《微电子封装》PPT课件.ppt
第五章 微电子封装技术,封装的作用,电功能：传递芯片的电信号,散热功能：散发芯片内产生的热量,机械化学保护功能：保护芯片与引线,防潮,抗辐照,防电磁干扰,集成电路产业,设计、制造、封装,据估计我国集成电路的年消费将达到932亿美圆，约占世界市场的20%，其中的30%将用于电子封装，则年产值将达几千亿人民币，,现在每年全国大约需要180亿片集成电路，但我们自己制造，特别是封装的不到20%,先进封装技术的发展使得日本在电子系统、特别是日用家电消费品的小型化方面一度走在了世界之前,IC芯片,引线架,导线丝,铝膜,外引线,封装树脂,塑料基板,塑料封装DIP工艺,导电粘胶,超声键合可在较低的温度下使金属丝发生塑性变形，完成固相结合。,引线键合,成本较低,双列直插式封装结构,DIP,PGA,背面,Pin Grid Array,平面栅阵电极封装,集成电路管脚的不断增加，可达3000个管脚，使得只在四周边设置引脚遇到很大困难,一、微电子封装技术的发展趋势,直插式,三次重大变革,表面贴装式,芯片尺寸封装,DIP,SMT,CSP,封装技术的第一次重大变革,表面贴装技术,插装技术,20世纪70年代中期,DIP,SOP：small out-line package,表面贴装（SMT）技术之一,薄型化,手机、笔记本电脑、数码摄象机的薄型化、小型化,引脚向外弯曲,1、SOP小型平面引线式封装,Surface Mount technology,2、SOJ,引脚向内弯曲,small out-line J-lead package,小型平面J 形引线式封装,3、QFP,背面,引脚向外弯曲,：quad flat package,四周平面引线式封装,QFP的实用水平，封装尺寸为40mm40mm，端子间距为0.4mm,端子数376,QFP是目前表面贴装技术的主要代表,周边端子型封装QFP的最大问题是引脚端子的变形，难保证与印刷电路板的正常焊接，需要熟练的操作者，日本半导体用户掌握着高超的技能，处理微细引脚的多端子QFP得心应手,封装技术的第二次重大变革,QFP贴装技术,20世纪90年代初中期,BGA贴装技术,4、BGA,Ball Grid Array,球状栅阵电极封装,背面,焊料微球凸点,IC芯片,引线架,导线丝,内引线,封装树脂,焊料微球凸点,BGA,基板,回流焊,回流焊:通过掩膜预先将适量的焊料置于印制板上需要钎焊的地方，然后将需要装载的元件贴装在印制板相应的电极上，再利用各种加热方式对整个印制板进行加热，使焊料熔化，实现元件电极与对应预涂焊点的互联,印制板,回流炉,焊料微球凸点,B、球状电极的不会变形,印制板,C、熔融焊料的表面张力作用，具有自对准效果，实装可靠性高，返修率几乎为零,A、与QFP相比，可进一步小型化、多端子化，400端子以上不太困难。,球栅阵列型封装BGA的优点,D、实装操作简单，对操作人员的要求不高,BGA是目前高密度表面贴装技术的主要代表,日本厂家把主要精力投向QFP端子间距精细化方面，但是未能实现0.3mm间距的多端子QFP，因为日本厂家认为BGA实装后，对中央部分的焊接部位不能观察。,美国公司的实际应用证明，BGA即使不检测焊点的质量，也比经过检测的QFP合格率高两个数量级,美国康柏公司1991年率先在微机中的ASIC采用了255针脚的PBGA，从而超过IBM公司，确保了世界第一的微机市场占有份额。,封装技术的第三次重大变革,芯片尺寸封装技术,BGA贴装技术,20世纪90年代中期,20世纪90年代，日本开发了一种接近于芯片尺寸的超小型封装，这种封装被称为chip size package，将美国风行一时的BGA推向CSP,将成为高密度电子封装技术的主流趋势,尺寸芯片封装,CSP,chip size package,裸芯片封装,尺寸芯片封装概念,双列直插式封装（DIP）的裸芯片面积与封装面积之比为1:80,表面贴装技术SMT中的QFP为1:7，CSP小于1:1.2,尺寸芯片封装原理,主要考虑用尽可能少的封装材料解决电极保护问题,尺寸芯片封装CSP分类,1、平面栅阵端子型CSP,裸芯片,焊料微球凸点,2、周边端子型CSP,IC芯片,引线架,导线丝,内引线,封装树脂,焊料微球凸点,IC芯片,CSP,BGA,基板,CSP芯片尺寸封装工艺,1、导电丝焊接组装技术,2、倒扣组装技术,1、导电丝焊接组装技术,芯片,芯片,印制板,粘胶,超声热压焊引线,金属布线,铝膜,模塑树脂,2、倒扣组装技术,在裸芯片上的电极上形成焊料凸点，通过钎焊将芯片以电极面朝下的倒状方式实装在多层布线板上，由于不需要从芯片向四周引出I/O端子，可布置更多的端子，互联线的长度大大缩短，减小了RC延迟，可靠性提高,Flip ship,回流焊,树脂下填充,4、CSP发展新趋势,1、MCM组装,2、三维封装,1、MCM组装,Multi chip module,芯片,封装体,芯片,封装外壳,印制板,单芯片封装电路板,多芯片封装电路板,可大幅度减小封体积,将多个裸芯片不加封装，直接装载于同一印制板上并封装于同一壳体内，与一般单芯片封装的SMT相比，面积减小了36倍，重量减轻了3倍以上，由于减小了引线长度故可明显改善信号延迟、降低高频损耗,IC芯片,内引线,封装树脂,印制板,绝缘胶,焊料微球,2、三维封装,各种封装类型示意图,
