1集成電路芯片封裝概述

1、第一章 集成電路封裝概述,1、封裝的概念2、封裝的作用3、封裝技術(shù)4、封裝技術(shù)的演變,封裝的原因,原因： 1. 50年前半導(dǎo)體器件細(xì)小易碎； 2. 半導(dǎo)體器件性能高，且多功能、多規(guī)格； 為了充分發(fā)揮半導(dǎo)體元器件的功能，需要對(duì)其補(bǔ)強(qiáng)、密封和擴(kuò)大，以便實(shí)現(xiàn)與外電路更好的電氣連接和并得到機(jī)械和絕緣等方面的保護(hù)。,1、封裝的概念,,集成電路芯片封裝（Packaging,PKG）是指利用膜技術(shù)及微細(xì)加工技術(shù)，將芯片及

2、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(guò)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。,封裝工程：即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，并確保整個(gè)系統(tǒng)綜合性能的工程。,電子封裝工程：指將基板技術(shù)、芯片封裝體、分立元件等要素，（按電子設(shè)備整機(jī)要求）連接和裝配成整機(jī)裝置或電子設(shè)備，并實(shí)現(xiàn)電子物理功能的工程。,封裝在整個(gè)集成電路生產(chǎn)流程的位置,封裝是屬于后端工藝，完成后就是可以交有電子電器等商家使用的元

3、器件。,封裝的地位,磁儲(chǔ)存器,顯示器,電池。。。,微電子學(xué) 光電子學(xué) 高頻/無(wú)線 微電子機(jī)械系統(tǒng),汽車(chē)自動(dòng)化,航空宇宙,醫(yī)療設(shè)備,電信,計(jì)算機(jī),消費(fèi)產(chǎn)品,封裝涉及的技術(shù)領(lǐng)域： 物理、化學(xué)、化工、材料、機(jī)械、電氣與自動(dòng)化等,,,,,,,軟件、應(yīng)用軟件、服務(wù),2、封裝所實(shí)現(xiàn)的功能,封裝的目的：保護(hù)芯片不受或少受外界環(huán)境的影響，并為之提 供一個(gè)良好的工作條件，以使集成電路 具有穩(wěn)定、正常

4、的功能。,水汽、雜質(zhì)、化學(xué)物質(zhì)等,對(duì)封裝功能大體要求？,良好的電氣性能,封裝實(shí)現(xiàn)的功能：1、傳遞電能，如電源電壓的分配和導(dǎo)通。2、傳遞電路信號(hào)，如將延遲盡可能減小。3、提供散熱途徑； 4、結(jié)構(gòu)保護(hù)與支持。,散熱性能，,化學(xué)的穩(wěn)定性,一定的機(jī)械強(qiáng)度,對(duì)封裝另外要注意的因素：1、成本，性?xún)r(jià)比；尺寸，大小，重量2、外形與結(jié)構(gòu)；3、可靠性；機(jī)械沖擊、溫度變化、運(yùn)輸?shù)募铀俣?、使用環(huán)境4、性能,意 義,有

5、人將集成電路芯片與各種電路元器件比作人類(lèi)的頭腦與身體內(nèi)部的各種器官，而芯片封裝就像是將器官組合成的肌肉骨架，支撐和保護(hù)整個(gè)個(gè)體；封裝的連線像是血管神經(jīng)，為整個(gè)結(jié)構(gòu)提供電源電壓與電路信號(hào)傳遞的路徑。,總之：封裝是IC到系統(tǒng)的橋梁，控制著微小系統(tǒng)的尺寸、性能、成本、可靠性。,3、封裝技術(shù),技術(shù)的層次（共5層）：Level 0：芯片上元器件間的連線工藝Level 1：又稱(chēng)芯片層次的封裝（Chip Level Packaging）芯片與封裝

6、基板或引腳架之間封裝成為模塊工藝；Level 2：將若干個(gè)模塊與其他電子元器件組成一個(gè)電路卡（Card）的工藝；Level 3：將若干個(gè)Card組合在一個(gè)主電路板（Board）上，形成一個(gè)部件或者子系統(tǒng)的工藝；Level 4：將若干個(gè)部件或子系統(tǒng)組裝成為一個(gè)完整的電子產(chǎn)品的工藝。,晶圓,Level 0,Level 1,Level 2,Level 1,Level 3,Level 3,Level 4,傳統(tǒng)的封裝,BGA(球狀陣列),P

7、GA（針柵陣列）,封裝的分類(lèi),,按組合芯片數(shù)目分,單芯片封裝（Single Chip Packages，SCP）,多芯片封裝（Multichip Packages，MCP），它還包括多芯片模塊封裝（Multichip Module，MCM）,,按密封材料分,高分子材料（即塑料封裝）,陶瓷封裝,,按器件與電路板互連方式分,引腳插入型（Pin-Through-Hole,PTH）,表面貼裝型(Surface Mount Technology,

8、SMT),4種分類(lèi)：,,按引腳分布形態(tài)分,單邊引腳,封裝的分類(lèi)（續(xù)）,雙邊引腳,四邊引腳,底邊引腳,,單列式封裝(Single Inline Packages,SIP),交叉式封裝(Zig-Zag Inline Packages,ZIP),,雙列式封裝(Dual Inline Packages,DIP),小外型封裝(Small Outline Packages,SOP),四邊扁平封裝(Quad Flat Packages,QFP),,金

9、屬罐式封裝(Metal Can Packages,MCP),點(diǎn)陣列式封裝(Pin Grid Array,PGA),DIP轉(zhuǎn)向Shrink DIP、Skinny DIP，其它轉(zhuǎn)向Thin和Ultra Thin,芯片封裝使用的材料,傳導(dǎo)點(diǎn)熱：金屬材料基板：陶瓷、玻璃密封：高分子、陶瓷,1947年美國(guó)電話電報(bào)公司（AT＆T）肖克利（William Shockley）、巴?。↗ohnBardeen）和布拉坦（Walter Brattain）

10、，因他們對(duì)半導(dǎo)體的研究和晶體管效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)獲得1956年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。,芯片封裝的歷史,,50年代：以三根引線的TO（Transistor Outline）型金屬玻璃封裝外殼。并1958年成功研制第一塊IC。集成度：小規(guī)模SSI。,60年代中期： 封裝開(kāi)發(fā)出DIP；集成度：中規(guī)模IC（MSI）。,,90年代面陣型: PGA（Pin Grid Array）針柵陣列封裝、BGA（Ball Grid Array）球柵陣列封裝、 µ

11、BGA =CSP（Chip Size Package）芯片尺寸封裝、MCM（多芯片組件）；集成度：超大規(guī)模VLST ；µBGA =CSP芯片面積比<1.2：1,70年代：封裝主導(dǎo)產(chǎn)品DIP，利物浦開(kāi)發(fā)SOP（小外形封裝）；集成度：大規(guī)模IC（LST）；封裝芯片面積比=85：1,80年代周邊型：封裝開(kāi)發(fā)出LCCC（無(wú)引線陶瓷芯片載體）、PLCC（塑料短引線芯片載體）、QFP（四邊扁平引線封裝）、主導(dǎo)產(chǎn)品PQFP（ 塑封四邊

12、扁平引線封裝）；以及開(kāi)發(fā)出相應(yīng)的組裝技術(shù)SMT（表面貼裝技術(shù)）。QFP芯片面積比=7.8：1,,,,芯片封裝的歷史,21世紀(jì)以SiP（System-in-Package）系統(tǒng)封裝為代表：MEMS（微電子機(jī)械系統(tǒng)封裝）3D-系統(tǒng)封裝SiP-BGA……..,芯片封裝的歷史,,芯片封裝的演變圖,摩爾定律：摩爾定律是由英特爾（Intel）創(chuàng)始人之一戈登·摩爾（Gordon Moore）提出來(lái)的。其內(nèi)容為：集成電路上可容納的晶體管

13、數(shù)目，約每隔18個(gè)月便會(huì)增加一倍，性能也將提升一倍，當(dāng)價(jià)格不變時(shí)；或者說(shuō)，每一美元所能買(mǎi)到的電腦性能，將每隔18個(gè)月翻兩倍以上。這一定律揭示了信息技術(shù)進(jìn)步的速度。,芯片封裝的發(fā)展趨勢(shì),集成電路發(fā)展的主要表現(xiàn),1、芯片尺寸越來(lái)越大。摩爾預(yù)言15內(nèi)增大一倍；2、工作頻率越來(lái)越高。減少信號(hào)延遲的影響；3、發(fā)熱量日趨最大。散熱將來(lái)是個(gè)棘手的問(wèn)題；4、引腳越來(lái)越多。,對(duì)封裝技術(shù)的要求：,1、小型化。

14、 2、能適應(yīng)高發(fā)熱。3、集成度提高，同時(shí)適應(yīng)大芯片要求。4、高密度化。5、能適應(yīng)多引腳。 6、能適應(yīng)高溫環(huán)境。7、具高可靠性。 8、考慮環(huán)保要求。,管心焊接,表面貼裝技術(shù)裝配,Bumping/球裝列陣,chip,substrate,Bumping/倒裝芯

15、片,金線/球焊接,密封,電子封裝是集成電路芯片生產(chǎn)完成后不可缺少的一道工序，是器件到系統(tǒng)的橋梁。封裝這一生產(chǎn)環(huán)節(jié)對(duì)微電子產(chǎn)品的質(zhì)量和競(jìng)爭(zhēng)力都有極大的影響。按目前國(guó)際上流行的看法認(rèn)為，在微電子器件的總體成本中，設(shè)計(jì)占了三分之一，芯片生產(chǎn)占了三分之一，而封裝和測(cè)試也占了三分之一，真可謂三分天下有其一。 但事實(shí)上據(jù)統(tǒng)計(jì)，因?yàn)榉鉁y(cè)對(duì)資金需求和技術(shù)門(mén)檻較低，且人力需求比較高，國(guó)內(nèi)的情況很符合這些要求，導(dǎo)致國(guó)內(nèi)的封裝占IC產(chǎn)業(yè)鏈銷(xiāo)售收入的7

16、0% 。而且總體水平跟國(guó)際上的水平還有相當(dāng)距離。,國(guó)內(nèi)的封裝現(xiàn)狀,微電子廠家,國(guó)內(nèi)封裝測(cè)試廠的4股勢(shì)力：一、國(guó)際大廠整合組件制造商的封測(cè)廠二、國(guó)際大廠整合組件制造商與本土業(yè)者合資的封測(cè)廠三、臺(tái)資封測(cè)廠四、國(guó)內(nèi)本土的封測(cè)廠,外資獨(dú)資15家,美國(guó)的英特爾、超微(AMD)、摩托羅拉、國(guó)家半導(dǎo)體、通用半導(dǎo)體、安靠科技（宏力半導(dǎo)體結(jié)盟）、金朋（跟中芯國(guó)際結(jié)盟）、ASAT荷蘭的飛利浦；韓國(guó)的三星電子、開(kāi)益禧半導(dǎo)體（KEC）；日本的東芝

17、半導(dǎo)體(Toshiba)、三洋半導(dǎo)體、三清半導(dǎo)體；新加坡的聯(lián)合科技（UTAC）,外資與國(guó)內(nèi)本土合資11家,深圳賽依法微電子、阿法賽克（上海紀(jì)元微科微電子）、新康電子、日立半導(dǎo)體、英飛凌、松下半導(dǎo)體、硅格電子、南通富士通微電子、北京三菱四通電子、樂(lè)山菲尼克斯半導(dǎo)體、寧波銘欣電子；,臺(tái)資封測(cè)廠16家,日月光半導(dǎo)體、  威宇科技 （07年被日月光收購(gòu)）、銅辰微電子、宏盛科技、凱虹電子、敏捷電子、南茂科技、硅晶科技、京元電

18、子、菱生精密、巨豐電子、超豐電子、祖海南科集成電子、硅德電子、長(zhǎng)威電子,本土封測(cè)廠,上海華旭微電子（首剛NEC后段封測(cè)獨(dú)立）、  無(wú)錫華潤(rùn)晶微電子（國(guó)企）、電子58所（國(guó)企）、中電華威電子、江蘇長(zhǎng)電科技、邗江九星電子、玉祁紅光電子、廈門(mén)華聯(lián)、汕頭華汕電子、驪山微電子（西安微電子研究所 ）、浙江華越微電子、南方電子有限公司、天水華微電子（ 前身為國(guó)營(yíng)第七四九廠 ）  、寧波明昕電