微电子封装技术

微电子封装技术第一章绪论1、封装技术发展特点、趋势。

（P8）发展特点：①、微电子封装向高密度和高I/O引脚数发展，引脚由四边引出向引出向面阵列排列发展；②、微电子封装向表面安装式封装（SMP）发展，以适合表面安装技术（SMT）；③、从陶瓷封装向塑料封装发展；④、从注重发展IC芯片向先发展后道封装再发展芯片转移。

发展趋势：①、微电子封装具有的I/O引脚数将更多；②、应具有更高的电性能和热性能；③、将更轻、更薄、更小；④、将更便于安装、使用和返修；⑤、可靠性会更高；⑥、性价比会更高，而成本却更低，达到物美价廉。

2、封装的功能（P19）电源分配、信号分配、散热通道、机械支撑和环境保护。

3、封装技术的分级（P12）零级封装：芯片互连级。

一级封装：将一个或多个IC芯片用适宜的材料（金属、陶瓷、塑料或它们的组合）封装起来，同时在芯片的焊区与封装的外引脚间用如上三种芯片互连方法（WB、TAB、FCB）连接起来使之成为有实用功能的电子元器件或组件。

二级封转：组装。

将上一级各种微电子封装产品、各种类型的元器件及板上芯片（COB）一同安装到PWB或其它基板上。

三级封装：由二级组装的各个插板或插卡再共同插装在一个更大的母板上构成的，立体组装。

4、芯片粘接的方法（P12）只将IC芯片固定安装在基板上：Au-Si合金共熔法、Pb-Sn合金片焊接法、导电胶粘接法、有机树脂基粘接法。

芯片互连技术：主要三种是引线键合（WB）、载带自动焊（TAB）和倒装焊（FCB）。

早期有梁式引线结构焊接，另外还有埋置芯片互连技术。

第二章芯片互连技术（超级重点章节）1、芯片互连技术各自特点及应用引线键合：①、热压焊：通过加热加压力是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和焊区金属接触面的原子间达到原子引力范围，从而使原子间产生引力达到键合。

两金属界面不平整，加热加压可使上下金属相互镶嵌；加热温度高，容易使焊丝和焊区形成氧化层，容易损坏芯片并形成异质金属间化合物影响期间可靠性和寿命；由于这种焊头焊接时金属丝因变形过大而受损，焊点键合拉力小（＜0.05N/点），使用越来越少。

可编辑修改精选全文完整版第四代微电子封装技术—TVS技术及其发展随着微电子制造由二维向三维发展，三维芯片堆叠的封装方式成为发展的必然方向。

但是使用传统金线键合的三维电路封装技术不仅会占用大量空间，同时会增加能耗、降低运行速度。

因此，可实现芯片直接互联的TSV技术孕育而生。

TSV技术可以使微电子封装达到最密连接，三维尺寸达到最小；同时TSV技术降低了连接长度，可有效降低芯片能耗，提高运行速度。

在DRAM芯片制造中使用TSV技术可以使IC器件的性能大幅度提高，其中基于TSV技术开发的混合存储立方体（HMC）可以使存储器性能提高20倍，而体积和能耗缩小到原有1/10。

但由于TSV技术本身的缺点使其商业化过程步履艰难。

而TSV技术最大的缺点还是在于成本太高。

标签：微电子封装；TSV；金属化；键合；DRAM引言自1965年“摩尔定律”[1]提出以来，微电子器件的密度几乎沿着“摩尔定律”的预言发展。

到了今天，芯片特征尺寸达到22nm，再想通过降低特征尺寸来提高电路密度不仅会大幅提高成本，还会降低电路的可靠性。

为了提高电路密度，延续或超越“摩尔定律”，微电子制造由二维向三维发展成为必然。

其方法之一就是将芯片堆叠以后进行封装，由此产生了三维电路封装技术（3D IC packaging）。

三维电路封装技术中，芯片电极是通过金线键合的技术来实现电路的导通。

如图1a所示，随着芯片叠层的增加，键合金线将占用大量的空间。

同时由于连接的延长使得电路能耗升高、速度降低。

因此，业界需要一种方法，能够使得硅芯片在堆叠的同时实现电路的导通，从而避免采用硅芯片以外的线路连接。

传统半导体工艺主要是针对硅圆片表明进行加工并形成电路，而要实现硅芯片上下层之间的连接，需要一种能贯通硅芯片的加工工艺，即TSV技术（图1b）。

早在1958年，半导体的发明人William Shockley，在其专利中就提到过硅通孔的制备方法[2]。

而TSV（through-silicon via）工艺的概念在1990年代末才提出，香港应用技术研究院和台湾半导体制造公司于1998年申请相关美国专利[3，4]，而关于TSV技术最早的论文发表于2000年[5]。

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。

除了封装技术的发展，微电子封装材料的研究也十分重要。

微电子封装技术的未来发展方向是什么？在当今科技飞速发展的时代，微电子技术无疑是推动社会进步的关键力量之一。

而微电子封装技术作为微电子技术的重要组成部分，其发展方向更是备受关注。

微电子封装技术，简单来说，就是将芯片等微电子元件进行保护、连接、散热等处理，以实现其在电子产品中的可靠应用。

随着电子产品的日益小型化、高性能化和多功能化，对微电子封装技术也提出了更高的要求。

未来，高性能、高密度和微型化将是微电子封装技术的重要发展方向。

在高性能方面，封装技术需要更好地解决信号传输的完整性和电源分配的稳定性问题。

为了实现这一目标，先进的封装材料和结构设计至关重要。

例如，采用低介电常数和低损耗的材料来减少信号延迟和衰减，以及优化电源网络的布局以降低电源噪声。

高密度封装则是为了满足电子产品集成度不断提高的需求。

通过三维封装技术，如芯片堆叠和硅通孔（TSV）技术，可以在有限的空间内集成更多的芯片，从而大大提高系统的性能和功能。

此外，扇出型晶圆级封装（Fanout WLP）技术也是实现高密度封装的重要手段，它能够将芯片的引脚扩展到更大的区域，增加引脚数量和布线密度。

微型化是微电子封装技术永恒的追求。

随着移动设备、可穿戴设备等的普及，对电子产品的尺寸和重量有着极为苛刻的要求。

因此，封装技术需要不断减小封装尺寸，同时提高封装的集成度和性能。

例如，采用更薄的封装基板、更小的封装引脚间距和更精细的封装工艺等。

绿色环保也是微电子封装技术未来发展的一个重要趋势。

随着环保意识的不断增强，电子产品的生产和使用过程中对环境的影响越来越受到关注。

在封装材料方面，将更多地采用无铅、无卤等环保材料，以减少对环境的污染。

同时，封装工艺也将朝着节能、减排的方向发展，提高生产过程的资源利用率和降低废弃物的排放。

此外，异质集成将成为微电子封装技术的一个重要发展方向。

随着各种新型器件和材料的不断涌现，如化合物半导体、MEMS 器件、传感器等，如何将这些不同性质的器件集成在一个封装体内，实现更复杂的系统功能，是未来封装技术面临的挑战之一。

微电子封装技术的发展趋势本文论述了微电子封装技术的发展历程，发展现状和发展趋势，主要介绍了几种重要的微电子封装技术，包括:BGA 封装技术、CSP封装技术、SIP封装技术、3D封装技术、MCM封装技术等。

1.微电子封装的发展历程IC 封装的引线和安装类型有很多种，按封装安装到电路板上的方式可分为通孔插入式(TH)和表面安装式(SM)，或按引线在封装上的具体排列分为成列、四边引出或面阵排列。

微电子封装的发展历程可分为三个阶段：第一阶段：上世纪70 年代以插装型封装为主，70 年代末期发展起来的双列直插封装技术(DIP)。

第二阶段：上世纪80 年代早期引入了表面安装(SM)封装。

比较成熟的类型有模塑封装的小外形(SO)和PLCC 型封装、模压陶瓷中的CERQUAD、层压陶瓷中的无引线式载体(LLCC)和有引线片式载体(LDCC)。

PLCC，CERQUAD，LLCC和LDCC都是四周排列类封装，其引线排列在封装的所有四边。

第三阶段：上世纪90 年代，随着集成技术的进步、设备的改进和深亚微米技术的使用，LSI，VLSI，ULSI相继出现，对集成电路封装要求更加严格，I/O引脚数急剧增加，功耗也随之增大，因此，集成电路封装从四边引线型向平面阵列型发展，出现了球栅阵列封装(BGA)，并很快成为主流产品。

2.新型微电子封装技术2.1焊球阵列封装(BGA)阵列封装(BGA)是世界上九十年代初发展起来的一种新型封装。

BGA封装的I/O端子以圆形或柱状焊点按阵列形式分布在封装下面，BGA技术的优点是：I/O引脚数虽然增加了，但引脚间距并没有减小反而增加了，从而提高了组装成品率;虽然它的功耗增加，但BGA能用可控塌陷芯片法焊接，从而可以改善它的电热性能;厚度和重量都较以前的封装技术有所减少;寄生参数减小，信号传输延迟小，使用频率大大提高;组装可用共面焊接，可靠性高。

这种BGA的突出的优点：①电性能更好：BGA用焊球代替引线，引出路径短，减少了引脚延迟、电阻、电容和电感;②封装密度更高;由于焊球是整个平面排列，因此对于同样面积，引脚数更高。

Microelectronics packaging technology(R eview contents)Chapter 1：Introduction1.The development characteristics and trends of microelectronics packaging.2.The functions of microelectronics packaging.3.The levels of microelectronics packaging technology.4.The methods for chip bonding.Chapter 2：Chip interconnection technologyIt is one of the key chapters1.The Three kinds of chip interconnection, and their characteristics and applications.2.The types of wire bonding (WB) technology, their characteristics and working principles.3.The working principle and main process of the wire ball bonding.4.The major materials for wire bonding.5.Tape automated bonding (TAB) technology:1）The characteristic and application of TAB technology.2）The key materials and technologies of TAB technology.3）The internal lead and outer lead welding technology of TAB technology.6. Flip Chip Bonding (FCB) Technology1）The characteristic and application of flip chip bonding technology2）UBM and multilayer metallization under chip bump；UBM’s structure and material, and the roles ofeach layer.3）The main fabrication method of chip bumps.4）FCB technology and its reliability.5）C4 soldering technology and its advantages.6）The role of underfill in FCB.7）The interconnection principles for Isotropic and anisotropic conductive adhesive respectively. Chapter 3: Packaging technology of Through-Hole components1.The classification of Through-Hole components.2.Focused on：DIP packaging technology, including its process flow.3.The characteristics of PGA.Chapter 4：Packaging technology of surface mounted device (SMD)1.The advantages and disadvantages of SMD.2.The types of SMD.3.The main SMD packaging technologies, focused on：SOP、PLCC、LCCC、QFP.4.The packaging process flow of QFP.5.The risk of moisture absorption in plastic packages, the mechanism of the cracking caused by moistureabsorption, and solutions to prevent for such failure.Chapter 5：Packaging technology of BGA and CSP1.The characteristics of BGA and CSP.2.The packaging technology for PBGA，and its process flow.3.The characteristics of packaging technology for CSP.4.The reliability problems of BGA and CSP.Chapter 6：Multi-Chip Module（MCM）1.The classification and characteristics of MCM2. The assembly technology of MCM.Chapter 7：Electronic packaging materials and substrate technology1. The classification of the materials for electronic packaging, the main requirements for packagingmaterials.2. The types of metals in electronic packaging, and their main applications.3. The main requirements for polymer materials in electronic packaging.4.Classification of main substrate materials, and the major requirements for substrate materials.Chapter 8：Microelectronics packaging reliability1.The basic concepts of electronic packaging reliability.2.The basic concepts for failure mode and failure mechanism in electronic packaging.3.Main failure (defect) modes (types) of electronic packaging.4.The purpose and procedure of failure analysis (FA) ；Common FA techniques (such as cross section, dyeand pry, SEM, CSAM ...).5 The purpose and key factors (such as stress level, stress type …) to design accelerated reliability test. Chapter 9：Advanced packaging technologies1.The concept of wafer level packaging (WLP) technology.2.The key processes of WL-CSP.3.The concept and types of the 3D packaging technologies.Specified Subject 1：LED packaging technology1. Describe briefly the four ways to achieve LED white light, and how they are packaged？2. Describe briefly the difference and similar aspects (similarity) between LED packaging andmicroelectronics packaging.3. And also describe briefly the development trend for LED package technology and the whole LED industryrespectively.Specified Subject 2：MEMS packaging technology1.The differences between micro-electro-mechanical system (MEMS) packaging technology and theconventional microelectronics packaging technologies.2.The function requirements of MEMS packaging.Extra requirement:The common used terms (Abbreviation) for electronic packaging.。

微电子封装技术1. 引言微电子封装技术是在微电子器件制造过程中不可或缺的环节。

封装技术的主要目的是保护芯片免受机械和环境的损害，并提供与外部环境的良好电学和热学连接。

本文将介绍微电子封装技术的发展历程、常见封装类型以及未来的发展趋势。

2. 微电子封装技术的发展历程微电子封装技术起源于二十世纪五十年代的集成电路行业。

当时，集成电路芯片的封装主要采用插入式封装（TO封装）。

随着集成度的提高和尺寸的缩小，TO封装逐渐无法满足发展需求。

在六十年代末，贴片式封装逐渐兴起，为微电子封装技术带来了发展的机遇。

到了二十一世纪初，球栅阵列（BGA）和无线芯片封装技术成为主流。

近年来，微电子封装技术的发展方向逐渐向着三维封装和追求更高性能、更小尺寸的目标发展。

3. 常见的微电子封装类型3.1 插入式封装插入式封装是最早使用的微电子封装技术之一。

它的主要特点是通过将芯片引线插入封装底座中进行连接。

插入式封装一开始使用的是TO封装，后来发展出了DIP（双列直插式封装）、SIP（单列直插式封装）等多种封装类型。

插入式封装的优点是可维修性高，缺点是不适合高密度封装和小尺寸芯片。

3.2 表面贴装封装表面贴装封装是二十世纪六十年代末期兴起的一种封装技术。

它的主要原理是将芯片连接到封装底座上，再将整个芯片-底座组件焊接到印刷电路板（PCB）上。

表面贴装封装可以实现高密度封装和小尺寸芯片，适用于各种类型的集成电路芯片。

常见的表面贴装封装类型有SOIC、QFN、BGA等。

3.3 三维封装三维封装是近年来兴起的一种封装技术。

它的主要原理是在垂直方向上堆叠多个芯片，通过微弧焊接技术进行连接。

三维封装可以实现更高的集成度和更小的尺寸，同时减少芯片间的延迟。

目前，三维封装技术仍在不断研究和改进中，对于未来微电子封装的发展具有重要意义。

4. 微电子封装技术的未来发展趋势随着科技的不断进步，微电子封装技术也在不断发展。

未来，微电子封装技术的发展趋势可以总结为以下几点：1.高集成度：随着芯片制造工艺的不断进步，集成度将继续提高，将有更多的晶体管集成在一个芯片上，这将对封装技术提出更高的要求。

微电子封装的关键技术及应用前景论文近年来，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應用。

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。

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，因此采用什么样的封装关键技术就显得尤为重要。

1.微电子封装的概述1.1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【1】。

1.2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。

1.3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。

2微电子封装领域中的关键技术目前，在微电子封装领域中，所能够采用的工艺技术有多种。

主要包括了栅阵列封装（BGA）、倒装芯片技术（FC）、芯片规模封装（CSP）、系统级封装（SIP）、三维（3D）封装等（以下用简称代替）【2】。

下面对这些微电子封装关键技术进行一一介绍，具体如下：2.1栅阵列封装BGA是目前微电子封装的主流技术，应用范围大多以主板芯片组和CPU等大规模集成电路封装为主。

BGA的特点在于引线长度比较短，但是引线与引线之间的间距比较大，可有效避免精细间距器件中经常会遇到的翘曲和共面度问题。