封裝技術(shù)介紹.doc

塑料封裝技術(shù) 摘要 塑料封裝是指對(duì)半導(dǎo)體器件或電路芯片采用樹脂等材料的一類封裝，塑料封裝一般被認(rèn)為是非氣密性封裝。它的主要特點(diǎn)是工藝簡(jiǎn)單、成本低廉、便于自動(dòng)化大生產(chǎn)。塑料產(chǎn)品約占IC封裝市場(chǎng)的95%，并且可靠性不斷提高，在3GHz以下的工程中大量使用。標(biāo)準(zhǔn)塑料材料主要有約70%的填充料、18%環(huán)氧樹脂、外加固化劑、耦合劑、脫模劑等。各種配料成分主要取決于應(yīng)用中的膨脹系數(shù)、介電常數(shù)、密封性、吸濕性、強(qiáng)韌性等參數(shù)的要求和提高強(qiáng)度、降低價(jià)格等因素。 Plastic packaging is a means of semiconductor devices or circuit chips such as resin used for a class of packaging materials, plastic packaging generally found to be non-hermetic package. Its main feature is a simple process, low-cost and easy to automate large-scale production. IC packaging plastic products account for about 95% of the market, and continuously improve the reliability, and 3GHz in the following widely used in the project. Standard plastic materials, about 70% of the principal filler, epoxy resin and 18%, plus curing agent, coupling agent, such as release agent. The main components of a variety of ingredients depending on the application of expansion coefficient, dielectric constant, tightness, moisture absorption, strength and toughness, and other parameters of the requirements and increase the intensity, lower prices and other factors.關(guān)鍵字 塑料封裝技術(shù) 發(fā)展引言電子封裝技術(shù)是微電子工藝中的重要一環(huán)，通過(guò)封裝技術(shù)不僅可以在運(yùn)輸與取置過(guò)程中保護(hù)器件還可以與電容、電阻等無(wú)緣器件組合成一個(gè)系統(tǒng)發(fā)揮特定的功能。按照密封材料區(qū)分電子封裝技術(shù)可以分為塑料和陶瓷兩種主要的種類。陶瓷封裝熱傳導(dǎo)性質(zhì)優(yōu)良，可靠度佳，塑料的熱性質(zhì)與可靠度雖遜于陶瓷封裝，但它具有工藝自動(dòng)化自動(dòng)化、低成本、薄型化等優(yōu)點(diǎn)，而且隨著工藝技術(shù)與材料的進(jìn)步，其可靠度已有相當(dāng)大的改善，塑料封裝為目前市場(chǎng)的主流。封裝技術(shù)的方法與原理 塑料封裝的流程圖如圖所示，現(xiàn)將IC芯片粘接于用腳架的芯片承載座上，然后將其移入鑄模機(jī)中灌入樹脂原料將整個(gè)IC芯片密封，經(jīng)烘烤硬化與引腳截?cái)嗪蠹纯傻玫剿璧某善?。塑料封裝的化學(xué)原理可以通過(guò)了解他的主要材料的性能與結(jié)構(gòu)了解。常用塑料封裝材料有環(huán)氧樹脂、硅氧型高聚物、聚酰亞胺等 環(huán)氧樹脂是在其分子結(jié)構(gòu)中兩個(gè)活兩個(gè)以上環(huán)氧乙烷換的化合物。它是穩(wěn)定的線性聚合物，儲(chǔ)存較長(zhǎng)時(shí)間不會(huì)固化變質(zhì)，在加入固化劑后才能交聯(lián)固化成熱固性塑料。硅氧型高聚物的基本結(jié)構(gòu)是硅氧交替的共價(jià)鍵和諒解在硅原子上的羥基。因此硅氧型高聚物既具有一般有機(jī)高聚物的可塑性、彈性及可溶性等性質(zhì)，又具有類似于無(wú)極高聚物石英的耐熱性與絕緣性等優(yōu)點(diǎn)。聚酰亞胺又被稱為高溫下的“萬(wàn)能”塑料。它具有耐高溫、低溫，耐高劑量的輻射，且強(qiáng)度高的特點(diǎn)。塑料封裝技術(shù)的發(fā)展 塑封料作為IC封裝業(yè)主要支撐材料，它的發(fā)展，是緊跟整機(jī)與封裝技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展。 整機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)：輕、?。蓴y帶性）；高速化；增加功能；提高可靠性；降低成本；對(duì)環(huán)境污染少。封裝技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)：封裝外形上向小、薄、輕、高密度方向發(fā)展；規(guī)模上由單芯片向多芯片發(fā)展；結(jié)構(gòu)上由兩維向三維組裝發(fā)展；封裝材料由陶封向塑封發(fā)展；價(jià)格上成本呈下降趨勢(shì)。 隨著高新技術(shù)日新月異不斷發(fā)展對(duì)半導(dǎo)體應(yīng)用技術(shù)不斷促進(jìn)，所以對(duì)其環(huán)氧封裝材料提出了更加苛刻的要求，今后環(huán)氧塑封料主要向以下五個(gè)方面發(fā)展： 1 向適宜表面封裝的高性化和低價(jià)格化方向發(fā)展。為了滿足塑封料高性化和低價(jià)格，適宜這種要求的新型環(huán)氧樹脂不斷出現(xiàn)，結(jié)晶性樹脂，因分子量低，熔融粘度低，但熔點(diǎn)高具有優(yōu)良的操作性，適用于高流動(dòng)性的封裝材料。目前已經(jīng)有的結(jié)晶性環(huán)氧樹脂，為了得到適用于封裝材料的熔點(diǎn)范圍，多數(shù)接枝了柔軟的分子鏈段，但是成型性和耐熱性難以滿足封裝材料的要求，所以必須開發(fā)新的結(jié)晶性的環(huán)氧樹脂。 2 向適宜倒裝型的封裝材料方向發(fā)展 。最近隨著電子工業(yè)的發(fā)展，作為提高高密度安裝方法，即所謂裸管芯安裝引起人們的高度重視。在裸管芯倒裝法安裝中，為了保護(hù)芯片防止外界環(huán)境的污染，利用液體封裝材料。在液體封裝料中，要求對(duì)芯片和基板間隙的浸潤(rùn)和充填，因這種浸潤(rùn)和充填最終是通過(guò)毛細(xì)管原理進(jìn)行的，因此要求樹脂具有非常高的流動(dòng)性，同時(shí)無(wú)機(jī)填充率要降低。但液體封裝料與芯片之間的應(yīng)力會(huì)增大，因此要求塑封料必須具有低的線膨脹系數(shù)，現(xiàn)在國(guó)外采用具有萘環(huán)結(jié)構(gòu)的新型環(huán)氧樹脂制備塑封料。 3 BGA、CSP等新型封裝方式要求開發(fā)新型材料。裸管芯安裝方法，雖然是實(shí)現(xiàn)高密度化封裝的理想方法，但目前仍有一些問(wèn)題，如安裝裝置和芯片質(zhì)量保證等，出現(xiàn)了一種新的封裝方式即 BGA或CSP，這是一種格子接頭方式的封裝，不僅可以實(shí)現(xiàn)小型化、輕量化而且可達(dá)到高速傳遞化，目前這種封裝形式正處于快速增長(zhǎng)期。但這種工藝成型后在冷卻工藝出現(xiàn)翹曲現(xiàn)象，這是因?yàn)榛迮c封裝材料收縮率不同引起的?？朔椒ㄊ潜M量使封裝料與基板線膨脹系數(shù)接近，從封裝材料和基板粘合劑兩方面均需開發(fā)新型塑封料的同時(shí)提高保護(hù)膜與材料的密著性。 4 高散熱性的塑封料。隨著電子儀器的發(fā)展，封裝材料散熱性的課題已提出，因?yàn)樗芊饬匣w材料 環(huán)氧樹脂屬于有機(jī)高分子材料，基于分子結(jié)構(gòu)的不同，熱傳導(dǎo)性的改善受到局限，因此從引線框架的金屬材料著手，采用42#銅合金，因?yàn)橛斜容^高的熱傳導(dǎo)率，銅合金引線框架表面有一層氧化膜，因此要求塑封料與之有良好的粘接密著性。國(guó)外有些廠家正在研究開發(fā)，通過(guò)引入鏈段，提高范德瓦爾引力，以提高塑封料與銅框架的引力。 5 綠色環(huán)保型塑封料：隨著全球環(huán)保呼聲日益高漲，綠色環(huán)保封裝是市場(chǎng)發(fā)展的要求，上海常祥實(shí)業(yè)采用不含阻燃劑的環(huán)氧樹脂體系或更高填充量不含阻燃劑的綠色環(huán)保塑封料已經(jīng)全面上市。也有一些國(guó)外公司正在試用含磷化合物,包括紅磷和瞵。 總之，隨著集成電路向高超大規(guī)模、超高速、高密度、大功率、高精度、多功能方向的迅速發(fā)展及電子封裝技術(shù)由通孔插裝（PHT）向表面貼裝技術(shù)發(fā)展，封裝形式由雙列直插（DIP）向（薄型）四邊引線扁平封裝（TQFP/QFP）和球柵陣列塑裝（PBGA）以及芯片尺寸封裝（CSP）方向發(fā)展，塑封料專家劉志認(rèn)為：塑封料的發(fā)展方向正在朝著無(wú)后固化、高純度、高可靠性、高導(dǎo)熱、高耐焊性、高耐濕性、高粘接強(qiáng)度、低應(yīng)力、低膨脹、低粘度、易加工、低環(huán)境污染等方向發(fā)展。二封裝技術(shù)發(fā)展八大趨勢(shì)1 IC封裝正從引線封裝向球柵陣列封裝發(fā)展。2 BGA封裝正向增強(qiáng)型BGA、倒裝片積層多層基板BGA、帶載BGA等方向進(jìn)展，以適應(yīng)多端子、大芯片、薄型封裝及高頻信號(hào)的要求。3 CSP的球柵節(jié)距正由1.0mm向0.8mm、0.5mm，封裝厚度正向0.5mm以下的方向發(fā)展，以適應(yīng)超小型封裝的要求。4 晶圓級(jí)的封裝工藝(wafer level package，WLP)則采用將半導(dǎo)體技術(shù)與高密度封裝技術(shù)有機(jī)結(jié)合在一起，其工藝特點(diǎn)是：在硅圓片狀態(tài)下，在芯片表面再布線，并由樹脂作絕緣保護(hù)，構(gòu)成球形凸點(diǎn)后再切片。由此可以獲得真正與芯片尺寸大小一致的CSP封裝，以降低單位芯片的生產(chǎn)成本。5 為適應(yīng)市場(chǎng)快速增長(zhǎng)的以手機(jī)、筆記本電腦、平板顯示等為代表的便攜式電子產(chǎn)品的需求，IC封裝正在向著微型化、薄型化、不對(duì)稱化、低成本化方向發(fā)展。6 為了適應(yīng)綠色環(huán)保的需要，IC封裝正向無(wú)鉛化、無(wú)溴阻燃化、無(wú)毒低毒化方向快速發(fā)展。7 為了適應(yīng)多功能化需要，多芯片封裝成為發(fā)展潮流，采用兩芯片重疊，三芯片重疊或多芯片疊裝構(gòu)成存儲(chǔ)器模塊等方式，以滿足系統(tǒng)功能的需要。8 三維封裝可實(shí)現(xiàn)超大容量存儲(chǔ)，有利于高速信號(hào)傳播，最大限度地提高封裝密度，并有可能降低價(jià)格，因此，它將成為發(fā)展高密度封裝的一大亮點(diǎn)。其它封裝技術(shù)1 多芯片（MCP）封裝。多芯片封裝（MCP，Multichip Package），許多FLASH就是采用這種封裝，通常把ROM和RAM封裝在一塊兒。多芯封裝（MCP）技術(shù)是在高密度多層互連基板上，采用微焊接、封裝工藝將構(gòu)成電子電路的各種微型元器件(裸芯片及片式元器件)組裝起來(lái)，形成高密度、高性能、高可靠性的微電子產(chǎn)品(包括組件、部件、子系統(tǒng)、系統(tǒng))。它是為適應(yīng)現(xiàn)代電子系統(tǒng)短、小、輕、薄和高速、高性能、高可靠、低成本的發(fā)展方向而在PCB和SMT的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的新一代微電子封裝與組裝技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成的有力手段。2 PGA（Pin Grid Array）與PAC（Pad Array Carrier）。圖1-8（a）描述了LCC（Leadless Chip Carrier）與PAC的差別。顯然，隨著有源器件I/O管腳的增加，對(duì)于I/O管腳分布在四周的封裝形式，其整個(gè)尺寸也以驚人的速度龐大起來(lái)，這與封裝尺寸最小化趨勢(shì)背道而馳。從圖1-8（b）可以看出不同封裝形式的管腳數(shù)與芯片表面積的變化關(guān)系。很明顯，對(duì)于大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路，當(dāng)半導(dǎo)體元器件的I/O管腳數(shù)超過(guò)100時(shí)，PGA和PAC封裝具有不可替代的優(yōu)勢(shì)。3球形陣列封裝BGA是封裝形式的一大進(jìn)步，封裝材料有塑料或陶瓷等。PBGA的焊球一般為可回流的共晶合金Sn62Pb36Ag2或Sn63Pb37，在焊接時(shí)自對(duì)中能力很好；CBGA和TBGA的焊球?yàn)镾n10Pb60，熔點(diǎn)溫度很高（304度左右），在回流焊時(shí)不會(huì)融化，其自對(duì)中能力較差。隨著無(wú)鉛化的逐步實(shí)施，大部分BGA器件開始采用SnAgCu作為引腳材料。4倒裝芯片 (Flip-Chip)。倒裝芯片是一種IC芯片與下一級(jí)封裝連接的技術(shù)。IC的活化面對(duì)著基板，在封裝效率方面，倒裝芯片技術(shù)達(dá)到了減少芯片尺寸的終點(diǎn)。倒裝芯片的圖電技術(shù)包括鍍金屬凸點(diǎn)、金柱、金屬柱加聚合物、銅柱、焊料凸點(diǎn)和聚合物凸點(diǎn)等。倒裝芯片的鍵合工藝包括熱壓、各向異性導(dǎo)電膠（ACA）、各向同性導(dǎo)電膠（ICA）、非導(dǎo)電膠和焊接等。結(jié)論封裝技術(shù)作為信息產(chǎn)業(yè)的重要基礎(chǔ)在在