PDF文档-电子制造与电子封装

1Prof.WuYiping,[e-mail]电子系2005－2006年学术年会讲稿吴懿平博士武汉光电国家实验室光电材料与微纳制造部华中科技大学材料学院8thDecember,2005(讲稿下载：www.smt-hust.com)电子制造与电子封装Prof.WuYiping,[e-mail]电子系2005－2006年学术年会讲稿‰制造、电子制造、电子封装‰电子封装的发展‰电子封装工艺技术‰倒装芯片技术‰导电胶技术提纲2Prof.WuYiping,[e-mail]电子系2005－2006年学术年会讲稿制造：Manufacture制造是一个涉及制造工业中产品设计、物料选择、生产计划、生产过程、质量保证、经营管理、市场销售和服务的一系列相关活动和工作的总称。（广义的定义，国际生产工程学会）从原材料或半成品经过加工和装配后形成最终产品的过程，即产品的加工工艺过程。（狭义的定义）一、制造、电子制造、电子封装Prof.WuYiping,[e-mail]电子系2005－2006年学术年会讲稿‡Longman词典对“制造”(Manufacture)的解释为“通过机器进行(产品)制作或生产，特别是适用于大规模、大批量的方式运作”（狭义）‡制造涉及的领域远非局限于机械制造，包括了机械、电子、化工、轻工、食品和军工等行业‡制造不是仅指具体的工艺过程，而是包括市场分析、产品设计、生产工艺过程、装配检验和销售服务等在内的产品整个生命周期过程3Prof.WuYiping,[e-mail]电子系2005－2006年学术年会讲稿‡广义的制造技术涉及生产活动的各个方面和全过程，是从产品概念到最终产品的集成活动和系统‡狭义理解的制造技术主要涉及产品的加工和装配工艺及过程‡机械制造：狭义的机械制造被理解为经加工和装配形成机械产品的过程，包括毛胚制作、零件加工、检验、装配等，其重点是机械加工和装配工艺。广义的机械制造应该包括机械产品从市场分析、经营决策、工程设计、加工装配、质量控制、销售运输直至售后服务的全过程。Prof.WuYiping,[e-mail]电子系2005－2006年学术年会讲稿电子制造（electronicmanufacture）电子产品硬件的物理实现过程（从硅片到电子产品）半导体工艺引线键合TAB倒装芯片通孔安装表面安装接插、导线连接等元器件单晶硅片晶片产品系统板卡椭圆部分又称为电子封装（electronicPackaging）晶片的制造则称为半导体制造（semiconductormanufacture）4Prof.WuYiping,[e-mail]电子系2005－2006年学术年会讲稿‡广义的电子制造也包括电子产品从市场分析、经营决策、工程设计、加工装配、质量控制、销售运输直至售后服务的全过程。‡狭义的电子制造则是指电子产品从硅片开始到产品系统的物理实现过程。Prof.WuYiping,[e-mail]电子系2005－2006年学术年会讲稿电子封装‡从电路设计的完成开始，将裸芯片（chip）、陶瓷、金属、有机物等物质制造（封装）成芯片、元件、板卡、电路板，最终组装成电子产品的整个过程半导体制造‡利用微细加工技术将各单元器件按一定的规律制作在一块微小的半导体片上进而形成半导体芯片的过程，也称为集成电路制造。5Prof.WuYiping,[e-mail]电子系2005－2006年学术年会讲稿半导体制造的前工程和后工程‡二者以硅圆片（wafer）切分成晶片（chip）为界，在此之前为前工程，在此之后为后工程。‡所谓前工程是从整块硅圆片人手，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、集成电路等半导体元件及电极等，开发材料的电子功能，以实现所要求的元器件特性。‡所谓后工程是从由硅圆片切分好的一个一个的小晶片入手，进行装片、固定、键合连接、塑料灌封、引出接线端子、检查、打标等工序，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。Prof.WuYiping,[e-mail]电子系2005－2006年学术年会讲稿电子设计、电子制造（半导体制造与电子封装）等构成三个相对独立的电子产业。电子封装涉及的范围广、带动的基础产业多、与之相关的基础材料和工艺装备更是“硬中之硬”，亟待迅速发展。6Prof.WuYiping,[e-mail]电子系2005－2006年学术年会讲稿电子产品分类：消费类电子产品计算机和通信电子产品军用电子产品卫星电子产品Prof.WuYiping,[e-mail]电子系2005－2006年学术年会讲稿电子产品的总成结构7Prof.WuYiping,[e-mail]电子系2005－2006年学术年会讲稿Prof.WuYiping,[e-mail]电子系2005－2006年学术年会讲稿母板3级封装2级封装板卡1级元器件/模块0级芯片封装的级别8Prof.WuYiping,[e-mail]电子系2005－2006年学术年会讲稿提供如下主要作用：信号互连功率分配机械支撑和保护散热处理/存储信息（功用）保证一定服役条件下的成本质量、服务性、可靠性以及对功用的影响容限。Prof.WuYiping,[e-mail]电子系2005－2006年学术年会讲稿耳机与视觉MD、MP3、MP4手腕电子产品手提电脑移动电话、掌上电脑身份识别医疗电子二、电子封装的发展•小型化•超轻•高性能•多功能•高集成•低能耗•低成本…9Prof.WuYiping,[e-mail]电子系2005－2006年学术年会讲稿年1970s1980s1990s2000-2010小尺寸SOPSOJS-SOPTSOPPLCCQFPDIP/PGABGACSPMCMTQFPTAB电子封装器件发展趋势电子封装器件发展趋势多引脚轻重量、小尺寸Prof.WuYiping,[e-mail]电子系2005－2006年学术年会讲稿•高密度封装的电子产品日益普及，已经成为人们的必需•电子产品的功能越来越多、性能越来越强、体积越来越小、重量越来越轻•电子产品向多功能、高性能和小型化、轻型化方向迅猛发展•绿色制造成为优先考虑的因素•高密度封装从出现到成为主流只花了不到5年的时间，发展之迅速，所料不及，给我们带来了非常好的发展机会10Prof.WuYiping,[e-mail]电子系2005－2006年学术年会讲稿值得注意的动向‡在美国，落后于半导体芯片技术的封装技术正在奋起直追，研发先进的封装工艺与装备，再次占领电子工业的新的制高点；‡在欧洲，更加注重电子封装和电子设计，将电子封装视为成败的关键；‡在日本，已经形成了国家、企业和研究机构的联合舰队，大力发展电子封装技术和装备，成为电子封装装备的输出国‡在韩国，举全国之力研发新一代封装技术和装备，并跻身成为封装设备的输出国Prof.WuYiping,[e-mail]电子系2005－2006年学术年会讲稿互连的结构和工艺技术发展ICDIP/PGAPWB（a）60~70’s，是DIP与插装的时代（b）80’s，是QFP和SMT的时代ICQFPPWB引线键合技术通孔焊接技术引线键合、TAB技术表面安装技术ICBGAPWB（c）90年代是BGA和MCM的时代表面安装技术倒装芯片技术11Prof.WuYiping,[e-mail]电子系2005－2006年学术年会讲稿（d）21世纪的封装集成(乔治亚理工大学提出)Prof.WuYiping,[e-mail]电子系2005－2006年学术年会讲稿电磁干扰（EMI）低成本高密度互连（HDI）高速多应用小型化热可靠柔性化下一代电子产品的要求12Prof.WuYiping,[e-mail]电子系2005－2006年学术年会讲稿引线键合载带自动焊倒装芯片通孔安装表面安装连接器和接插一级封装二级封装三级封装其它技术封装级别分类三、电子封装工艺技术Prof.WuYiping,[e-mail]电子系2005－2006年学术年会讲稿引线键合技术(wirebonding)采用加热、加压和超声能(热压、热声焊接)用直径为几十到几百微米的Au、Al或者Si－Al金属丝，将芯片的I/O端与对应的封装引脚或者基板上布线焊区（Al或者Au）互连的一个固相焊接过程。13Prof.WuYiping,[e-mail]电子系2005－2006年学术年会讲稿球形键合第一键合点第二键合点楔形键合第一键合点第二键合点Prof.WuYiping,[e-mail]电子系2005－2006年学术年会讲稿细间距（60µm）QFP封装的键合低弧度键合25µm接地键合：球/楔叠层键合14Prof.WuYiping,[e-mail]电子系2005－2006年学术年会讲稿载带自动焊技术（TAB）是芯片引脚框架的一种互连工艺，首先在高聚物上做好元件引脚的导体图样，然后将晶片按其键合区对应放在上面，然后通过热电极一次将所有的引线进行批量键合。TAB键合的晶片，裸芯片放在带上并和内部导体图样互连Prof.WuYiping,[e-mail]电子系2005－2006年学术年会讲稿载带自动焊（TapeAutomatedBonding）基本工艺圆片凸点制作划片内引线键合（ILB）测试包封切割测试/老化外引线键合（OLB）15Prof.WuYiping,[e-mail]电子系2005－2006年学术年会讲稿内引线键合(ILB)外引线键合（OLB）Prof.WuYiping,[e-mail]电子系2005－2006年学术年会讲稿应用－－LCD模块组装流程在TAB中，LCD驱动芯片（LDI）连接到TCP上，然后TCP互连到薄膜晶体管（TFT）阵列基板上。下图是其TCP结构16Prof.WuYiping,[e-mail]电子系2005－2006年学术年会讲稿应用－－COG和TAB两种方法将LDI互连倒TFT阵列基板Prof.WuYiping,[e-mail]电子系2005－2006年学术年会讲稿17Prof.WuYiping,[e-mail]电子系2005－2006年学术年会讲稿倒装芯片技术通过芯片上的凸点（铅锡、Au、Ni或者导电聚合物）直接将芯片面朝下用焊料或者导电胶互连到基板(载体/电路板)上的一种工艺技术“倒装”是相对于引线键合而言。引线键合倒装芯片Prof.WuYiping,[e-mail]电子系2005－2006年学术年会讲稿通孔安装技术－插装波峰焊成本效率体积18Prof.WuYiping,[e-mail]电子系2005－2006年学术年会讲稿通孔安装技术－选择性波峰焊Prof.WuYiping,[e-mail]电子系2005－2006年学术年会讲稿通孔安装技术－通孔回流焊19Prof.WuYiping,[e-mail]电子系2005－2006年学术年会讲稿通孔安装技术－通孔回流焊Prof.WuYiping,[e-mail]电子系2005－2006年学术年会讲稿表面安装技术(SMT)(surfacemounttechnology)锡膏印刷元器件贴装