1第一讲-电子封装

第一章电子封装技术概述1、电子封装工程的定义及范围1.1定义1.2范围1.3功能1.4分类2、技术课题2.1信号的高速传输2.2高效率冷却2.3高密度化2.4防止电磁波干扰技术第一章电子封装技术概述3、从电子封装技术到电子封装工程3.1电子封装技术的体系和范围3.2电子封装工程的主要课题3.3电子封装材料3.4电子封装发展的国内外现状电子封装工程的定义－封装概念“封装”的由来：真空电子管时代，“组装或装配”——将电子管等器件安装在管座上构成电路设备50多年前，三极管出现，30多年前，IC等半导体组件出现因为一方面，半导体组件细小柔嫩另一方面，性能高，功能多，规格多。为了充分发挥其功能，需要补强、密封、扩大，以便实现与外电路可靠的电气连接并得到有效的机械、绝缘等方面的保护作用。由此发展了“封装”的概念电子封装的发展过程图电子封装工程的定义－半导体器件制作工程半导体器件制作过程前工程：从整块硅圆片入手，经过多次重复的制膜、氧化、扩散，包括照相制版和光刻等工序，制成三极管、集成电路等半导体组件卫电极等，开发材料的电子功能，以实现所要求的元器件特性。电子封装工程的定义－半导体器件制作工程半导体器件制作过程后工程：从由硅圆片切分好的一个一个的芯片入手，进行装片、固定、键合连接、塑料灌封、引出接线端子、按印检查等工序，完成作为器件、部件的封装体，以确保元器件的可靠性并便于与外电路连接。前工程、后工程区分以硅圆片切分成芯片为界从半导体和电子元器件到电子机器设备图电子封装工程的定义－狭义的封装狭义的封装在后工程中完成利用膜技术及微细连接技术，将半导体元器件及其它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。前图所示的封装工程是指将封装体与基板连接固定，装配成完整的系统或电子机器设备，以确保整个系统综合性能的工程。电子封装工程的定义－广义的封装工程广义的电子封装工程狭义的封装、实装工程、基板技术的总和将半导体、电子器件所具有的电子的、物理的功能，转变为适用于机器或系统的形式，并使之为人类社会服务的科学与技术，统称为电子封装工程。电子封装工程的定义按照特征尺寸的量级，电子封装工程的四个层次图狭义的封装：从半导体芯片到50微米的工程领域为实装工程将封装体连接于基板之上四个层次构成了电子封装工程电子封装工程的定义电子封装工程的各个方面：随半导体大规模集成电路技术的进展及电子机器设备向轻量、小型、多功能等方向的发展，对电子封装工程提出越来越高的要求。例如，超高性能化、薄型小型化、多端子引线、高频、大功耗以及高可靠性等等。这意味着电子封装工程所涉卫的科学技术颂域越来越多，范围越来越广，问题的难度也越来越大。电子封装技术的构成及相关的技术、产业领域第一章电子封装技术概述1、电子封装工程的定义及范围1.1定义1.2范围1.3功能1.4分类2、技术课题2.1信号的高速传输2.2高效率冷却2.3高密度化2.4防止电磁波干扰技术电子封装工程的范围电子封装属于复杂的系统工程工艺上讲，四大基础技术：薄厚膜技术、基板技术、微细连接技术、封接及封装技术，及由此派生出的各种各样的工艺问题从材料上讲，涉及到各种类型的材料如焊丝框架、焊剂焊料、金属超细粉、玻璃超细粉、陶瓷粉料、表面活性剂、有机粘结剂、有机洛剂、金属浆料、导电填料、感旋光性树脂、热硬化树脂、聚酞亚胺薄膜、感旋光性浆料，还有导体、电阻、介质及各种功能用的薄膜厚膜材料等。从设什、评价、解析技术讲，涉及到膜特性、电气特性、热特性、结构特性及可靠性等方面的分析、评价与检测电子封装工程的范围电子元器件的轻、薄、短、小、高性能，以及芯片向高集成度、高频率、超高1／O端子数方向发展，对电子封装提出越来越高的要求。包括：封装的引脚门（引线）数越来越多，引脚节距越来越小，封装厚度越来越薄，封装面积越来越小，封装体在基板上所占的面积比例越来越大增加封装工艺难度的同时，对电路系统的涉及（如采用CAD／CAM／CAT系统）及制造、生产装置等提出更严格的要求设计系统及制造、生产装置的进步对电子封装产生了巨大的促进作用电子封装的各个阶段电子封装工程的范围－层次划分以超级计算机，ISDN（综合服务数字网络系统为例，设备构成在装配的各个阶段的层次为：1层次指半导体集成电路组件(芯片),半导体厂商提供系列标准芯片针对系统用户特殊要求的专用芯片可称为未加封装的裸芯片更为确切。确保芯片质量非常关键保证芯片的功能符合要求及足够高的初期合格率电子封装工程的范围－层次划分2层次，包括：单芯片封装：对单个裸芯片进行封装多芯片组件：将多个裸芯片装载在陶瓷等多层基板上，进行气密性封装（MCM）：将多只确保质量的好管芯封装在多层互连基板上与其它元器件一起构成具有部件或系统功能的多芯片组件伴随着集成电路组件的高速、高集成化而产生与单芯片封装相比，MCM具有更高的封装密度能更好地满足电子系统微型化的需要电子封装工程的范围－层次划分2层次，包括：单芯片封装：对单个裸芯片进行封装多芯片组件：将多个裸芯片装载在陶瓷等多层基板上，进行气密性封装（MCM）：如DIP方式将多个单芯片封装在PCB上，则元器件间布线过长，布线的分布电客及布线的电阻会造成信号的延迟、损耗，难以发挥集成电路组件高速、高集成化的优势MCM技术是电子封装的发展趋势电子封装工程的范围－层次划分3层次指构成板或卡的装配工序，将多数个完成层次2的单芯片封装和MCM，实装在PCB板等多层基板上，基板周边设有插接端子，用于与母板及其它板或卡的电气连接。4层次称为单元组装。将多个完成层次3的板或卡，通过其上的插接端子，措载在称为母板的大型PCB板上，构成单元组件。电子封装工程的范围－层次划分5层次指将多个单元构成架，单元与单元间用布线或电缆相连接6层次即总装。将多个架并排，架与架之间由布线或电缆相连接，由此构成大规模电子设备电子封装工程中，一般称层次1为0级封装，层次2为1级封装，层次3为2级封装，层次4、5、6为3级封装电子封装工程的涉及的技术、材料、工序范围芯片→封装基板→实装基板→安装到电子机器设备或系统以封装涉及的几何维数考虑，可分解为：点，零维：通过点的键合实现电气导通，如引线连接的键合点、倒装片的接点、回流焊的键合点等线，一维：通过金丝或布线实现电气连接，如键合引线、带载引线、电极布线、电源线、接地线、信号线等。面，二维：通过封接实现面与面的紧密接触，以保证固定、密封、传热等，如导电浆料所起的作用典型的平面（球栅）阵列封装结构电子封装工程的涉及的技术、材料范围电子封装工程的涉及的技术、材料、工序范围体，三维：通过封装，将可塑性绝缘介质经模注、灌封、压入等，使芯片、中介板（或基板）、电极引线等封为一体，构成三维封装体，起到密封、传热、应力缓和及保护等作用。狭义的封装即指此过程块，多维：指带有电极引线端子的封装体。块与基板的连接即为实装。实装方式有针脚插入型(如DIP)，平面阵列针脚插入型(如PGA)，表面贴装型(如QFP)，平面阵列表面贴装型(如BGA)等板，三维：指实装有半导体集成电路组件，L、C、R等分立组件，变压器和其它部件的基板。由板通过插入、机械固定等方式安装成为系统或整机电子封装工程的涉及的技术、材料、工序范围电子封装工程中键合、连接、封接、封装、实装、安装等术语含义名词术语不统一，同一术语所指内客不同，相同内客采用不同术语封装：指上述构成“体”的过程，或指封装体本身封装技术：从点、线、面到构成体的全部过程及工艺“实装”指上述体与板的连接过程及工艺电子封装工程包括上述所有方面第一章电子封装技术概述1、电子封装工程的定义及范围1.1定义1.2范围1.3功能1.4分类2、技术课题2.1信号的高速传输2.2高效率冷却2.3高密度化2.4防止电磁波干扰技术电子封装的功能电子封装的功能芯片电气特性的保持功能：最主要的功能，PKG的迅速进步，正是为了充分保持芯片的固有特性，满足不断发展的高性能化、小型化、高频化等方面的要求芯片的保护功能：保护芯片表面以及连接引线等，使在电气或物理等方面相当柔嫩的芯片免受外力损害及外部环境的影晌。PKG是半导体器件的外缘，是芯片与实装基板间的界面应力缓和功能：通过PGK使芯片的热膨胀系数与基板的热膨胀系数相匹配，并与外界环境相隔离。缓解由于热等外部环境的变化而产生的应力以及由于芯片自发热而产生的应力，从而可防止芯片损坏失效。DIP为例的功能说明DIP是仍在广泛使用的PKG技术芯片电气特性保持：芯片由Au浆料固定在陶瓷底座上，蒸镀AI的Fe／Ni系金属引线端子一端通过AI丝键合与芯片电极连接，另一端伸到PKG之外芯片保护：底座与陶瓷盖板由玻璃封接，使芯片密封在陶瓷之中与外界隔离DIP为例的功能说明应力缓和：玻璃，封接密封作用，应力缓和作用，玻璃过渡后，陶瓷与Fe／Ni系金属的热膨胀系数相匹配。尺寸调整配合：芯片的电极间距较大，用引线框架即可完成尺寸调整（间距变换）的功能，一般DIP引线端子的节距为2.54mm。可靠性试验：主要针对封接玻璃进行（焊接的热循环过程中，出现裂纹?防止热膨胀失配?）第一章电子封装技术概述1、电子封装工程的定义及范围1.1定义1.2范围1.3功能1.4分类2、技术课题2.1信号的高速传输2.2高效率冷却2.3高密度化2.4防止电磁波干扰技术电子封装分类发展极为迅速，种类繁多、结构多样，发展变化大。分类的方法很多，可按芯片的装载方式（一级封装）基板类型封接方式PKG的外形、结构、尺寸实装方式（二级封装）按芯片的装载方式（一级封装）分类按芯片的装载方式（一级封装）分类按芯片上有电极的一面相对于装载基板来说是朝上还是朝下来分：正装片倒装片（fliP－chip）按芯片的电气连接方式来分有引线键合方式无引线键合方式——倒装片键合——TAB（自动键合带）——微机械键合之分按芯片的装载方式（一级封装）分类引线键合方式用Au、AI、Cu等极细的金属丝（通常直径为35微米，功率元件用数百微米）分别在两个端子进行键合连接。不需要对端子进行预处理，定位精度较高，作为通用连接方式广泛采用。缺点要多个端子进行键合，作业速度慢引线必须向上或向下拐弯，需要一定的高度，因此不利于薄型封装。按芯片的装载方式（一级封装）分类无引线键合方式中，要对LSI芯片电极（AI电极）预处理，形成半球形的凸点（焊台）通过中间阻挡金属层，附上Au、Cu等凸点。在倒装片微互联时，使凸点直接与基板上相应的布线电极相接触，键合一次完成。按芯片的装载方式（一级封装）分类TAB键合方式。芯片装载在预先布好线的有机带基上。适合薄型高密度封装，便于自动化操作。按基板类型分基板的作用：措载、固定电子元器件，利用其表面或内部形成的电路图形，进行电路连接，同时兼有绝缘、导热、隔离及保护元器件的作用。电子封装不断向小型、细引线间距、立体化、高频、大功率密度等方向发展，对基板提出越来越高的要求。不同的封装类型总是对应着不同类型的基板。从材料上，分有机基板和无机基板两大类从结构上，分单层（包括柔性带基）、双层、多层、复合基板等。按封接或封装方式分半导体元件的封接或封装方式分：气密性封接树脂封装封接和封装的目的：与外部温度、湿度、气氛等环境隔绝，起保护和电气绝缘作用，同时还可实现向外散热及应力缓和一般说来，气密封装可靠性较高，价格贵。目前由于封装技术及材料的政进，树脂封装已占绝对优势，在有些特殊颂域，气密性封装必不可少的。按封接或封装方式分半导体元件的封接或封装方式分：气密性封接树脂封装封接和封装的目的：与外部温度、湿度、气氛等环境隔绝，起保护和电气绝缘作用，同时还可实现