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集成电路封装技术前言第一章电子封装工程概述第二章封装工艺流程第三章厚薄膜技术集成电路封装技术一、微电子封装的作用和意义1、从与人们日常生活直接相关的事说起——着装前言随着科技的进步和社会文明程度的提高，服装的种类、式样、所用的材料、制作工艺都在不断的进步，所起的作用不仅限于御寒和美观上。2、微电子封装的作用和意义前言现代信息技术的飞速发展，极大地推动着电子产品向多功能、高可靠、小型化、便携化及大众化普及所要求的低成本等方向发展，而满足这些要求的基础与核心乃是IC，特别是LSI和VLSI。然而，IC芯片要经过合适的封装，才能达到所要求的电、热、机械等性能，同时封装也对芯片起到保护作用，使其可以长期可靠地工作。（1）电气连接（2）物理保护（3）外场屏蔽（4）应力缓和（5）散热防潮（6）尺寸过渡（7）规格化和标准化。微电子封装的作用微电子封装业地位不断提高的有以下几个原因：1、电子设备迅速轻、薄、短小化。个人便携化、高速度、数字化、高功能、大容量、低价格已成为这类电子设备的发展目标。2、集成电路芯片性能的飞速提高。对微电子封装密度提出了更高的要求。（1）存储器（DRAM）容量大致按摩尔定律以3年4倍的速度增加。（2）逻辑元件(MPU)特征尺寸越来越小（3）MPU的时钟频率不断提高（4）每个芯片I/O端子数不断提高（5）单芯片功耗不断增加这种高要求包括：封装引脚数越来越多；布线节距越来越小；封装厚度越来越薄；封装体在基板上所占面积越来越大；需要采用低介电常数、高热导基板等。目前，微电子产业已演变为设计、制造和封装三个相对独立的产业。与前2者相比，电子封装涉及的范围广，带动的基础产业多，特别是与之相关的基础材料更是“硬中之硬”，亟待在我国迅速发展。目前，电子封装已成为整个微电子产业的瓶颈，在全世界范围内，电子信息产业的竞争从某种意义上说讲主要体现在电子封装上。思考题：为什么说电子信息产业的竞争从某种意义上说讲主要体现在电子封装上。学时学分学时：32学分：2使用教材集成电路芯片封装技术参考书目：[1]《电子封装工程,田民波》，清华大学出版社，2003年[2]《微电子封装技术》，中国电子学会生产技术学分会丛书编委会，中国科技大学出版社，2003年[3]《高级电子封装》，李虹，张辉，郭志川等译，机械工业出版社，2010教学进度1-16周考核计分作业：30分考试：60分平时：10分课程的本教学安排电子封装的发展过程第一章电子封装工程概述在半导体器件制作过程中，有前工程和后工程之分二者以硅圆片切分成芯片为界程，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、集成电路等半导体元件及电极等，开发材料的电子性能，以实现所要求的元器件特性。所谓后工程是从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、引线接线端子、按印检查等工序，以确保元器件的可靠性并与外电路连接。第一章电子封装工程概述1.1.1封装工程定义：狭义:利用膜技术及微细加工技术，将芯片及其他要素在框架或基板上布置、粘贴固定及连接，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。广义：将封装体与基板连接固定，装配成完整的系统或电子设备，以确保整个系统综合性能的工程。1.1.2范围微电子封装属于复杂的系统工程第一章电子封装工程概述从工艺上讲，封装包括薄厚膜技术、基板技术、微细连接技术、封接及封装技术等四大基础技术，由此派生出各种工艺问题。从材料上讲，封装要涉及到各种类型的材料，例如焊丝框架、焊剂焊料、金属细粉、陶瓷粉料、表面活性剂、有机粘结剂、金属浆料、导电填料、感光性树脂、热硬化树脂、聚酰亚胺薄膜、感光性浆料，还有导体、电阻、介质及各种功能用的薄膜厚膜材料等。从设计、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、评价与测试。第一章电子封装工程概述1.2封装技术1.2.1封装工程的技术层次第一章电子封装工程概述层次1它是指半导体集成电路元件（芯片）。芯片由半导体厂商提供，分二类，一类系列标准芯片，另一类是针对系统用户的专用芯片。由于芯片为厂家提供，如何确保芯片质量就成为关键问题。将其列为1个层次是指集成电路元器件间的连线工艺。层次2层次2单芯片封装和多芯片组件（MCM:multichipmodules）二大类。前者是对单个芯片进行封装；后者是将多个芯片装载在陶瓷等多层基板上，进行气密封装，构成MCM。1.2.1封装工程的技术层次层次3它是指构成板或卡的装配工序。将多个完成层次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，用于与母板及其他板或卡的电气连接。层次4它称为单元组装。将多个完成层次3的板或卡，通过其上的插接端子，搭载在称为母板的大型PCB板上，构成单元组件。层次5它多个单元构成架，单元与单元间用布线或电缆连接。层次6即总装。将多个架并排，架与架之间用布线或电缆连接，由此构成大规模电子设备。1.2.1封装工程的技术层次1.2.2封装的分类第一章电子封装工程概述按组合的芯片数目分类单芯片封装（SingleChipPackages,SCP）层次较低多芯片组件封装（MultichipModule,MCM）层次较高1.2.2封装的分类第一章电子封装工程概述金属封装陶瓷封装金属-陶瓷封装塑料封装按封装材料分类金属封装我国1956年研制出第一只晶体管，便开始了金属封装的历史，1965年研制出第一块实用集成电路，更促进了金属封装的历史。它的基本工艺为金属-玻璃封接工艺。该种封装精度高、尺寸严格、金属零件以冲、挤为主，便于大量生产，而且价格低廉、性能优良、芯片放置容易，应用灵活，因此大量用于晶体管和混合集成电路，如震荡器、放大器、混频器、鉴频鉴相器等产品。此外，许多微封装电路和多芯片组件也采用金属封装。采用金属封装的企业有10家。年生产能力10亿只，品种达几千种。（金属-陶瓷封装图）1.2.2封装的分类陶瓷封装这种封装热性质稳定，热传导性能优良，可靠性高，主要用于集成电路的封装。传统产品双列直插封装（DIP,dualin-linepakage）和扁平封装（FP,flatpackage）。DIP封装已完全系列化，引线数为4-64，引线节距为2.54mm。目前发展了无引线片式载体（LCCC,leadlessceramicchipcarrier）封装技术，以适应高密度封装的要求。1.2.2封装的分类金属-陶瓷封装金属-陶瓷封装是以传统的陶瓷工艺为基础，以金属和陶瓷材料为框架而发展起来的，在我国起步于20世纪70年代，主要用于微波毫米波、微波低噪声三极管、微波毫米波功率三极管和单片集成电路。我国在金属-陶瓷封装领域，品种大于300种，处于小批量生产阶段，每年提供产品30万只左右。1.2.2封装的分类塑料封装开始于塑料双列直插外壳（PDIP,plasticDIP）它的基本工艺是：芯片-减薄-划片-粘片-键合-塑封-去毛刺-去筋-分离-打弯成形-测试。塑料封装由于其成本低廉、工艺简单，并适应于大批量生产，因此具有极强的生命力，自诞生以起发展很快，在封装中份额越来越大。1.2.2封装的分类80年代末期，开发了：塑料四边引线扁平封装PQFP,plasticquadflatpackage塑料小外形封装PSOP,plasticsmalloutlinepacage塑料有引线片式载体PLCC,plasticleadedchipcarrer90年代相继开发了：带测试盘的塑料四边引线扁平封装TPQFP,testpadQFP薄体小外形封装TSOP,thinsmallout-linepackage随着封装技术的进步，引线节距和封装厚度不断地减小引线节距从2.54mm(PDIP)降至0.65mm(PQFP)封装厚度从3.6mm(PDIP)降至2.0mm(PQFP)和1.4mm(TPQFP)1.2.3封装技术与封装材料第一章电子封装工程概述芯片封装工艺流程厚膜/薄膜技术本课程所涉及的工艺技术焊接材料印制电路板印制电路板元器件与电路板连接封胶材料与技术陶瓷封接气密性封装封装可靠性工程封装过程中的缺陷分析1.3.微电子封装技术的历史和发展趋势1.3.120世纪电子封装技术发展的回顾第一章电子封装工程概述1.3.2发展趋势1、半导体集成电路的发展迅速第一章电子封装工程概述芯片尺寸越来越大工作频率越来越高发热量日趋增大引脚越来越多1.3.2发展趋势2、封装技术领域中的重大变革第一章电子封装工程概述第一次转变2、封装技术领域中的重大变革(1)从插入式到表面贴装(第一次变革)QFP(quadflatpackage)表面贴装PGA(pingridarray)(2)从四边引脚的QFP到平面阵列表面贴装(第二次变革)球栅阵列BGA(ballgridarray)第一章电子封装工程概述由于BGA的端子采用平面阵列（栅阵）布置，故与其他实装技术相比，显示出下述的优越性：①与现用的QFP相比，可实现小型、多端子化（实装密度高），400端子以上不太困难。②由于熔融焊料的表面张力作用，具有自对准效果，因此容易实现多端子一次回流焊的表面实装，因而它是很理想的表面实装结构。③虽然封装价格比QFP高，但由于实装可靠，因实装不良造成的返修价格几乎为零，因此，按总的封装价格相比，BGA占优势。④与QFP相比，实装操作简单，在现有的实装生产线（具有端子间距0.65mm以上的实装能力）即可进行生产。需要附加设备投资和人员培训投资很低。东南亚等装配工厂即可低价格装配高性能微机。BGA的优点：第一章电子封装工程概述塑封球栅阵列PBGA(plasticBGA)常用BGA的几种类型载带球栅阵列TBGA(tapeBGA)倒装芯片球栅阵列FCBGA(flipchipBGA)塑封球栅阵列PBGA(plasticBGA)封装的第三次变革第一章电子封装工程概述封装的发展趋势已初见端倪。（1）高性能CSP封装以其超小型、轻重量化为特色，如果能在高速、多功能低价格两个方面兼得，CSP在LSI封装中将会迅速得到普及。（2）以芯片叠层式封装为代表的三维封装三维立体封装包括封装层次的三维封装、芯片层次的三维封装和硅圆片层次的三维封装等三种。（3）全硅圆片型封装其特点是在完成扩散工序的硅圆片上进行封装布线、布置引线端子、贴附焊球、完成封装，最后再切分一个一个的封装件。（4）球形半导体涉及到半导体前工程、后工程等许多基本工序的变革，能否在技术上突破并发展为实用的封装形式，还要经过实践检验。第一章电子封装工程概述1.3.3国内封装业状况我国封装产业现状我国的微电子封装产业经过近几十年的发展已经具有一定的规模。初步形成由300个设计机构，8家骨干芯片企业，20余个较大规模封装厂家，以及若干材料、设备研制单位所组成的IC产业发展基础群体，在京、津、沪、苏、浙、粤、闽地区呈现相对集中发展强势。第一章电子封装工程概述1.3.3国内封装业状况从企业的类型来看可以分为四大类第一类是国际大厂整合组件制造商的封装厂，如英特尔、超微、三星电子、摩托罗拉等外资企业15家。第二类中外合资企业，如深圳赛意法微电子、上海纪元微科微电子、南通富士通微电子等11家。第三类是台资封测厂，如同芯科技、宏盛科技等16家。第四类国内独资企业，如长电科技、华旭电子、华润华晶微电子等50多家。江苏的苏州、无锡、南通等地也建立了一批有规模、有实力的IC封装企业，苏州有三星电子、先进微器件AMD、日立半导体、双胜等10家半导体封装厂商，主要封装类型为PLCC、QFP、TSOP、SOP、SOJ，向CSP封装发展。无锡华晶集团封装总厂无锡微电子科研中心南通富士通江阴的江苏长电与相关高校联合，成立IC封装研究中心，开发BGA、CSP等高技术含量IC和片式元器件产品。宁波将建设半导体封装园区华越在绍兴建成华越芯片装封装厂从事封装技术研究与培训的科研院所我国微电子封装研发能力单位研究内容中科院上海微系统与信息技术研究所封装技术研究、培训、可靠性试验中科院电子学研究所半