緒論及CH1電子封裝工程概述

緒論及CH1電子封裝工程概述第1頁/共39頁前言第一章電子封裝工程概述第二章封裝工藝流程第三章厚薄膜技術(shù)集成電路封裝技術(shù)第2頁/共39頁一、微電子封裝的作用和意義1、從與人們?nèi)粘Ｉ钪苯酉嚓P(guān)的事說起——著裝前言隨著科技的進步和社會文明程度的提高，服裝的種類、式樣、所用的材料、制作工藝都在不斷的進步，所起的作用不僅限于御寒和美觀上。第3頁/共39頁2、微電子封裝的作用和意義

前言現(xiàn)代信息技術(shù)的飛速發(fā)展，極大地推動著電子產(chǎn)品向多功能、高可靠、小型化、便攜化及大眾化普及所要求的低成本等方向發(fā)展，而滿足這些要求的基礎(chǔ)與核心乃是IC，特別是LSI和VLSI。然而，IC芯片要經(jīng)過合適的封裝，才能達到所要求的電、熱、機械等性能，同時封裝也對芯片起到保護作用，使其可以長期可靠地工作。第4頁/共39頁（1）電氣連接（2）物理保護（3）外場屏蔽（4）應(yīng)力緩和（5）散熱防潮（6）尺寸過渡（7）規(guī)格化和標(biāo)準(zhǔn)化。微電子封裝的作用第5頁/共39頁微電子封裝業(yè)地位不斷提高的有以下幾個原因：1、電子設(shè)備迅速輕、薄、短小化。

個人便攜化、高速度、數(shù)字化、高功能、大容量、低價格已成為這類電子設(shè)備的發(fā)展目標(biāo)。2、集成電路芯片性能的飛速提高。對微電子封裝密度提出了更高的要求。（1）存儲器（DRAM）容量大致按摩爾定律以3年4倍的速度增加。（2）邏輯元件(MPU)特征尺寸越來越?。?）MPU的時鐘頻率不斷提高（4）每個芯片I/O端子數(shù)不斷提高（5）單芯片功耗不斷增加這種高要求包括：封裝引腳數(shù)越來越多；布線節(jié)距越來越?。环庋b厚度越來越??；封裝體在基板上所占面積越來越大；需要采用低介電常數(shù)、高熱導(dǎo)基板等。第6頁/共39頁目前，微電子產(chǎn)業(yè)已演變?yōu)樵O(shè)計、制造和封裝三個相對獨立的產(chǎn)業(yè)。與前2者相比，電子封裝涉及的范圍廣，帶動的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)多，特別是與之相關(guān)的基礎(chǔ)材料更是“硬中之硬”，亟待在我國迅速發(fā)展。目前，電子封裝已成為整個微電子產(chǎn)業(yè)的瓶頸，在全世界范圍內(nèi)，電子信息產(chǎn)業(yè)的競爭從某種意義上說講主要體現(xiàn)在電子封裝上。思考題：

為什么說電子信息產(chǎn)業(yè)的競爭從某種意義上說講主要體現(xiàn)在電子封裝上。第7頁/共39頁學(xué)時學(xué)分學(xué)時：32學(xué)分：2使用教材集成電路芯片封裝技術(shù)參考書目：[1]《電子封裝工程,田民波》，清華大學(xué)出版社，2003年[2]《微電子封裝技術(shù)》，中國電子學(xué)會生產(chǎn)技術(shù)學(xué)分會叢書編委會，中國科技大學(xué)出版社，2003年[3]《高級電子封裝》，李虹，張輝，郭志川等譯，機械工業(yè)出版社，2010教學(xué)進度

1-16周考核計分作業(yè)：30分

考試：60分

平時：10分課程的本教學(xué)安排第8頁/共39頁電子封裝的發(fā)展過程第一章電子封裝工程概述第9頁/共39頁在半導(dǎo)體器件制作過程中，有前工程和后工程之分二者以硅圓片切分成芯片為界程，在此之前為前工程，在此之后為后工程。所謂前工程是從整塊硅圓片入手，經(jīng)過多次重復(fù)的制膜、氧化、擴散，包括照相制版和光刻等工序，制成三極管、集成電路等半導(dǎo)體元件及電極等，開發(fā)材料的電子性能，以實現(xiàn)所要求的元器件特性。所謂后工程是從硅圓片切分好的一個一個的芯片入手，進行裝片、固定、鍵合連接、塑料灌封、引線接線端子、按印檢查等工序，以確保元器件的可靠性并與外電路連接。第一章電子封裝工程概述第10頁/共39頁1.1.1封裝工程定義：狹義:利用膜技術(shù)及微細加工技術(shù)，將芯片及其他要素在框架或基板上布置、粘貼固定及連接，引出接線端子并通過可塑性絕緣介質(zhì)灌封固定，構(gòu)成整體立體結(jié)構(gòu)的工藝。廣義：將封裝體與基板連接固定，裝配成完整的系統(tǒng)或電子設(shè)備，以確保整個系統(tǒng)綜合性能的工程。1.1.2范圍

微電子封裝屬于復(fù)雜的系統(tǒng)工程第一章電子封裝工程概述第11頁/共39頁從工藝上講，封裝包括薄厚膜技術(shù)、基板技術(shù)、微細連接技術(shù)、封接及封裝技術(shù)等四大基礎(chǔ)技術(shù)，由此派生出各種工藝問題。從材料上講，封裝要涉及到各種類型的材料，例如焊絲框架、焊劑焊料、金屬細粉、陶瓷粉料、表面活性劑、有機粘結(jié)劑、金屬漿料、導(dǎo)電填料、感光性樹脂、熱硬化樹脂、聚酰亞胺薄膜、感光性漿料，還有導(dǎo)體、電阻、介質(zhì)及各種功能用的薄膜厚膜材料等。從設(shè)計、評價、解析技術(shù)講，涉及到膜特性、電氣特性、熱特性、結(jié)構(gòu)特性及可靠性等方面的分析、評價與測試。第一章電子封裝工程概述第12頁/共39頁1.2封裝技術(shù)1.2.1封裝工程的技術(shù)層次第一章電子封裝工程概述第13頁/共39頁層次1它是指半導(dǎo)體集成電路元件（芯片）。芯片由半導(dǎo)體廠商提供，分二類，一類系列標(biāo)準(zhǔn)芯片，另一類是針對系統(tǒng)用戶的專用芯片。由于芯片為廠家提供，如何確保芯片質(zhì)量就成為關(guān)鍵問題。將其列為1個層次是指集成電路元器件間的連線工藝。層次2層次2單芯片封裝和多芯片組件（MCM:multichipmodules）二大類。前者是對單個芯片進行封裝；后者是將多個芯片裝載在陶瓷等多層基板上，進行氣密封裝，構(gòu)成MCM。1.2.1封裝工程的技術(shù)層次第14頁/共39頁層次3它是指構(gòu)成板或卡的裝配工序。將多個完成層次2的單芯片封裝和MCM，實裝在PCB板等多層基板上，基板周邊設(shè)有插接端子，用于與母板及其他板或卡的電氣連接。層次4它稱為單元組裝。將多個完成層次3的板或卡，通過其上的插接端子，搭載在稱為母板的大型PCB板上，構(gòu)成單元組件。層次5它多個單元構(gòu)成架，單元與單元間用布線或電纜連接。層次6即總裝。將多個架并排，架與架之間用布線或電纜連接，由此構(gòu)成大規(guī)模電子設(shè)備。1.2.1封裝工程的技術(shù)層次第15頁/共39頁1.2.2封裝的分類第一章電子封裝工程概述按組合的芯片數(shù)目分類單芯片封裝（SingleChipPackages,SCP）層次較低多芯片組件封裝（MultichipModule,MCM）層次較高第16頁/共39頁1.2.2封裝的分類第一章電子封裝工程概述金屬封裝陶瓷封裝金屬-陶瓷封裝塑料封裝按封裝材料分類第17頁/共39頁金屬封裝我國1956年研制出第一只晶體管，便開始了金屬封裝的歷史，1965年研制出第一塊實用集成電路，更促進了金屬封裝的歷史。它的基本工藝為金屬-玻璃封接工藝。該種封裝精度高、尺寸嚴格、金屬零件以沖、擠為主，便于大量生產(chǎn)，而且價格低廉、性能優(yōu)良、芯片放置容易，應(yīng)用靈活，因此大量用于晶體管和混合集成電路，如震蕩器、放大器、混頻器、鑒頻鑒相器等產(chǎn)品。此外，許多微封裝電路和多芯片組件也采用金屬封裝。采用金屬封裝的企業(yè)有10家。年生產(chǎn)能力10億只，品種達幾千種。（金屬-陶瓷封裝圖）1.2.2封裝的分類第18頁/共39頁陶瓷封裝這種封裝熱性質(zhì)穩(wěn)定，熱傳導(dǎo)性能優(yōu)良，可靠性高，主要用于集成電路的封裝。傳統(tǒng)產(chǎn)品雙列直插封裝（DIP,dualin-linepakage）和扁平封裝（FP,flatpackage）。DIP封裝已完全系列化，引線數(shù)為4-64，引線節(jié)距為2.54mm。目前發(fā)展了無引線片式載體（LCCC,leadlessceramicchipcarrier）封裝技術(shù)，以適應(yīng)高密度封裝的要求。1.2.2封裝的分類第19頁/共39頁金屬-陶瓷封裝金屬-陶瓷封裝是以傳統(tǒng)的陶瓷工藝為基礎(chǔ)，以金屬和陶瓷材料為框架而發(fā)展起來的，在我國起步于20世紀(jì)70年代，主要用于微波毫米波、微波低噪聲三極管、微波毫米波功率三極管和單片集成電路。我國在金屬-陶瓷封裝領(lǐng)域，品種大于300種，處于小批量生產(chǎn)階段，每年提供產(chǎn)品30萬只左右。1.2.2封裝的分類第20頁/共39頁塑料封裝開始于塑料雙列直插外殼（PDIP,plasticDIP）它的基本工藝是：芯片-減薄-劃片-粘片-鍵合-塑封-去毛刺-去筋-分離-打彎成形-測試。塑料封裝由于其成本低廉、工藝簡單，并適應(yīng)于大批量生產(chǎn)，因此具有極強的生命力，自誕生以起發(fā)展很快，在封裝中份額越來越大。1.2.2封裝的分類80年代末期，開發(fā)了：塑料四邊引線扁平封裝PQFP,plasticquadflatpackage塑料小外形封裝PSOP,plasticsmalloutlinepacage塑料有引線片式載體PLCC,plasticleadedchipcarrer90年代相繼開發(fā)了：帶測試盤的塑料四邊引線扁平封裝TPQFP,testpadQFP薄體小外形封裝TSOP,thinsmallout-linepackage

隨著封裝技術(shù)的進步，引線節(jié)距和封裝厚度不斷地減小引線節(jié)距從2.54mm(PDIP)降至0.65mm(PQFP)封裝厚度從3.6mm(PDIP)降至2.0mm(PQFP)和1.4mm(TPQFP)第21頁/共39頁1.2.3封裝技術(shù)與封裝材料第一章電子封裝工程概述芯片封裝工藝流程厚膜/薄膜技術(shù)本課程所涉及的工藝技術(shù)焊接材料印制電路板印制電路板元器件與電路板連接封膠材料與技術(shù)陶瓷封接氣密性封裝封裝可靠性工程封裝過程中的缺陷分析第22頁/共39頁1.3.微電子封裝技術(shù)的歷史和發(fā)展趨勢1.3.1

20世紀(jì)電子封裝技術(shù)發(fā)展的回顧第一章電子封裝工程概述第23頁/共39頁1.3.2發(fā)展趨勢

1、半導(dǎo)體集成電路的發(fā)展迅速第一章電子封裝工程概述芯片尺寸越來越大工作頻率越來越高發(fā)熱量日趨增大引腳越來越多第24頁/共39頁1.3.2發(fā)展趨勢2、封裝技術(shù)領(lǐng)域中的重大變革第一章電子封裝工程概述第一次轉(zhuǎn)變第25頁/共39頁2、封裝技術(shù)領(lǐng)域中的重大變革(1)從插入式到表面貼裝(第一次變革)

QFP(quadflatpackage)表面貼裝

PGA(pingridarray)(2)從四邊引腳的QFP到平面陣列表面貼裝(第二次變革)球柵陣列BGA(ballgridarray)第一章電子封裝工程概述第26頁/共39頁由于BGA的端子采用平面陣列（柵陣）布置，故與其他實裝技術(shù)相比，顯示出下述的優(yōu)越性：①與現(xiàn)用的QFP相比，可實現(xiàn)小型、多端子化（實裝密度高），400端子以上不太困難。②由于熔融焊料的表面張力作用，具有自對準(zhǔn)效果，因此容易實現(xiàn)多端子一次回流焊的表面實裝，因而它是很理想的表面實裝結(jié)構(gòu)。③雖然封裝價格比QFP高，但由于實裝可靠，因?qū)嵮b不良造成的返修價格幾乎為零，因此，按總的封裝價格相比，BGA占優(yōu)勢。④與QFP相比，實裝操作簡單，在現(xiàn)有的實裝生產(chǎn)線（具有端子間距0.65mm以上的實裝能力）即可進行生產(chǎn)。需要附加設(shè)備投資和人員培訓(xùn)投資很低。東南亞等裝配工廠即可低價格裝配高性能微機。BGA的優(yōu)點：第27頁/共39頁第一章電子封裝工程概述塑封球柵陣列PBGA(plasticBGA)常用BGA的幾種類型載帶球柵陣列TBGA(tapeBGA)倒裝芯片球柵陣列FCBGA(flipchipBGA)塑封球柵陣列PBGA(plasticBGA)第28頁/共39頁封裝的第三次變革第一章電子封裝工程概述第29頁/共39頁封裝的發(fā)展趨勢已初見端倪。（1）高性能CSP封裝

以其超小型、輕重量化為特色，如果能在高速、多功能低價格兩個方面兼得，CSP在LSI封裝中將會迅速得到普及。（2）以芯片疊層式封裝為代表的三維封裝

三維立體封裝包括封裝層次的三維封裝、芯片層次的三維封裝和硅圓片層次的三維封裝等三種。（3）全硅圓片型封裝

其特點是在完成擴散工序的硅圓片上進行封裝布線、布置引線端子、貼附焊球、完成封裝，最后再切分一個一個的封裝件。（4）球形半導(dǎo)體

涉及到半導(dǎo)體前工程、后工程等許多基本工序的變革，能否在技術(shù)上突破并發(fā)展為實用的封裝形式，還要經(jīng)過實踐檢驗。第一章電子封裝工程概述第30頁/共39頁1.3.3國內(nèi)封裝業(yè)狀況我國封裝產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀我國的微電子封裝產(chǎn)業(yè)經(jīng)過近幾十年的發(fā)展已經(jīng)具有一定的規(guī)模。初步形成由300個設(shè)計機構(gòu)，8家骨干芯片企業(yè)，20余個較大規(guī)模封裝廠家，以及若干材料、設(shè)備研制單位所組成的IC產(chǎn)業(yè)發(fā)展基礎(chǔ)群體，在京、津、滬、蘇、浙、粵、閩地區(qū)呈現(xiàn)相對集中發(fā)展強勢。第一章電子封裝工程概述第31頁/共39頁1.3.3國內(nèi)封裝業(yè)狀況從企業(yè)的類型來看可以分為四大類

第一類是國際大廠整合組件制造商的封裝廠，如英特爾、超微、三星電子、摩托羅拉等外資企業(yè)15家。

第二類中外合資企業(yè)，如深圳賽意法微電子、上海紀(jì)元微科微電子、南通富士通微電子等11家。第三類是臺資封測廠，如同芯科技、宏盛科技等16家。第四類國內(nèi)獨資企業(yè)，如長電科技、華旭電子、華潤華晶微電子等50多家。第32頁/共39頁江蘇的蘇州、無錫、南通等地也建立了一批有規(guī)模、有實力的IC封裝企業(yè)，蘇州有三星電子、先進微器件AMD、日立半導(dǎo)體、雙勝等10家半導(dǎo)體封裝廠商，主要封裝類型為PLCC、QFP、TSOP、SOP、SOJ，向CSP封裝發(fā)展。無錫華晶集團封裝總廠無錫微電子科研中心南通富士通江陰的江蘇長電與相關(guān)高校聯(lián)合，成立IC封裝研究中心，開發(fā)BGA、CSP等高技術(shù)含量IC和片式元器件產(chǎn)品。寧波將建設(shè)半導(dǎo)體封裝園區(qū)華越在紹興建成華越芯片裝封裝廠第33頁/共39頁從事封裝技術(shù)研究與培訓(xùn)的科研院所我國微電子封裝研發(fā)能力單位研究內(nèi)容中科院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所封裝技術(shù)研究、培訓(xùn)、可靠性試驗中科院電子學(xué)研究所半導(dǎo)體封裝技術(shù)研究、電鍍、培訓(xùn)中科院微電子中心后封裝、形式TO-92/120/126/P8-241中國電子科技集團公司24研究所單片IC混合IC、微電路模塊；各類電路的陶瓷封裝中國電子科技集團公司47研究所ASIC、MCP/MPU接口電路、數(shù)字集成電路及封裝中國電子科技集團公司58研究所半導(dǎo)體集成電路設(shè)計、制造、封裝、測試、可靠性等研究與生產(chǎn)，封裝形式有DIP、LCC、SOP、QEP等中國航天時代電子公司771研究所單片機集成電路；混合集成電路及封裝濟南半導(dǎo)體研究所半導(dǎo)體體分立器件、集成電路、引線框架、半導(dǎo)體管殼及封裝技術(shù)航天時代電子公司研究院微電子技術(shù)研究部陶瓷封裝方面的技術(shù)研究第34頁/共39頁從事外殼與特種器件封裝研究的科研院所我國微電子封裝研發(fā)能力單位研究內(nèi)容中國電子科技集團公司13研究所微波器件、集成電路、組件、部件、系統(tǒng)、光電器件、光通訊電路、外殼及封裝技術(shù)中國電子科技集團公司55研究所微波器件、集成電路、光電器件、外殼及封裝技術(shù)中國電子科技集團公司44研究所光電技術(shù)及封裝技術(shù)中國電子科技集團公司43研究所混合集成電路、多芯片組件、金屬外殼、電子設(shè)備中國電子科技集團公司40研究所玻璃產(chǎn)品、金屬外殼及接插件中國電子科技集團公司26研究所壓電器件封裝技術(shù)中國航天集團607研究所微系統(tǒng)組裝、表面安裝技術(shù)青島半導(dǎo)體研究所混合電路封裝技術(shù)第35頁/共39頁從事外殼與特種器件封裝研究我國微電子封裝研發(fā)能力單位研究內(nèi)容中國電子科技集團公司45研究所半導(dǎo)體專用設(shè)備、封裝設(shè)備、測試設(shè)備等中國電子科技集團公司2研究所