5-2表面安装元器件的封装技术

*微组装工艺*2SMD的分类及其特点3主要SMD的封装技术第四章表面安装元器件的封装技术1概述4BGA封装技术*微组装工艺*4.1概述表面安装元器件是SMT技术的基础与核心。称为片式元器件（SMC或SMD），又称表面安装封装件（SMP）。本章只讨论有源片式器件（SMD）的相关技术。*微组装工艺*4.1.1表面安装元器件20世纪60年代,荷兰菲利浦公司研制出钮扣状IC封装,并以表面安装的形式用于电子手表。这种器件封装结构后来发展成为小外形封装的IC(SOIC),引脚分布在封装体的两边成鸥翼形。*微组装工艺*90年代初、中期，为解决高I/O数封装问题，终于出现了BGA封装技术。表面安装元器件与直插型器件焊点形式比较直插型翼型J形*微组装工艺*4.1.2SMD的优势SMD与通孔插装元件相比，有如下明显优势：(1)SMD体积小、重量轻,所占基板面积小,因而组装密度高SMD所占基板面积只为DIP的25%∽40%；所点基板空间（高度）为DIP的40%∽85%；而重量为DIP的4.5%∽13.5%。SMD只占有基板的一面，而DIP却占有两面，一面插装，另一面焊接。(2)与DIP相比，具有优异的电性能*微组装工艺*SMD的引脚短或无引脚，寄生参数（L、C）小，噪声小，信号传输快。(3)适合自动化生产SMD小而轻，形状规则，安装机拾放容易，且一机可以安装多种SMD。(4)降低生产成本安装SMD的PWB钻孔大大减少，可减少插装元器件的打弯整形工序，可两面安装，节约PWB面积；自动化程度高，可大大提高生产率。这些都能有效降低生产成本。*微组装工艺*(5)能提高可靠性SMD的端电极直接安装在PWB上，消除了元器件与PWB间的二次连接，可减少因连接引起的故障。直接安装紧靠PWB，具有良好的耐冲击及耐高频振动能力。其电子产品的可靠性高于DIP。(6)更有利于环境保护同样功能的IC，SMD比DIP小得多，原材料减少，环境污染相应减少。*微组装工艺*4.1.3SMD的不足采用SMD，元器件安装密度高，PWB上功率密度高，散热问题显得重要；SMD与PWB的CTE不一样引起的裂纹和开裂问题，塑料件的吸潮问题等，都是SMD技术中需要解决的问题。*微组装工艺*4.2SMD的分类及其特点SMD的种类很多，通常可按封装外形及封装材料进行分类。4.2.1按封装外形分类及特点•芝麻管形、圆柱形、SOT形：主要封装二极管、三极管，有2∽4个引脚；•SOP（SOJ）形：引脚两边引出,封装数十个I/O引脚的中、小规模IC及少数LSI芯片，节距多为1.27mm和0.65mm等；•PQFP形：四边引脚，主要封装I/O数为40∽304的LSI和VLSI，节距1.27、0.8、0.65、0.5、0.4、0.3mm；*微组装工艺*•PLCC形：为四边引脚，封装I/O数为16∽256的IC，节距：1.27、1.0、0.8、0.65mm；•BGA/CSP：基底底面面阵凸点引脚，封装数百乃至数千I/O引脚数的IC，节距1.27、1.0、0.8、0.5mm；•裸芯片直接芯片安装（DCA）：如COB、FCB等，节距可小于0.2mm。*微组装工艺*4.2.2按封装材料分类及特点•玻璃二极管封装：圆柱形无引脚，用于齐纳二极管、高速开关管及普通二极管；•塑料封装类：利用引线框架安装芯片并进行模塑封装，适合晶体管和IC封装，是SMD主要封装形式，占总量的95%以上；•陶瓷封装类：气密性封装，具有良好的电性能、热性能及耐腐蚀性，成本较高，在尖端领域得到广泛应用。*微组装工艺*4.3主要SMD的封装技术在一小小的的圆陶瓷片（直径3mm）上用厚、薄膜方法制成发射极、基极、集电极并引出三根引脚，芯片烧（粘）结在集电极焊区上，芯片上的e、b用WB焊接到陶瓷片的e、b电极上，再用环氧树脂将芯片包围固化起来。曾在HIC中沿用到80年代中期。4.3.1“芝麻管”的封装技术*微组装工艺*将二极管芯片装在具有内部电极的玻璃管中，再将玻璃管的两端装上正、负极金属帽。就制成了表面安装元器件。4.3.2圆柱形无引脚安装(MELF)二极管的封装技术由于圆形电极无方向性，给安装带来很大方便，也无需编带包装，从而节省了包装成本。*微组装工艺*SOT型封装原为替代HIC的芝麻管，安装在HIC陶瓷基板上。随着SMT的发展，更多的SOT型封装用于PWB上安装。SOT型通常有三种：SOT23、SOT89和SOT143。4.3.3小外形晶体管（SOT）的封装技术1.SOT23*微组装工艺*有三根翼形引脚的通用型晶体管封装结构。这种主要用于封装小功率晶体管，也用于封装场效应管、二极管及带电阻网络的复合晶体管。*微组装工艺*三根短引脚分布在同一侧的功率晶体管封装结构。集电极宽且长，塑封时露在外面，用于装芯片和散热。2.SOT89*微组装工艺*主要特点是有四根翼形引脚，散热性能与SOT23相当,主要用于场效应晶体管及高频晶体管封装。3.SOT143*微组装工艺*SOP实际上是DIP的变形，将直插式引脚向外或向内弯曲。4.3.4IC小外形封装（SOP）技术SOP的封装结构的引脚有两种不同的形式：•“L”形的翼形引脚——SOP；•“J”形的引脚，引脚在封装的下面，所占的PWB面积比SOP要小——SOJ。*微组装工艺**微组装工艺*SOP的特点是引脚易焊接,焊点容易检查,但占用PWB的面积比SOJ大,SOJ的安装密度高。两类封装的引脚节距多为1.27mm、1.0mm和0.65mm等，引脚数为8∽86只。主要封装中、小规模芯片，也封装I/O引脚低的LSI芯片。*微组装工艺*SOP、SOJ几乎全部是模塑封装，其封装技术与其他模塑工艺类似。先把IC芯片用导电银浆（又称导电胶）或树脂粘接在引线框架上，经树脂固化，使IC芯片固定，再将IC芯片上的焊区与引线框架引脚的键合区（一般局部镀Au或Ag）用WB连接。然后放入塑封模具中进行模塑封装，出模后经切筋整修，去除塑封“毛刺”，对框架外引脚打弯成型。若引脚弯成翼形，就成为SOP；若引脚弯成“J”形，就成为了SOJ。成型的SOP、SOJ经筛选、测试、分选、打印、包装，就成为了成品。封装过程示意图如下图所示。leadframeleadframe封装封装SawingWireBondingMoldDieAttachPackingTrimmingWaferFormingFinalTestLeadFrameTinPlatingSnPb/SnBiBondingWireEMCSawBladeCapillaryDie*微组装工艺*4.3.5塑料有引脚片式载体（PLCC）封装技术PLCC是美国20世纪70年代开发的针对LSI的封装结构，节距1.27mm，四边引脚呈“J”形，向封装体下面弯曲。引脚材料为Cu合金。其内部结构和外形如图所示。*微组装工艺*PLCC的外形有方形和矩形两种，矩形PLCC引脚数为18、28和32等几种，方形PLCC有20、28、44、52、68、84、100和124等多种，美国重点开发的是84以下引脚的PLCC。*微组装工艺*要特别注意的是：PLCC的引脚起始点排列顺序与SOP及DIP有所不同，PLCC的1号引脚结构从左边开始逆时钟记数，如图。*微组装工艺*LCCC是美国20世纪70年代研制的。其特点是无引脚，在陶瓷封装体四周的引脚处具有城堡式的镀Au凹槽，可直接焊到基板的焊区上，或者安装到已焊接到PWB的插座上。由于是无引脚的陶瓷气密性封装，寄生电感和寄生电容小，适于高频、高速LSI芯片封装，且电性能、热性能和耐腐蚀性能俱佳，但制作工艺要求高且复杂，又使用陶瓷，故成本较高，常应用于军事和高科技领域中。4.3.6陶瓷无引脚片式载体（LCCC）封装技术*微组装工艺*LCCC的引脚节距为1.27mm、1.0mm、0.65mm、0.635mm和0.5mm等，有矩形和方形两种。矩形引脚数为18、22、28、32、42，方形引脚数为16∽256多种。LCCC是用90%∽96%的Al2O3多层陶瓷工艺制作。*微组装工艺*为解决高I/O引脚数的LSI、VLSI芯片的封装，满足SMT高密度、高性能、多功能及高可靠的要求,引脚节距向窄节距方向发展,日本于20世纪80年代研制开发出了四边引脚扁平封装(QFP)。封装体引脚四边引出,有翼形和“J”形引脚(又称QFJ)两种，如下图所示。QFJ实际上与美国研制开发的PLCC相同,只是叫法不同。4.3.7四边引脚扁平封装（QFP）技术*微组装工艺*1.QFP的分类与特点QFP按其封装材料、外形结构及引脚节距常分为如下几种：(1)塑封QFP（PQFP）产量及使用量最大且应用面最广、价格最低的SMD封装产品，占所有QFP的90%以上。引脚节距通常为1.0mm、0.8mm和0.65mm。(2)陶瓷QFP（CQFP）*微组装工艺*(3)薄型QFP（TQFP）为适用各种薄型电子整机而开发，封装厚度较薄，最小封装厚度可达1.4mm或更薄。引脚节距为0.5mm、0.4mm和0.3mm。价格较高的气密性SMD封装产品，多用于军事通信装备及航空航天等要求高可靠或使用环境条件苛刻的尖端电子装备中。引脚节距通常为1.27mm、1.0mm、0.8mm和0.635mm。*微组装工艺*(4)窄节距QFP（FQFP）由于引脚节距变窄，封装体相应变小、变薄，引脚节距为0.5mm、0.4mm和0.3mm。(5)带保护垫的QFP（BQFP）带有翼形引脚的各类窄QFP,由于引脚非常纤细,容易在包装、运输、储存、加工测试过程中损坏引脚或破坏引脚的共面性,美国开发出一种窄引脚间距QFP结构。其最突出的特点是四角有凸出的缓冲垫,它比引脚长约0.05mm(约2mil)，用来保护纤细的引脚。*微组装工艺*以上各类型的QFP又有矩形和方形之分，引线框架材料多为C194Cu或42铁镍合金。按日本的EIAJ标准，方形QFP的外形尺寸多为5mm或7mm的整数倍，而矩形QFP的长宽比，通常长边为短边倍。2*微组装工艺*2.PQFP的封装工艺技术IC圆片裂片IC芯片粘接、固化WB或TAB装模具预热塑料塑料加热加压固化后开模切筋、打弯、去溢引线框架模具制作引线电镀老化筛选测试、分选打印包装*微组装工艺*4.4BGA封装技术BGA其外形结构为方形或矩形。根据其焊料球的排布方式可分为周边型、交错型和全阵列型BGA。根据其基板的不同，主要分为三类：PBGA（PlasticballGridarray塑料焊球阵列）、CBGA（ceramicballGridarray陶瓷焊球阵列）、TBGA（tapeballgridarray载带型焊球阵列）。*微组装工艺*BGA封装结构中芯片与基板的互连方式主要有两种：引线键合和倒装焊。目前BGA的I／O数主要集中在100~1000。目前PBGA的互连常用引线键合方式，CBGA常用倒装焊方式，TBGA两种互连方式都有使用。*微组装工艺*4.4.1引线键合PBGA的封装工艺流程2、封装工艺流程圆片减薄→圆片切削→芯片粘结→等离子清洗→引线键合→等离子清洗→模塑封装→装配焊料球→回流焊→表面打标→分离→最终检查→测试→包装1、PBGA基板的制备在BT树脂／玻璃芯板的两面层压极薄（12~18μm厚）的铜箔，然后进行钻孔和通孔金属化。用常规的PCB加工工艺在基板的两面制作出图形，如导带、电极、及安装焊料球的焊区阵列。然后加上焊料掩膜并制作出图形，露出电极和焊区。为提高生产效率，一条基片上通常含有多个PBGA基板。*微组装工艺*4.3.2FC-CBGA的封装工艺流程2、封装工艺流程圆片凸点的制备→圆片切割→芯片倒装及回流焊→底部填充→导热脂、密封焊料的分配→封盖→装配焊料球→回流焊→打标→分离→最终检查→测试→包装1、陶瓷基板FC-CBGA的基板是多层陶瓷基板，它的制作是相当困难的。它的主要过程是：先将多层陶瓷片高温共烧成多层陶瓷金属化基片，再在基片上制作多层金属布线，然后进行电镀等。*微组装工艺*4.4.3引线键合TBGA的封装工艺流程1、TBGA载带由聚酰亚胺材料制成TBGA载带。在制作时，先在载带的两面进行覆铜，然