球栅封装，封装器件体积小、密度高，相应地塑性线也变细，不仅提高了封装的稳定性，同时增大了集成度。

2、高速度：现代微电子封装技术采用的是自动化生产线，这种生产线能够快速而准确地完成系统的加工，能够大大提高制造效率和生产速度，进而保证封装产品的稳定性。

3、高可靠性：随着封装器件精度的提高，封装工艺的稳定性也得到了保证。

微电子封装技术作业(一)

微电子封装技术作业(一)

第一次作业1 写出下列缩写的英文全称和中文名称DIP: Double In-line Package, 双列直插式组装BGA: ball grid array, 球状矩阵排列QFP: Quad flat Pack, 四方扁平排列WLP: Wafer Level Package, 晶圆级封装CSP: Chip Scale Package, 芯片级封装LGA: Land grid array, 焊盘网格阵列PLCC: Plastic Leaded Chip Carrier, 塑料芯片载体SOP: Standard Operation Procedure, 标准操作程序PGA: pin grid array, 引脚阵列封装MCM: multiple chip module, 多片模块SIP: System in a Package, 系统封装COB: Chip on Board, 板上芯片DCA: Direct Chip Attach, 芯片直接贴装，同COBMEMS: Micro-electromechanical Systems, 微电子机械系统2 简述芯片封装实现的四种主要功能，除此之外LED封装功能。

芯片功能（1）信号分配;(2)电源分配；（3）热耗散：使结温处于控制范围之内；（4）防护：对器件的芯片和互连进行机械、电磁、化学等方面的防护LED器件（2）LED器件：光转化、取光和一次配光。

3 微电子封装技术的划分层次和各层次得到的相应封装产品类别。

微电子封装技术的技术层次第一层次：零级封装-芯片互连级（CLP）第二层次：一级封装SCM 与MCM（Single/Multi Chip Module）第三层次：二级封装组装成SubsystemCOB（Chip on Board）和元器件安装在基板上第三层次：三级微电子封装，电子整机系统构建相对应的产品如图（1）所示：图1 各个封装层次对应的产品4 从芯片和系统角度简述微电子技术发展对封装的要求（1）对于单一的芯片，片上集成的功能比较少时，对封装技术要求不太高，但是在芯片上集成系统时（SOC），随着尺寸的减小，将模拟、射频和数字功能整合到一起的难度随之增大，这样在封装工艺上难度会加大，比如，SOC芯片上包含有MEMS或者其他新型的器件，即使解决了在芯片上制作的工艺兼容问题，还将面临封装的难题。

微电子封装技术实验指导书

微电子封装技术实验指导书

《微电子封装技术》实验指导书适用专业：微电子制造工程桂林电子科技大学目录实验一BGA返修实验 (1)实验二引线键合实验 (11)1实验一 BGA返修实验一、 实验目的和意义1．实验目的①通过实验使学生进一步地了解BGA CSP/QFP的检测与返修的工艺流程。

②掌握现有返修台和AOI(自动光学检测仪)的结构原理、使用性能和操作方法。

③通过实验使学生对BGA CSP/QFP的检测与返技术有更深一层了解。

2．实验的意义随着BGA封装器件的出现并大量进入市场，针对高封装密度、焊点不可见等特点，电子制造厂商要控制BGAs的焊装质量，需充分运用高科技工具和手段，通过使用新的工艺方法，采用与之相适应、相匹配的检测手段，进一步提高BGAs的焊装质量的检测技术水平。

只有这样，生产过程中的质量问题才能得到控制。

同时，把在检测过程中反映出来的问题反馈直接到生产工艺中去加以解决，将会大大地减少返修工作量。

学生通过实验，进一步地了解、掌握BGAs的焊装质量检测技术，为今后工作打下良好基础。

二、 实验内容和要求1．掌握IR550A型返修台的基本组成。

2．了解并掌握BGA CSP/QFP返修工艺技术的内容及其特点。

3．了解并熟悉现有仪器设备的工作原理及其使用性能和操作方法。

4．了解并掌握在实际生产中，成品电路板（PCP）常见的问题。

5．了解BGA焊球植球的工艺流程。

6．了解BGA焊后如何进行质量检测。

三、 实验仪器与设备1、IR550A型的返修台 1台2、AOI-X-Ray-SCOPE 1台3、PCB板 若干块4、BGA芯片 若干颗5、锡求模具 1套6、吸锡带 1卷7、免清洗的助焊膏 1支8、植球专用镊子 1把四、仪器设备的原理和特点本实验室目前现有的返修台是由德国埃莎公司生产的IR550A型的红外返修台。

在80年代后期的相当一段时期内，大多数红外回流焊设备都是被热风回流焊设备所替代。

在红外回流焊设备中，其主要功能是对整块电路板进行焊接，由于板子、元器件、引脚等不同颜色对红外辐射的吸收率和反射率是不同的，以致造成电路板上各元器件的热量分布不均匀，焊接质量难予保证，这就是红外辐射加热的色敏现象。

第四讲微系统封装技术-倒装焊技术ppt课件

第四讲微系统封装技术-倒装焊技术ppt课件
凸点的制作
UBM 凸点形成
Pb/Sn bump Si Chip
Solder Wetting Layer Adhesion / Barrier Layer Al pad
Passivation Layer
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
第一步：凸点底部金属化 （UBM）
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
该技术是在铝的表面沉积一层锌，以防止铝发生氧化，该技术的反应原理如下：
经营者提供商品或者服务有欺诈行为来自的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
锌酸盐处理步骤
• 清洗：清理铝表面的轻度污染，通常采用碱性清洗剂。
优点： 1.互连线很短，互连产生的电容、电阻电感比引线键合和载带自动焊小得多。从而 更适合于高频高速的电子产品。 2.所占基板面积小，安装密度高。可面阵布局，更适合于多I/O数的芯片使用。 3.提高了散热热能力，倒装芯片没有塑封，芯片背面可进行有效的冷却。 4.简化安装互连工艺，快速、省时，适合于工业化生产。 缺点： 1.芯片上要制作凸点，增加了工艺难度和成本。 2.焊点检查困难。 3.使用底部填充要求一定的固化时间。 4.倒装焊同各材料间的匹配所产生的应力问题需要解决。

微电子封装的概述和技术要求

微电子封装的概述和技术要求

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。

微电子封装的技术

微电子封装的技术

微电子封装的技术
一、微电子封装技术
微电子封装技术是一种具有重要意义的组装技术，指的是将电子元器
件以及各种电路片，封装在一块小型的基板上，以满足电子系统的整体功
能要求。

它包括电路打孔、抹焊、封装层、精细测试和安装等组装工序，
也是电子设备中主要的结构技术之一
1、电路打孔
在打孔前必须进行电路的布局设计，确定打孔位置和孔径，保证元件
的正确安装，以及使孔径和电路块之间的间距符合规范。

在微型电路中，
电路打孔技术主要有两种：以激光电路打孔技术为主，以电火焊技术为辅，以确保其质量和可靠性。

2、抹焊
抹焊是指在电路板上通过焊锡来固定电子元件的一种技术，具有紧密
牢固的焊接效果。

抹焊时首先要按照设计图纸上的规格，将元件安装在电
路板上，再通过焊锡等抹焊材料将元件焊接到电路板上，保证了元件之间
的连接牢固，稳定可靠。

3、封装层
封装层是把一块电路块封装在一块可拆卸的塑料外壳里，具有较好的
封装效果，还可以防护电路板免受灰尘、湿气、油渍等外界因素的侵袭。

封装层还可以减少电路板上元件之间的相互干扰，提高了元器件的工作稳
定性和可靠性
4、精细测试。

PPT微电子封装技术讲义

PPT微电子封装技术讲义
02
金属材料的可靠性较高，能够承 受较高的温度和压力，因此在高 集成度的芯片封装中广泛应用。
高分子材料
高分子材料在微电子封装中主要用于 绝缘、密封和塑形。常见的高分子材 料包括环氧树脂、聚酰亚胺、聚四氟 乙烯等，它们具有良好的绝缘性能和 化学稳定性。
高分子材料成本较低，加工方便，因 此在低端和大规模生产中应用较广。
板级封装
1
板级封装是指将多个芯片或模块安装在同一基板 上，并通过基板与其他器件连接的系统封装类型。
2
板级封装具有制造成本低、易于维修和更换等优 点，因此在消费电子产品中应用广泛。
3
常见的板级封装类型包括双列直插式封装 （DIP）、小外形封装（SOP）、薄型小外形封 装（TSOP）等。
系统级封装
系统级封装是指将多个芯片、模块和其他元器件集成在一个封装体内，形成一个完 整的系统的封装类型。
微电子封装技术的应用领域
通信
高速数字信号处理、 光通信、无线通信等。
计算机
CPU、GPU、内存条 等计算机硬件的封装 和互连。
消费电子
智能手机、平板电脑、 电视等消费电子产品 中的集成电路封装。
汽车电子
汽车控制单元、传感 器、执行器等部件的 封装和互连。
医疗电子
医疗设备中的传感器、 控制器、执行器等部 件的封装和互连。
详细描述
芯片贴装是将微小芯片放置在基板上的过程，通常使用粘合剂将芯片固定在基板 上，以确保芯片与基板之间的电气连接。这一步是封装工艺中的关键环节，因为 芯片的正确贴装直接影响到后续的引线键合和整体封装质量。
引线键合
总结词
引线键合是将芯片的电路与基板的电路连接起来的工艺过程。
详细描述
引线键合是通过物理或化学方法将芯片的电路与基板的电路连接起来的过程。这一步通常使用金属线或带状线， 通过焊接、超声波键合或热压键合等方式将芯片与基板连接起来，以实现电气信号的传输。引线键合的质量直接 影响着封装产品的性能和可靠性。

微电子封装技术第4章 厚薄膜技术

微电子封装技术第4章 厚薄膜技术

4.1 厚膜技术
传统的金属陶瓷厚膜浆料主要有4种成分：（确定 膜的功能）、粘贴成分（提供与基板的粘贴及使有效物 质颗粒保持悬浮状态的基体）、有机黏着剂（提供丝网 印刷的合适流动性）和溶剂或稀释剂（决定黏度）。
4.1 厚膜技术
工艺流程
生产厚膜电路的基本工艺流程是丝网印刷、厚膜材 料的干燥和烧结。
丝网印刷工艺是将浆料涂布在基板上，干燥工艺的 作用是在烧结前从浆料中去除挥发性的溶剂，烧结工艺 是使粘贴剂发挥作用将印刷图形粘贴在基板上。
厚膜材料主要包括：厚膜导体材料、厚膜电阻材料 、厚膜介质材料、釉面材料和厚膜基板等。
4.1 厚膜技术
厚膜材料：厚膜导体材料
厚膜导体材料实现以下各种功能：①在电路节点之 间提供导电布线；②提供元器件与膜布线及与更高一级 组装的互连；③必须提供连接区域以连接厚膜电阻；④ 必须提供多层电路导体层之间的连接。
厚膜 2400~24000nm 直接工艺：丝网印刷、干燥和烧结 无须使用化学刻蚀或镀液 无需回收贵金属 低成本的多层工艺 使用几种不同方块电阻率的材料 能承受苛刻环境和高温的稳定电阻 高TCR电阻 线条分辨率为125~250μm 初始设备投资低 线条清晰度不好，不适于RF应用 引线键合受杂质影响，材质不均匀
4.1 厚膜技术
厚膜材料：釉面材料
对电路提供机械保护，免于污染和水在导体之间的 桥连，阻挡焊料散布，改善厚膜电阻调阻后的稳定性。 是可以在较低温度（通常在550℃附近）下烧结的非晶 玻璃。
4.1 厚膜技术
厚膜材料：厚膜基板
厚膜基板主要有陶瓷基板、金属基板和树脂基板。 其中比较常用的是陶瓷基板。陶瓷基板主要包括以下几 种：氧化铝陶瓷基板、氧化铍陶瓷基板、特种陶瓷基板 、氮化铝基板和碳化硅陶瓷基板。

微电子封装

微电子封装

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。

微电子封装中的薄膜技术

微电子封装中的薄膜技术

一些主要的厚膜导体：
Ag-Pd； Ag-Pd； Ag中添加Pd，当Pd/(Pd＋Ag)>0.1左右时即产生效果。 Ag中添加Pd，当Pd/(Pd＋Ag)>0.1左右时即产生效果。 Ag/Pd比一般控制在（2.5:1） Ag/Pd比一般控制在（2.5:1）~（4.0:1）。 4.0:1）。 Ag/Pd比与厚膜的电阻值及耐焊料浸蚀关系如下图1 Ag/Pd比与厚膜的电阻值及耐焊料浸蚀关系如下图1：
备注：目数＝25.4[mm]/(丝径[mm]+开口长度[mm])
丝网印刷工艺
刮板
刮板的形状有下三种：菱形刮板、平行刮板、剑 形刮板。刮板的材料硬度按橡胶常用的HS（肖氏 形刮板。刮板的材料硬度按橡胶常用的HS（肖氏 硬度）来标定，厚膜印刷使用的刮板硬度一般在 60～80HS范围内。材料一般为聚氨酯类、氯丁橡 60～80HS范围内。材料一般为聚氨酯类、氯丁橡 胶、炭氟化合物等，选材聊特别要注意不能受浆 料中溶剂等浸蚀。
3. 厚膜介质材料
通常分为HK（高介电常数）介电体和LK 通常分为HK（高介电常数）介电体和LK （低介 电常数）介电体。 前者介电常数在数百以上，主要用于厚膜电容器 的介电质，后者的K值在10以下，多用于表面钝 的介电质，后者的K值在10以下，多用于表面钝 化、交叉层绝缘层、多层布线绝缘层以及低容量 电容器等。 LK介电质：非晶玻璃（filled glass: FG）和晶态玻 LK介电质：非晶玻璃（filled FG）和晶态玻 璃（crystallizable 璃（crystallizable glass: CG）二类玻璃系列。 CG）二类玻璃系列。 HK介电质：以BaTiO3为主要成分的介电质。 HK介电质：以BaTiO
蚀刻法基板表面成膜成膜材料基板光刻胶蚀刻光刻胶剥离基板薄膜光刻胶光致优点是选择性好重复性好生产效率高设备简单成本低基片薄膜光刻胶光致光刻胶金属薄膜ar干法蚀刻法对图形的控制精度较好但速度较慢rie刻蚀装置光刻胶sio或硅原子腐蚀性气化学腐蚀物理轰击用机械或光刻等方法制作正掩膜将掩膜按需要的电路图位置定位再由真空蒸镀等方法成膜

电子封装、微机电与微系统第四章 封装工艺

电子封装、微机电与微系统第四章 封装工艺

1
4.2 厚 膜 技 术
厚膜材料是有机介质掺入微细金属粉、玻璃粉或陶瓷 粉末的混合物，通过丝网印刷工艺，印制到绝缘基板上。 无机相金属粉可确定厚膜成分：
● 金属或金属合金组成无机相导体； ● 金属合金或钌(Ruthenium)系化合物组成厚膜电阻； ● 玻璃或玻璃陶瓷无机相组成多层介质、密封剂或高介 电常数的电容层。
第四章 封 装 工 艺
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图4-12 寄生电容
第四章 封 装 工 艺
1
4.8 倒装芯片技术
倒装芯片技术(Flip Chip Technology，FCT)是1960年首 先由IBM公司设计并开发研制出来的，但一直到近几年才 开 始应用于高速、单芯片微处理器或微电子集成芯片。倒装芯 片技术应用于少数功率器件，则是在最近的时间内。
第四章 封 装 工 艺
1
3. 孔内电连通 斜孔深度一般有几百微米，要在其侧壁上形成电通路， 通常可采用溅射、蒸发、电镀等方法。直孔电连通的常用 方法有低温化学淀积、熔融金属淀积、电镀等。
第四章 封 装 工 艺
1
4. 重布线 通孔内金属层制作完毕后，可以采用类似于集成电路
的再分布技术对键合好的圆片表面进行重新布线。
第四章 封 装 工 艺
1
2) 保温段 保温段是指温度从120℃～150℃升至焊膏熔点的区域， 其主要目的是使PCB上各元器件的温度趋于稳定，尽量减 少 温差。应保证足够的时间，使较大元器件的上升温度同 较 小元器件上升温度同步，保证焊膏中的助焊剂得到充分 挥 发。
第四章 封 装 工 艺
1
3) 回流段 在回流区域里，加热温度最高，元器件的温度快速上 升至峰值温度。在回流阶段，不同的焊膏，焊接峰值温度 不同，一般为焊膏的熔点温度加20℃～40℃。对于熔点为 183℃的Sn63Pb37焊膏和熔点为179℃的Sn62Pb36Ag2焊膏， 峰值温度一般为210℃～230℃。回流时间不要过长，以防 对PCB及元器件造成不良影响。理想的温度曲线是超过焊 锡熔点“尖端区”覆盖的面积最小。

第四章 微电子封装的基板技术(1)

第四章 微电子封装的基板技术(1)

(4)电参数方面：
a. 减小信号传输延迟时间Tpd，
T pd r /c
b. 系统内部特性阻抗的匹配； C. 降低L、 C和 R等的寄生效应，使引线间距最短化，使用 低磁导率的导体材料、低介电常数的基板材料等； d. 降低交调噪声，要尽量避免信号线之间距离太近和平行布 置，同时为了减小此影响，应选用低介电常数的基板材料；
(2)全面电镀法工艺流程
全面电镀法工艺如下： a. 在双面覆铜基板上钻孔； b. 表面触媒处理后，在孔的内壁化学镀铜，实 现电气导通； c. 再全面电镀一层铜膜； d. 涂光刻胶； e. 曝光、显影； f. 刻蚀掉不需要的铜膜，去除光刻胶。
全面电镀法工艺流程图
(3)全面电镀法的优缺点
(a)电镀层均匀分布，不会发生由于导线不均匀而使 线路稀疏部电流集中的情况； (b)不需要像图形电镀法那样根据导电图形的面积而 进行电镀电流调整作业，适合批量生产，实际采用较 多； (c)光刻形成刻蚀阻挡层，对光刻胶的性能要求也不 苛刻。 (4)为减少水汽等有害气体成分，封盖工艺一般在氮 气等干燥保护气氛下进行。 缺点：要刻蚀的铜膜较厚，不易制成高分辨率图形
随着集成电路芯片技术和组装技术的持续发展， 对基板技术性能方面的要求也越来越高。因此， 基板技术将面临来自三个不同方面的挑战： (1) 微电子芯片发展的要求，即大面积化、针脚 四边引出和表面贴装化、引脚阵列化和引脚间距 密度化； (2)元器件发展的要求，即无引线化、小型化、 片式化和集成化都需要与基板一起设计和制造 ,并 制成埋入式结构； (3)MEMS应用方面的要求，布线高密度化、层 间互联精细化、结构的三维化/立体化。 (4)应用环境的要求.
(4)图形电镀工艺
图形电镀法也是基于基板钻孔之后，表面触媒处理 和化学电镀在孔中形成铜膜，实现电气导通。 与全面电镀法不同之处在于，图形电镀法是通过在 不需要电路的部分涂敷光刻胶，然后在电路部分镀铜 和表面保护金属层，再剥离光刻胶、最后经刻蚀来实 现电路连接，制成PWB电路图形。

微电子工艺基础封装技术

微电子工艺基础封装技术

微电子工艺基础封装技术
一、引言
微电子技术是21世纪新兴的技术，它以半导体技术和微机技术为基础，以芯片封装、电路能力优化、软件设计、系统集成、测试技术、校准
技术、无线通信技术等应用技术为实现系统的技术手段，用来实现手机、
计算机、智能家居、汽车等众多领域的电子设备的发展及制造。

微电子封
装技术是微电子技术的基础与重要组成部分，也是微电子产品出厂前质量
检查与完善的重要手段。

本文着重介绍微电子封装技术，包括其基本原理、术语、分类、应用和实施过程等。

二、微电子封装技术的基本原理
微电子封装技术是将晶圆、芯片、元器件组合在一起，将原来的小型
数字电路重新包装，使其功能更加全面，外形更加紧凑，就是微电子封装
技术。

将电子元器件物理、电气封装在一起，形成由介质连接的板块，具
有较强的功能性、可调整性和可靠性，是构建高效能、高可靠性的微电子
系统的基本要素。

微电子封装的基本工艺包括：铆焊、封装、清洁和测试，这四个基本
步骤必须在一定的步骤中逐步完成，经过这些步骤，半导体器件可以被成
功封装到电路板中，以实现电路的功能，为其余的电子系统构建提供基础
支撑。

三、封装技术术语。

微系统封装技术键合技术(1)最新PPT资料

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• 金在硅中是复合中心，能使硅中的少数载流子寿命大 大降低。许多微机械加工是在低温下处理的，一般硅 溶解在流动的金中，而金不会渗入到硅中，硅片中不 会有金掺杂。这种硅-硅键合在退火以后，由于热不 匹配会带来应力，在键合中要控制好温度。
• 金硅共熔中的硅-硅键合工艺是，先热氧化P型 （100）晶向硅片，后用电子束蒸发法在硅片上蒸镀 一层厚30nm的钛膜，再蒸镀一层120nm的金膜。这是 因为钛膜与SiO2层有更高的粘合力。最后，将两硅片 贴合放在加热器上，加一质量块压实，在350~400°C 温度下退火。实验表明，在退火温度365°C，时间10 分钟，键合面超过90%。键合的时间和温度是至关重 要的。
变为非桥接氧原子，即：
静电键合又称合场助温键合度或阳低极键、合。键合界面牢固、长期稳定性好。
影响静电键合的因素有很多，主要包括： 键合界面的空洞和间隙处的水分子可在高温下扩散进入四周SiO2中，从而产生局部真空，这样硅片会发生塑性变形使空洞消除。
• 静电键合装置如图所示。把将要键合的硅片接电源正 点接触电极，键合界面不会产生孔隙，而双平行板电极，键合体界面将有部分孔隙，键合的速率比前者快； 极，玻璃接负极，电压500~1000V。将玻璃-硅片加热到 但共晶键合的残余应力较大，键合界面本身硬度较高而不能有效吸收键合结构中的热应力，导致热失配，而且相对成本高 300~500°C。在电压作用时，玻璃中的Na将向负极方向 %），熔点为363°C，要比纯金或纯硅的熔点低得多。
果硅接电源负极，则不能形成键合，这就是“阳极键合” 名称的由来。静电键合后的硅/玻璃界面在高温、常温-高
温循环、高温且受到与键合电压相反的电压作用等各种情 况下进行处理，发现：
•
（1）硅/玻璃静电键合界面牢固、稳定的关键是界面

第四章微电子封装基板技术

第四章微电子封装基板技术
(3)硼硅酸玻璃- Al2O3-镁橄榄石系
该系统可达到最高密度的组成为： Al2O3 35%、 镁橄榄石25%、硼硅酸玻璃40%。
在该组成下， 900 0C烧成时相对密度可达97%， 这种基板的弯曲强度为200MPa，介电常数为6.5， 热膨胀系数为6.0*10-6/ 0C
第四章微电子封装基板技术
(4)硼硅酸玻璃- Al2O3系
第四章微电子封装基板技术
(3)通孔填充 通孔填充的方法一般有三种：丝网印刷、掩模印
刷和流延型印刷。通过浆料应有良好的流变性能和合 适的黏度，印刷时才不易形成盲孔。
(4)对位 对位包括印刷时丝网与生瓷片之间的对位和叠片
时生瓷片与生瓷片之间的对位。若对位精度太差基板 布线网络可能会断路或短路， 一般采用定位孔或图 像识别定位。
该系统最佳组成:Al2O3 50%和硼硅酸玻璃50%， 900 0C烧成体的热膨胀系数为4.0*10-6/ 0C，弯曲强度 为245MPa。这种系统玻璃陶瓷的最佳烧成温度也随 硼硅酸玻璃的含量而变化。
(5)硼硅酸玻璃- Al2O3处理的氧化锆系
该系统玻璃陶瓷的组成以硼硅酸玻璃质量分数 (40%-60%), Al2O3处理的氧化锆质量分数(40%-60%) 为最佳，900 0C烧成。
影响对位精度的主要因素是：打孔精度误差、照相 版精度误差和印刷机手动调节对位视觉误差。
第四章微电子封装基板技术
(5)布线设计
在进行CAD布线设计时，必须根据电参数要求、对 位精度及通孔大小来设计线宽、线间距及其他参数。
对用于高频且要求高传输速度的基板，应选择细线 条、细间距设计。为了降低成本，在能保证质量的前 提下，应尽可能选择层数多，宽线条宽间距设计。
第四章微电子封装基板技术
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3.1概论 3.2按封装材料、封装器件、封装结构分类 3.2.1金属封装(M) 3.2.2塑料封装(P) 3.2.3陶瓷封装 (C) 3.3按封装的外形、尺寸、结构分类
4.1 概论 4.2 基板分类 4.3 有机基板 4.4 陶瓷基板 4.5 低温共烧陶瓷基板 4.6 其他类型的无机基板 4.7 复合基板
4.1概论
基板是实现元器件功能化、组件化的一个平台，是 微电子封装的重要环节。随着集成电路芯片技术和组 装技术的持续发展，对基板技术性能方面的要求也越 来越高。因此，基板技术将面临来自三个不同方面的 挑战：
(1) 微电子芯片发展的要求，即大面积化、针脚四边引出 和表面贴装化、引脚阵列化和引脚间距密度化； (2) 元器件发展的要求，即无引线化、小型化、片式化和 集成化都需要与基板一起设计和制造并制成埋入式结构； (3)MEMS 应用方面的要求，布线高密度化、层间互联精 细化、结构的三维化/立体化。 (4)应用环境的要求.
上述要求反映到基板材料及结构上，主要体现在：
精细化的布线图形 小孔径的层间互连孔 多层布线以实现布线最短 低介电常数的基板材料
特性阻抗匹配以及防止噪声的图形布置
4.2 封装基板的分类
在人们的印象中，PCB(printed circuit board: 印刷电路板)无非就是使绝缘体和导体组合，能实 现元器件和芯片搭载以及电气连接即可，并没有什 么特殊复杂之处。 实际上，PCB不仅种类繁多，而且涉及的材料 和工艺多种多样。因此，PCB的分类方法很多，一 般情况下可按照绝缘材料及其软硬程度、导体材料、 导体层数、Z方向的连接方式来分类。
在微电子封装中主要按照基板的基体材料来分，可 以分为三类： (1)有机基板：包括纸基板、玻璃布基板、复合 材料 基板、环氧树脂类、聚酯树脂类、耐热塑性基板和多 层基板等； (2) 无机基板：包括金属类基板、陶瓷类基板、玻璃 类基板、硅基板和金刚石基板等； (3) 复合基板：包括功能复合基板、结构复合基板和 材料复合基板等。
4.3 有机基板
1. 概述
有机基板是指由绝缘隔热、不易弯曲的有机材料 制成，并在表面制造金属导线图形，用来提供板上 器件和芯片的电路连接或电磁屏蔽，具有介电常数 低、工艺简单和成本低廉等特点。 通常采用的有机材料有 FR-4 环氧玻璃、 BT 环氧 树脂、聚酰亚胺和氰酸盐脂等。
基板制作一般采用PCB工艺，形成的基板叫印刷 电路板。随着电子设备越来越复杂，需要的器件和 芯片自然越来越多，PCB上的线路、器件和芯片也 越来越密集，需要没有器件和芯片的裸板，这种裸 板 常 被 称 为 印 刷 线 路 板 (printed wiring board:
单面板结构图
由于单面板在设计线路上有许多严格的限制(如布线 间不能交叉，必须绕独自的路径)，所以只有早期的电 路才使用这类板子。
(2)双面板
为了能保持芯片和器件的固有性能，不引起信号传 输性能的恶化，需要认真选择基板材料，精心设计布 线图形。因此，基板选择与设计时需要重点考虑基板 的材料参数、电参数、热参数和结构参数等，具体体 现在以下方面：
(1) 材料参数方面：介电常数、热膨胀系数和热导率等重 要参数； (2) 在结构方面：实现布线图形的精细化、层间互连小孔 径化和电气参数最优化； (3)在热性能方面：重点考虑耐热性、与Si等芯片材料的热 匹配 和系统的良好导热性；
(2)全面电镀法工艺流程
全面电镀法工艺如下： a. 在双面覆铜基板上钻孔； b. 表面触媒处理后，在孔的内壁化学镀铜，实 现电气导通； c. 再全面电镀一层铜膜； d. 涂光刻胶； e. 曝光、显影； f. 刻蚀掉不需要的铜膜，去除光刻胶。
全面电镀法工艺流程图
(3)全电镀法的优缺点
(a)电镀层均匀分布，不会发生由于导线不均匀而使 线路稀疏部电流集中的情况； (b)不需要像图形电镀法那样根据导电图形的面积而 进行电镀电流调整作业，适合批量生产，实际采用较 多； (c)光刻形成刻蚀阻挡层，对光刻胶的性能要求也不 苛刻。 (4)为减少水汽等有害气体成分，封盖工艺一般在氮 气等干燥保护气氛下进行。 缺点：要刻蚀的铜膜较厚，不易制成高分辨率图形
(4)图形电镀工艺
图形电镀法也是基于基板钻孔之后，表面触媒处理 和化学电镀在孔中形成铜膜，实现电气导通。 与全面电镀法不同之处在于，图形电镀法是通过在 不需要电路的部分涂敷光刻胶，然后在电路部分镀铜 和表面保护金属层，再剥离光刻胶、最后经刻蚀来实 现电路连接，制成PWB电路图形。
(5)图形电镀工艺优缺点
(4)电参数方面：
a. 减小信号传输延迟时间Tpd，
T pd r /c
b. 系统内部特性阻抗的匹配； C. 降低L、C和R等的寄生效应，使引线间距最短化，使用 低磁导率的导体材料、低介电常数的基板材料等； d. 降低交调噪声，要尽量避免信号线之间距离太近和平 行布置，同时为了减小此影响，应选用低介电常数的基板 材料； e.电路图形设计要考虑到防止信号发射噪声。
优点：光刻胶形成电镀阻挡层，侧壁光滑、平直、 线条规则，可以实现精细化产品。 缺点：对不同的电路图形设计和面积的变化存在逐 个对应的问题，而且同一板面上镀层厚度的一致性也 较差。
3. 有机基板的分类
通用的有机基板按导体布线层数可分为：单面 板、双面板和多层板。
(1)单面板 在最基本的PCB上，器件集中在其中一面，导 线则集中在另一面，由于导线只出现在其中一面， 所以就称这种PCB叫作单面板，如下图所示：
PWB)。 目前，国际封装专业越来越多的场合采用
PWB代替PCB。
2. PWB制作方法 (1)电路的形成方法
通用PWB的制造按照表面金属层制备方法不同 分为：加成法和减成法两类。
加成法是指通过在绝缘板表面添加导电性材料 形成电路图形的方法。在加成法中又可分为全加 成法、半加成法和部分加成法。 减成法是指在预覆铜箔的基材上通过化学腐蚀 铜箔所形成的电路图形的方法。作为主流工艺的 减成法又可分为全面电镀法和图形电镀法。