微电子封装课程导论

现代微电封装材料封装技术现代微电封装材料封装技术现代微电封装材料封装技术现代微电封装材料封装技术现代微电子封装材料及封装技术现代微电子封装材料及封装技术现代微电子封装材料及封装技术现代微电子封装材料及封装技术李明材料科学与工程学院第一部分导论第二部分芯片制造第二部分芯片制造第三部分电子封装第四部分电子电镀课程背景现代所有高精尖技术无不涉及到半导体电子技术这门科学。大到航天航空小到个人手机玩具半导体微电子技术已大到航天、航空，小到个人手机、玩具，半导体微电子技术已渗透到整个人类社会的每一个角落。可以说世纪是微电子技术与产业持续发展的新世纪微可以说21世纪是微电子技术与产业持续发展的新世纪，微电子制造业作为一项战略性的基础产业，对于促进我国国民经济持续发展和保证我国国家安全具有举足轻重的地位。因此，无论你将来从事什么专业，了解和掌握这门科学对你将会万利而无一害。微电子产品涉及的材料非常复杂课程开设目的本课程通过介绍有关微电子制造原理和工艺技术，使学生对现代微电子产业及制造技术有较为全面的了解和掌握，加强对现代微电子产业及制造技术有较为全面的了解和掌握，加强学生在制造业的高端微电子制造领域的知识面和创新能力。满足国家对微电子材料的人才需求系统掌握微电子材料相关知识系统掌握微电子材料相关知识了解微电子材料与技术发展动向培养对微电子材料及开发应用的兴趣培养对微电子材料及开发应用的兴趣提升交大及我院在该领域的影响力课程基本要求授课方式：课件与实物讲解相结合课件与实物讲解相结合教学与科研相结合基础知识与发展前沿同时兼顾基础知识与发展前沿同时兼顾课堂纪律：出勤率达不到60%，无成绩成绩考核：成绩考核：总成绩=出勤情况+平时作业+期末考试授课团队主讲：李明ili90@jtd主讲：李明[e-mail]参与：胡安民[e-mail]胡高立明[e-mail]微电子材料与技术研究室团队李明责任教授：日本博士，封装企业工作5年丁冬雁副教授：哈工大博士，美国器件研究2年胡安民副教授清华博士无铅焊料及可靠性研究胡安民副教授：清华博士，无铅焊料及可靠性研究高立明副教授：德国博士，德国西门子工作5年凌惠琴讲师：南大博士材料物理贝岭实习凌惠琴讲师：南大博士，材料物理，贝岭实习杭弢讲师：交大博士，早稻田大学博士后李明李明丁冬雁胡安民凌慧琴高立明杭弢我们的全家福主要参考书1.《微电子制造科学原理与工程技术》（美）StephenA.Campbell著，曾莹等译，电子工业出版社，2003.4出版。2.《VLSI制造技术》庄达人编著，（台湾）高立图书有限公司，1995.7出版。3.《电子封装材料与技术》[美]CHARLES.A.HARPER主编,中国电子学会电子封装专委会译校，化学工业出版社,2006.34《电子封装工程》4.《电子封装工程》田民波编著，清华大学出版社，2003.9出版。5其他有关的微电子学术杂志和书籍5.其他有关的微电子学术杂志和书籍课程主要内容第一部分课程导论第二部分芯片制造第三部分电子封装第四部分电子电镀第四部分电子电镀现代微电子封装材料及封装技术现代微电子封装材料及封装技术现代微电子封装材料及封装技术现代微电子封装材料及封装技术现代微电子封装材料及封装技术现代微电子封装材料及封装技术第第11部分部分课程导论课程导论现代微电子封装材料及封装技术现代微电子封装材料及封装技术第第11部分部分课程导论课程导论李明材料科学与工程学院课程背景、目的与要求信息化社会与微电子产品微电子产品的核心微电子产品的核心基本制造过程与知识构成微电子制造产业特点微电子制造产业特点信息社会与电子产品的关系信息化生活什么是信息化社会？生活信息化管理信息化信息高速膨胀信息快速传递交通信息化商务信息化信息成为工作信息改变人类信息化社会——在政治、商业，甚至个人生活在内的人类生存的一切领域，以信息的获取、加工、传递和分配为基础的一种人类文明种人类文明。与以往工业化文明相比，信息化不是关于物质和能量的转换过程，而是关于时间和空间的转换过程。信息化的重要性人体血液循环系统：能量供给、供热散热能量供给、供热散热营养供给、废物排放神经网络系统神经网络系统控制肌肉活动协调组织器官协调组织器官接受外来情报测知环境变化测知环境变化人体中的两大系统嘴—吃喝、表达鼻呼吸耳—听觉神经系统（高度发达）执行器官感知器官神经神经鼻—呼吸手—动作脚—动作眼—视觉嘴—味觉鼻嗅觉大脑情报收集神网络神网络鼻—嗅觉皮肤—触觉情报收集信息储存信息处理信息指令信息指令血液系统（与动物类似）心脏营养输送血管网络血管网络营养输送供热散热垃圾处理构成人类社会的两大系统工人人类社会高度发达工人农民知识分子信息信息网络知识分子学生商人发展商人军队方向物流交通网络人类社会发展的必然趋势—信息化100501750180019001950200020501850三次工业革命信息化社会必然催生出信息产业2005年，全球信息产业近2万亿美元，已成为全球最大的产业。其中微电子制造（IC）达5千亿美元，约占信息产业的25%。200信息产业年）150汽车工业亿美元/年100汽车工业钢铁工业模（百亿500钢铁工业市场规模02000199519902005信息产业构成信息产业因特网计算机信息的信息的因特网银行管理电子商务计算机手机电视机的载体与的处理与电子商务等等电视机等等与传输与应用电子产品应用软件设计制造信息产业与微电子制造如果把信息产业看作摩天大厦的话那么电子制造大厦的话，那么电子制造就是使这座大厦得以顶天立地的基石。立地的基石。电产品是智能化商品电子产品的解剖电子产品是智能化商品信息系统执行系统感知系统情报收集发光发声光信息声信息执行系统感知系统情报收集信息储存信息处理发声发热电声信息电磁信息热信息大脑脏信息指令信息信息电磁波运动化学反应压力位移化学环境心脏能量系统能量能量化学反应化学环境能量系统能量供给散热系统散热系统仍然包含两大系统神经系统电子产品与人体是何等相似嘴—吃喝、表达鼻呼吸耳—听觉眼视觉神经系统（高度发达）执行器官感知器官神经神经鼻—呼吸手—动作脚—动作眼—视觉嘴—味觉鼻—嗅觉大脑情报收集神网络神网络皮肤—触觉情报收集信息储存信息处理信息指令信息指令血液系统心脏营养输送血管网络血管网络营养输送供热散热垃圾处理手机系统概略图微电子产品的基本构成电子产品核心—集成电路集成电路晶体管（脑细胞）二极管、三极管电路（神经网络）各种布线、各种互连高度集成集成电路基本单元—MOS三极管特性Vg=0时SiO2绝缘膜引出栅极（Vg）gateN型隧道（电子隧道）Vg0时源极与漏极间，由于NPN结的作用无电流通过。引出漏极（Vd）drain多晶体-Si栅极2引出源极（Vs）source无电流通过。Vg0，但较小时栅极与P-Si的界面间产生正孔的P-SiN-Si漏极N-Si源极Vg界面间产生正孔的空乏层，无电流通过。V0且较高时基极（Vsub）VgVg0，且较高时栅极与P-Si的界面间形成电子富集层（电子隧道）substrateVgVsVsubVd层（电子隧道），源极与漏极连通，电流通过。VsVd目前集成电路基本单元的尺寸-三极管MOS的断面照片MOS的断面照片电子互连在微电子产品中的作用互连作用SolderPlatedLeadAuWireChipDIEChipPCBPCBSubstrateSolderJointSolderBallSolderPaste电路的形成——多层布线与互连Met5Met66kASIN10kÅHDPM1Met2Met3Met4N-WellP-WellP+P+N+N+Met1ChipAuWirePCBSubstrateSolderPaste电子封装中的各种互连引线框架型，引线键合球珊阵列引线键合引线框架型，引线键合球珊阵列，引线键合QFN，引线键合球珊阵列，芯片倒装，凸点键合带载，芯片倒装，凸点键合印刷线路板上的各种互连DIPPGAQFP、SOPBGA电子封装中的3维互连技术OvermoldWBLogicSiliconxRAMFlashSpacerOvermoldFlddStkblChiSlPk(Sharp)PackagetoPackageInterconnect(Intel)PotentialMemoryBallFieldOvermold#2AdhesiveOvermoldPackage-In-Package(PIP)FoldedStackableChipScalePackage(FSCSP)WBLogicSiliconxRAMFlashSpacerSpacerOvermold#2FlexsubstrateWBLogicSiliconPackagetoPackageInterconnect(Intel)(Intel)Intel的3维叠层互连技术电子产品（集成电路）制造技术硅片制造晶体管制造与互连60-500纳米半导体芯片硅片制造晶体管制与纳米封装体内互连20-500微米半导体片电子封装基板上互连100-1000微米印刷板上组装仪器设备内互连1000微米仪器设备组装微电子制造前道工程——芯片的制造微电子制造后道工程——芯片的封装印刷线路板上的组装焊浆印刷贴装再流焊QFP/BGA等表面电路基板再流条件面贴装法电路基板再流条件235+-5℃,10sec法插装波峰焊完成后引插装波峰焊完成后DIP等引脚插电路基板液态焊锡温度約插入法焊料环流約240℃半导体微电子技术的基本构成中国微电子产业分布比例33%芯片制造17%设计50%电子封装与测试50%电子封装与测试整个微电子技术的构成（过程分类）集成电路的设计各种元器件的设计硅圆制造技术单晶硅、多晶硅芯片制造技术纳米级尺寸：5-500nm化合物半导体微电子技术（硬件部分）芯片封装技术微米级：20-500μm可靠性评价技术电气、散热、应力疲劳材料匹配、模拟分析电路板组装技术毫米级：0.2-5mm各种应用软件技术信息处理、程序编辑、设备等组装技术手机、电脑、DVD等整个微电子技术的主要构成（要素分类）设计技术膜特性、电气特性、热特性结构特性等设计半导体制造技术单晶硅制造、半导体参杂技术精密研磨技术功能材料技术高分子材料、金属材料、陶瓷材料光电材料性、结构特性等设计术、精密研磨技术、陶瓷材料、光电材料各种膜技术靠性价技术微电子技术各种成膜技术化学法、溅射法、电镀法、复合法可靠性评价技术应力分析、接点分析、回路检测、无损测定等设备制造技术微加工成形技术键合连接技术设备制造技术键合、塑封、冲压成型、焊接等封装专用设备微加工成形技术光刻成形技术、冲压成形技术、注塑成形技术键合、连接技术金线键合技术、低温焊接技术、布线技术所涉及的专业—是典型的交叉学科微电子技术是一门多学科交叉、应用性强的综合性技术电子学机械学材料学封装技术所涉及的高分子化学物理学封装技术所涉及的专业知识高分子化学物理学电化学光学焊接学微电子制造与材料的关系器件原理基本原理与结构半导体材料及特性芯片制造光刻与薄膜制造技术大马士革铜互连技术AB半导体材料及特性大马士革铜互连技术器件原理芯片制造A微电子材料微电子材料可靠性D电子封装C微电子材料微电子材料电子封装封装结构与功能可靠性失效与材料的关系封装结构与功能制造工艺与材料特性失效与材料的关系可靠性测试技术微电子制造知识构成材料科学与工程：20%材料基础材料物与化学材料物理与化学材料选择、加工与失效分析设计与制造学科：25%专业技术基础~60%设计与制造学科：~25%微电子学微互连与电子制造精密成型(形)制造检测技术精密成型(形)制造,检测技术传热与优化：5%封装制造中的基础热问题自然科学基础课(高数、物理、化学、计算机、封装制造中的基础热问题