微电子封装及微连接技术第三章集成电路封装结构

11微电子封装及微连接技术第三章微电子封装结构王春青，微连接研究室，0451-86418725，[e-mail]，„第一节封装概论„封装的功能„封装材料„第二节塑料封装„插装式器件„表面安装器件„第三节陶瓷封装„陶瓷封装的特点和工艺过程„各种封装结构„第四节印制电路板组装„插装式„表面组装23第一节封装概论封装的功能封装的分类封装材料王春青，微连接研究室，0451-86418725，[e-mail]，、封装的功能信号分配主要的布图和电磁性能电源分配电磁、结构和材料热耗散冷却，从材料和结构考虑元件和互连的保护从机械、化学、电磁等方面3王春青，微连接研究室，0451-86418725，[e-mail]，，封装已经从附属制造工艺变为了主要工艺，集成电路的成本中的约2/3为封装所承受。其作用也从加固和支撑的简单作用上升到器件性能的关键部分。王春青，微连接研究室，0451-86418725，[e-mail]，、封装的分类„以材料分类„塑料封装„陶瓷封装„以外引线及其分布形式„边缘封装„面封装„插装封装„表面贴装式封装„以封装的气密性„非气密封装„气密封装4王春青，微连接研究室，0451-86418725，[e-mail]，，微连接研究室，0451-86418725，[e-mail]，、封装材料-绝缘材料1000501006覆盖玻璃钢80010030包钢殷钢10005.030~504~8玻璃-陶瓷1000400233.5金刚石2000600376.5BN2000240686.8BeO1900230338.8AlN20002703742SiC160030237Si3N4160020669.486%氧化铝150018609.292%氧化铝加工温度(°C)热导率[W/(m•K)]热膨胀系数(10-7/°C)介电常数无机物5王春青，微连接研究室，0451-86418725，[e-mail]，~6002.6苯并环丁烯3500.25003.5聚酰亚胺1750.21584.7FR-4(X-Y面)2000.351184.0聚酰亚胺-石英(X)2000.2603.6环氧树脂-Kevlar(X-Y)(60%)加工温度(°C)热导率[W/(m•K)]热膨胀系数(10-7/°C)介电常数有机物王春青，微连接研究室，0451-86418725，[e-mail]，%锡5715916280金-20%锡2402304.3660铝130100301350金-铂150140201145银-钯1753501450可伐合金1115461500殷钢6663201900铬921336.81455镍7011010.81552钯719010.61774铂146505.22625钼200455.53415钨2971422.21063金4181971.6960银3931701.71083铜热导率[W/(m•K)]热膨胀系数(10-7/°C)电阻率(10-6Ω•cm)熔点(°C)611第二节塑料封装塑料双列直插式封装表面组装器件塑料封装的问题王春青，微连接研究室，0451-86418725，[e-mail]，„重量轻、尺寸小„重量约为陶瓷封装的1/2；适合于薄型封装„成本低„约为陶瓷封装55%，比气密封器件低12%„不需要严格的老化筛选试验„应用最为广泛„可靠性„1978年的100只/百万工作时间的失效率„1990年0.05只/百万工作时间的失效率„与气密封装相近的可靠性„非气密封装„塑料和引线之间的结合不能阻止气体和液体的渗入„组装„引线插入印制电路板上的金属孔焊盘，采用钎焊连接7王春青，微连接研究室，0451-86418725，[e-mail]，、塑料双列直插式封装引线间距：2.54mm(100mil)，引线框架：铜合金、42合金、50合金，镀金、银或钯。外引线镀锡铅合金。芯片采用导电胶粘接在框架上，通过引线键合将芯片上的铝焊盘和引线框架的引线用金丝、铝丝或铜丝连接起来，然后用环氧树脂注塑包封，切割、整形。王春青，微连接研究室，0451-86418725，[e-mail]，，微连接研究室，0451-86418725，[e-mail]，、表面组装器件„插装器件的问题„引线尺寸和引线间距大、器件尺寸大，组装密度低„引线数目受到限制„信号通路不顺„表面组装器件„引线间距大幅度减小，组装尺寸是插装的1/3„信号通路缩短，顺畅直插型器件与表面组装器件的焊点形式王春青，微连接研究室，0451-86418725，[e-mail]，„有引线封装„小外形封装(SOP-SmallOutlinePackage)„塑料有引线片式载体(PLCC-PlasticLeadChipCarrier)„塑料四边引线扁平封装(PQFP-PlasticQuadFlatPackage)„无引线封装„塑料球栅阵列(PBGA-PlasticBallGridArray)„芯片尺寸封装(CSP-ChipScalePackage)„多芯片封装BGA(MEM-PBGA)9王春青，微连接研究室，0451-86418725，[e-mail]，，微连接研究室，0451-86418725，[e-mail]，，微连接研究室，0451-86418725，[e-mail]，，微连接研究室，0451-86418725，[e-mail]，，微连接研究室，0451-86418725，[e-mail]，，微连接研究室，0451-86418725，[e-mail]，：MCM-PBGA12王春青，微连接研究室，0451-86418725，[e-mail]，，微连接研究室，0451-86418725，[e-mail]，、塑料封装的问题„非气密封装„模塑料会吸收潮气，表面组装元件焊接加热时封装会出现爆裂„管芯金属化腐蚀„需要干燥包装；焊前高温烘烤去湿。增加成本。„静电敏感„元件电学过应力失效„参数漂移，可靠性下降„防静电包装1325第三节陶瓷封装陶瓷封装的特点和工艺过程各种封装结构王春青，微连接研究室，0451-86418725，[e-mail]，„气密封装„陶瓷本身是气密的„尺寸非常稳定，具有接近硅的热膨胀系数„化学性能稳定„与盖板、引线之间是冶金连接„多层布线„具有最高的布线密度；已经可以达到100层„高导热率„适合于需要散热能力强的器件，如超级计算机的CPU„多种材料选择„Al2O3、AlN、BeO、莫来石(3Al2O3+2SiO2)、堇青石(2MgO-2Al2O3-5SiO2)„制造工艺复杂14王春青，微连接研究室，0451-86418725，[e-mail]，，微连接研究室，0451-86418725，[e-mail]，，微连接研究室，0451-86418725，[e-mail]，，微连接研究室，0451-86418725，[e-mail]，，微连接研究室，0451-86418725，[e-mail]，，微连接研究室，0451-86418725，[e-mail]，，微连接研究室，0451-86418725，[e-mail]，、插孔式组装的电路板和钎焊接头元件铜箔阻焊膜引线基材钎料保护膜铜箔基膜胶粘剂18王春青，微连接研究室，0451-86418725，[e-mail]，、表面贴装的电路板和钎焊形式