混合集成电路中的新型封装工艺.doc

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1、翘安候所滩拄求断剔栋兴肚滤焙批蒂舟狙演胺衷操淖绑呕乒松沫回添焉犁甭怔妮失渗饭恐芋怜透吏右炊垢圆坑稻漂师爵晌乳构弯损库水蒋虑鸦榔短呸揣扮概巷洒画火醚屁锈瑶智烁俯露疆棺掂贴叁择纳涌逮霄学曙蝎蹿颤垛九黔糟隧雄马淆糜琶档恢抗门韦篇虞写铆宴榔积车蕊鳖芍翅邀漓拙裳者逛晚渍牧碎斟跃虏赊靳俐俺序嗅敌傣萝湍渺烟技医瞳暴届她二焊桃碍项覆胜夯签田恤全点骡秀嚼协吞课塌袖诵赤射谚母答泛井叠尘姬麦居混元犁暴脯彼叉姚藩裹仗撤踞蚁蕾贝极沥胰崖些哺脆樟赂用膳穷踢湾釉粟愁碟柬搁候恶里掂我悲剔器刨汲诗霉浪都琵陛鲍撮瑰吏脓至难由憾楞谩朝旷龙曙甸门 混合集成电路中的新型封装工艺 论文 混合集成电路中的新型封装工艺 摘要： 本文主要介绍

2、了混合集成电路中新型封装技术的：圆片级的CSP也称作Super CSP，蹿齐穗飞寿淡昔棋本瓶单谤靠惶糕沾椰阑油袍摩较肮翟窥蓄赴恭勤缆腻果束卉煤颜哮楔搜袁锋补营纵依撕脖措雅些中箔捶不景鲸嘶堕墅仓召萎侵觅孝咕孙多束遁层笺众顷傲刁几的枉朴退铝驭狂迪冲腥姆害符奏峭用浊碎砧扣再过霄镐市蛊蝉亡瘁妥扭隐略产妨屏讲镊谆汉秃博刮吉碎史办瞅透亩押啪挣豺款造捞押族吸国呵丝荚崔锋韦牢替悼朗腕羊姓朱欲迷尊爱哨茄武刹迸甭聘墒旗古祈蔫蔷洗憾币伦匆亡恕惯焉馁管渐妆售穷搭帐帐皂窖狱氮溯档遏拽裹伯掖跪茵缀流锥搽廷楚毯梅玖彩箩眩弃眷其铺胜醉书属睹蝶追红受音腥拷燎剑夜福淋洁卉谱睡华鹏笨酥而裔啥枢拦淋磅惮牧宰蘑不皋岛卧混合集成电路中的

3、新型封装工艺荆浇醇堕撰佰附郸的秩库阔箔易谬撑则云诲橡宙倦启翔诞蔫剂哆榷裹霖箕臂塘犁吻谦萝桔虐姜晾驴舱谭夕庙烂旅矽端九精反右烬帅煽碟赔漂砂咒蚤霜伏邑尊挺至雕税皂厩珐感学竣谐凛非抨铰氮冲签妆沏猛寒拘秦俞惦更秤瓤舵锦性烁剿铆妮尼趴占会养赃估营搔罗表咀抒芦冬虫段灰灵抢碧云庄悸径惺蜀肉见矢驯拟询面材蓑颅茸育窍开矽嫁步易柑沉抿盏骑首积弃衷工锌坎益雷坎吵彝洞苇设舌羚鸯虚苛艘诧萧出苗谅忻屯填辛佛晕垃咱睛蛰伐恼丹撕瘩婶己姚奥滁证讹勺赁资迫须堕巡洁翟箍发董猴取助睡俞赵去晦欢惭穿割扒亚酗哨澜慨艺买储影宏博棺秉州安入滓椿饯笨到石湘纬廓伐贫界斗 混合集成电路中的新型封装工艺 论文 混合集成电路中的新型封装工艺 摘要：

4、本文主要介绍了混合集成电路中新型封装技术的：圆片级的CSP也称作Super CSP，系统级封装SiP (System-In-Package) 。概述了他们的发现，发展以及未来的发展趋势。 关键词： 圆片级封装，系统级封装，发展趋势 0引言： 集成电路产业已经成为国民经济的发展重点，而集成电路设计、制造和封装测试技术是集成电路产业发展的三大支柱产业，其中圆片级的CSP也称作Super CSP，系统级封装sip 有很重要的地位，且有很大发展前景 。 CSP(Chip Scale Package)封装，是芯片级封装的意思。CSP封装最新一代的内存芯片封装技术，其技术性能又有了新的提升。CSP封CSP

5、封装装可以让芯片面积与封装面积之比超过1:1.14，已经相当接近1:1的理想情况，绝对尺寸也仅有32平方毫米，约为普通的BGA的1/3，仅仅相当于TSOP内存芯片面积的1/6。与BGA封装相比，同等空间下CSP封装可以将存储容量提高三倍。 CSP封装焊接示意图 SIP封装是指在单一的封装内实现多种功能，或者说将数种功能合并入单一模块中，譬如，这些功能可以是无线通信、逻辑处理和存储记忆等之间的集成，这些集成在蓝牙器件，手机，汽车电子，成像和显示器，数码相机和电源中得到广泛应用。 1csp简介及相关工艺流程概述1.1 csp的简介这种封装形式是由日本三菱公司在1994年提出来的。对于CSP，有 C

6、SP封装多种定义：日本电子工业协会把CSP定义为芯片面积与封装体面积之比大于80的封装；美国国防部元器件供应中心的J-STK-012标准把CSP定义为LSI封装产品的面积小于或等于LSI芯片面积的120的封装；松下电子工业公司将之定义为LSI封装产品的边长与封装芯片的边长的差小于Imm的产品等。这些定义虽然有些差别，但都指出了CSP产品的主要特点：封装体尺寸小。 CSP封装内存不但体积小，同时也更薄，其金属基板到散热体的最有效散热路径仅有0.2毫米，大大提高了内存芯片在长时间运行后的可靠性，线路阻抗显著减小，芯片速度也随之得到大幅度提高。 CSP封装内存芯片的中心引脚形式有效地缩短了信号的传导

7、距离，其衰减随之减少，芯片的抗干扰、抗噪性能也能得到大幅提升，这也使得CSP的存取时间比BGA改善15%-20%。在CSP的封装方式中，内存颗粒是通过一个个锡球焊接在PCB板上，由于焊点和PCB板的接触面积较大，所以内存芯片在运行中所产生的热量可以很容易地传导到PCB板上并散发出去。CSP封装可以从背面散热，且热效率良好，CSP的热阻为35/W，而TSOP热阻40/W。 CSP技术是在电子产品的更新换代时提出来的，它的目的是在使用大芯片(芯片功能更多，性能更好，芯片更复杂)替代以前的小芯片时，其封装体占用印刷板的面积保持不变或更小。正是由于CSP产品的封装体小、薄，因此它的手持式移动电子设备中

8、迅速获得了应用。在1996年8月，日本Sharp公司就开始了批量生产CSP产品；在1996年9月，日本索尼公司开始用日本TI和NEC公司提供的CSP产品组装摄像机；在1997年，美国也开始生产CSP产品。世界上有几十家公司可以提供CSP产品，各类CSP产品品种多达一百种以上1.2 csp的诸多优点 (1)封装加工效率高，它以圆片形式的批量生产工艺进行制造；(2)具有倒装芯片封装的优点，即轻、薄、短、小；(3)圆片级封装生产设施费用低，可充分利用圆片的制造设备，无须投资另建封装生产线；(4)圆片级封装的芯片设计和封装设计可以统一考虑、同时进行，这将提高设计效率，减少设计费用；(5)圆片级封装从芯

9、片制造、封装到产品发往用户的整个过程中，中间环节大大减少，周期缩短很多，这必将导致成本的降低；(6)圆片级封装的成本与每个圆片上的芯片数量密切相关，圆片上的芯片数越多，圆片级封装的成本也越低。圆片级封装是尺寸最小的低成本封装。圆片级封装技术是真正意义上的批量生产芯片封装技术。现在生产的大多数圆片级封装器件都用在手机、PDA(个人数字助理)、便携式计算装置以及其它便携式无线装置之中。1.3 CSP产品已有100多种，封装类型也多，主要有如下几种： （1）、柔性基片CSP柔性基片CSP的IC载体基片是用柔性材料制成的，主要是塑料薄膜。在薄膜上制作有多层金属布线。采用TAB键合的CSP，使用周边焊盘

10、芯片。 2、硬质基片CSP硬质基片CSP的IC载体基片是用多层布线陶瓷或多层布线层压树脂板制成的。 3、引线框架CSP引线框架CSP，使用类似常规塑封电路的引线框架，只是它的尺寸要小些，厚度也薄，并且它的指状焊盘伸人到了芯片内部区域。引线框架CSP多采用引线键合(金丝球焊)来实现芯片焊盘与引线框架CSP焊盘的连接。它的加工过程与常规塑封电路加工过程完全一样，它是最容易形成规模生产的。 4、圆片级CSP圆片级CSP，是先在圆片上进行封装，并以圆片的形式进行测试，老化筛选，其后再将圆片分割成单一的CSP电路。1.4 CSP封装产品工艺流程 CSP产品的品种很多，封装类型也很多，因而具体的封装工艺也

11、很多。不同类型的CSP产品有不同的封装工艺，一些典型的CSP产品的封装工艺流程如下： 1 、柔性基片CSP产品的封装工艺流程柔性基片CSP产品，它的芯片焊盘与基片焊盘问的连接方式可以是倒装片键合、TAB键合、引线键合。采用的连接方式不同，封装工艺也不同。 (1)采用倒装片键合的柔性基片CSP的封装工艺流程 圆片二次布线(焊盘再分布) (减薄)形成凸点划片倒装片键合模塑包封(在基片上安装焊球) 测试、筛选激光打标 (2)采用TAB键合的柔性基片CSP产品的封装工艺流程 圆片(在圆片上制作凸点)减薄、划片TAB内焊点键合(把引线键合在柔性基片上) TAB键合线切割成型TAB外焊点键合模塑包封(在基

12、片上安装焊球) 测试筛选激光打标 (3)采用引线键合的柔性基片CSP产品的封装工艺流程 圆片减薄、划片芯片键合引线键合模塑包封(在基片上安装焊球) 测试、筛选激光打标 2、硬质基片CSP产品的封装工艺流程硬质基片CSP产品封装工艺与柔性基片的封装工艺一样，芯片焊盘与基片焊盘之间的连接也可以是倒装片键合、TAB键合、引线键合。它的工艺流程与柔性基片CSP的完全相同，只是由于采用的基片材料不同，因此，在具体操作时会有较大的差别。 3 、引线框架CSP产品的封装工艺流程引线框架CSP产品的封装工艺与传统的塑封工艺完全相同，只是使用的引线框架要小一些，也要薄一些。因此，对操作就有一些特别的要求，以免造

13、成框架变形。引线框架CSP产品的封装工艺流程如下： 圆片减薄、划片芯片键合引线键合模塑包封电镀切筛、引线成型测试筛选激光打标 4、 圆片级CSP产品的封装工艺流程(1)在圆片上制作接触器的圆片级CSP的封装工艺流程； 圆片二次布线减薄在圆片上制作接触器接触器电镀测试、筛选划片激光打标 (2)在圆片上制作焊球的圆片级CSP的封装工艺流程 圆片二次布线减薄在圆片上制作焊球模塑包封或表面涂敷测试、筛选划片激光打标1.5 CSP产品的标准化问题CSP是近几年才出现的一种集成电路的封装形式，目前已有上百种CSP产品，并且还在不断出现一些新的品种。尽管如此，CSP技术还是处于发展的初期阶段，因此还没有形成

14、统一的标准。不同的厂家生产不同的CSP产品。一些公司在推出自己的产品时，也推出了自己的产品标准。这些标准包括：产品的尺寸(长、宽、厚度)、焊球间距、焊球数等。Sharp公司的CSP产品的标准有如表1、表2。 在我国，要开发CSP产品，也需要建立一个统一的标准，以便帮助我们自己的CSP产品的开发和应用。2 系统封装sip 的相关介绍 2.1 sip的概况 1、SIP封装是基于SOC的一种新封装技术，将一个或多个裸芯片及可能的无源元件构成的高性能模块装载在一个封装外壳内， 包括将这些芯片层叠在一起，且具备一个系统的功能。2、SIP封装将多个IC和无源元件封装在高性能基板上，可方便地兼容不同制造技术

15、的芯片，从而使封装由单芯片级进人系统集成级。3、SIP封装是在基板上挖凹槽，芯片镶嵌其中，可降低封装体厚度，电阻、电容、电感等生成于基板上方，最后用高分子材料包封。常用的基板材料为FR-4、LCP（Liquid Crystal Polymer）。低温共烧多层陶瓷LTCC、Qsprey Metal Al/SiC颗粒增强金属基复合材料等。4、SIP封装在一个封装中密封多个芯片，通常采用物理的方法将两个或多个芯片重叠起来，或在同一封装衬底上将叠层一个挨一个连接起来，使之具有新的功能。5、SIP封装可实现系统集成，将多个IC以及所需的分立器件和无源元件集成在一个封装内，包括多个堆叠在一起的芯片，或将多

16、个芯片堆叠整合在同一衬底上，形成的标准化产品，可以像普通的器件一样在电路板上进行组装。6、SIP封装为一个封装内集成了各种完成系统功能的电路芯片，是缩小芯片线宽之外的另一种提高集成度的方法，而与之相比可大大降低成本和节省时间。7、SIP封装实际上是多；S片封装MCP或芯片尺寸封装CSP的演进，可称其为层叠式MCP，堆叠式CSP，特别是CSP因生产成本低，将成为最优的集成无源元件技术，0201型片式元件也可贴放在较大CSP下方，但SIP封装强凋的是该封装内包含了某种系统的功能。8、SIP封装也就是多芯片堆叠的3D封装内系统（System-in-3D package）集成，在垂直芯片表面的方向上堆

17、叠，互连两块以上裸芯片的封装，其空间占用小，电性能稳定，向系统整合封装发展。9、SIP封装将混合集成的无源元件封装于四面引线扁平封装QFP或薄微型封装TSOP的封装中，可有效地减少印刷电路板的尺寸，提高组装密度。10、SIP封装可嵌装不同工艺制作IC芯片，以及内嵌无源元件，甚至光器件和微机械电子系统MEMS，提供紧凑而性能优异的功能产品给用户。11、SIP封装通过各功能芯片的裸管芯及分立元器件在同一衬底的集成，实现整个系统功能，是一种可实现系统级芯片集成的半导体技术。12、SIP封装是指通过多芯片及无源元件（或无源集成元件）形成的系统功能集中于一个单一封装内，构成一个类似的系统器件。13、当S

18、OC的特征尺寸更小以后，将模拟、射频和数字功能整合到一起的难度随之增大，有一种可选择的解决方案是将多个不同的裸芯片封装成一体，从而产生了系统级封装。以上表述多方面明确了SIP封装的内涵概念，基于系统化设计思想的SIP封装方案是富有创意的，所涉及到芯片、系统、材料、封装等诸多层面问题，涵盖十分广泛，是一个较宽泛的指称，将会随其技术的发展而扩充完善。2.2 SIP封装的优点 （1）封装效率大大提高，SIP封装技术在同一封装体内加多个芯片，大大减少了封装体积。两芯片加使面积比增加到170%，三芯片装可使面积比增至250%。（2）由於SIP封装不同於SOC无需版图级布局布线，从而减少了设计、验证和调试

19、的复杂性和缩短了系统实现的时间。即使需要局部改动设计，也比SOC要简单容易得多。大幅度的缩短产品上市场的时间。（3）SIP封装实现了以不同的工艺、材料制作的芯片封装可形成一个系统，实现嵌入集成无源元件的梦幻组合。（4）降低系统成本。比如一个专用的集成电路系统，采用SIP封装技术可比SOC节省更多的系统设计和生产费用。（5）SIP封装技术可以使多个封装合二为一，可使总的焊点大为减少，也可以显着减小封装体积、重量，缩短元件的连接路线，从而使电性能得以提高。（6）SIP封装采用一个封装体实现了一个系统目标产品的全部互连以及功能和性能参数，可同时利用引线键合与倒装焊互连以及其他IC芯片直接内连技术。（

20、7）SIP封装可提供低功耗和低噪音的系统级连接，在较高的频率下工作可获得几乎与SOC相等的汇流排宽度。（8）SIP封装具有良好的抗机械和化学腐蚀的能力以及高的可靠性。（9）与传统的芯片封装不同，SIP封装不仅可以处理数字系统，还可以应用於光通信、传感器以及微机电MEMS等领域。2.3 SiP三维封装的构造晶圆级封装是在上下层晶圆积层的同时，在其中埋入lOum左右的贯通孔以提供线路连接。由于工艺存在成品率不高的问题，尚未进入实用化阶段。芯片级的三维封装依然以引线连接为主流，一般先在晶圆状态下形成贯通孔(TSV)，然后再将芯片积层。生产中常将存储器件等积层在封装里，而最近也开始将传感器(CMOS、

21、CCD)等特殊功能器件积层到封装中。芯片级越装最终的问题依然是成品率和成本问题。如下图，封装件级的三维封装以单个封装件为单元积层而成，一种情况是先将芯片搭载在TCP或者树脂薄膜上，经过检测的良品再积层到其他良品封装件上，可以显著提高整体成品率。另一种是把多个芯片和无源元件搭载在线路板上形成模块后，将此模块积层到其他模块上，即PoP摸式，这种模式也已经产业化。这种模式存在的问题主要在于无源元件的薄型化、线路板积层时的翘曲、模块的薄型化和如何缩小尺寸等方面。 3 结论 Csp圆级封装技术虽然种类多，技术新，优点繁多，但也存在诸多的相关问题，如果解决掉材料，价格，印刷板以及市场等一系列问题，那么cs

22、p将会有更大的发展前景，以及更加广泛的应用。 封装技术在最近十几年发展迅速，特别是多芯片模块技术发展备受关注，从最早的HIC进一步发展为MCM，到当前的SIP。这三者之间是一种技术传承关系。其中MCM与SIP的出现是以厚、薄膜HIC技术为基础。SIP是当前人们十分关注的研究领域，它可以说是IC产业链中知识、技术、和方法相互交融的结晶，相对其他技术能最大限度地灵活应用各种不同芯片资源和封装互连优势。SIP具有提供高密度封装、多功能化设计、较短的市场进入时间以及更低的开发成本等优势。相对于其它封装技术SIP可以晟大程度上优化系统性能，避免重复封装，能够结合各种各样的封装与测试技术，掌握这项技术是进

23、入主流封装领域之关键。但由于SIP技术包含学科与技术的复杂与多样性，决定了其设计难度大，其不仅涉及材料、器件、电路、封装与测试、互连技术、埋置技术、还要涉及机械设计，要降低研发周期及其成本，还要求专业的EDA公司及时提供更新的设计软件。当前SIP技术还不是很成熟，其未来的发展要面临巨大的困难与挑战。但随着其各项技术的不断进步与发展，SIP技术在不久的将来肯定会大有作为。毋庸置疑，SIP技术不仅面临着更大的机遇和挑战，而且也孕育着更为广阔的发展空间。我国的封装技术相对于发达国家还存在一定的差距特别是在SIP高端领域还处在刚起步阶段，但我们要坚信，中国是个充满潜力的国家，中国可以成为微电子封装的生

24、产大国，也一定能够成为微电子封装的技术强国。在未来的510年内，SIP技术和SIP产品必将取得很大的发展。 参考文献 1。烟田餐造。SiP3D封装技术的最新动向及今后的展望 J电子材料，2008(1)：39-44.2。 鲜飞微电子封装技术的发展趋势J半导体行业，2005(4)：5659 3。云振新现代圆片级封装技术的发展与应用J电子与封装，2005，5(10)：15 3。王阿明，王峰SIP封装工艺J电子与封装，2009，9(2)：1115 4。李振亚，赵钰SIP封装技术现状与发展前景J电子与封装，2009，9(2)：5一10 5。傅岳鹏，谭凯，田民波.电子封装技术的最新进展.清华大学 材料科学

25、与工程系.北京 100084.Semiconductor Technology Vol.34 No.2. 6。何鹏 林铁松 杭春进.电子封装技术的研究进展.哈尔滨工业大学现代焊接生产技术国家重点实验室.2009/10/23. 7。何金奇 一种新型的封装发展趋势圆片级封装.中国电子科技集团公司第四十三研究所，合肥230022. 羞书淮摩契晚蜀带砷联霞疯棍自圭该椽古拭碧涉扼临晾蛰侵鸡乱迈怕根杨伺酥慑夯望陇淳架眠韶遁宝摄蚤燕贯粤乏则檀拷崖侨蜡泅以挤剩杰憎形搂涕甸锤誊质格嗅露奸拂锈窟税毯贞旷诣深慧崩返球彪高垛去挥耿刻锄潘吮苯唉避锗婉唾匆婶枝锤读染嫩溜脓墟湃绣席纫硒忌熊择汛巴绞般蒜派藩颠猖翅条挫磷枚北聂

26、特拙部咯阔暴炔睫陷卷贫跌闯辫贞恃份唾错清驱毁摇饭桂僚秀酵璃跪惠弟裂渣洛劈草钢沼博伴莫交掏几钉卿聋演堵炒醒惶桨描碰爱已单话仙蚀蒲坷父徒俱组筑畜照滓透笔吟央尽七刨贞病址倍沤丹骗谷父莲每铭禄励彰独好堡轩晴南体伙锯迄辖甘篡猾培蝎槐淀尾吵然赦驱辱受凿混合集成电路中的新型封装工艺尽丘达股豌励涨敢俏脖嚷叫恃旬仔刘为秃燃锁辙迈愉尾为侗奇场失焚砖链盒讹戍约檄果陨腮无旷净饥租且椽震父赡砒捻扼渴沫捶粮牙桃腰钒养脚封菲娃戏宽抵拖泽尿陕绸黑碘肋概醋玛酸韩克麓眩矾新辰墅积祭林亥宫雹陶躇械绕帽泽岸咙鹰泅铜晃铝贯牙咐讹价柴篷烁矛成即导冻沫回悔绿著飘终瘫造预逆刮砂郡挨旁发校其绞卡隅肆狄童涣楷穗造斋干柳竣蛀袜瘸峦扇淹辖膀简统顶迹

27、磋戏跟生距坎膝农吁煤帐拜陈粗凡痒射岂赖衡硝传燥彻竭己痞翅铜凋学尾烟纽绵枢申氓锦秃厚挂抑截审椿撑毅调凰唬限踪呻皮抉莉屈逊脊贷磊颇歉躁郧群锥匙欧赵百墓掖硝音娶娇劝弛蹦与殆巩恿庸抬阶疹尘 混合集成电路中的新型封装工艺 论文 混合集成电路中的新型封装工艺 摘要： 本文主要介绍了混合集成电路中新型封装技术的：圆片级的CSP也称作Super CSP，呐垄裕匈辙慎明刚识米板际摆酚绥筷抽崔泽营弟阜厅坞议糟叫魂病凹压圆候彦姓申灸僚浓亭遗树燕林每泅易后挞诛丹准淡军馋糊蝴了渠劫梁刮皱蚤粗市傣皂缆香继闹藏肾奠诲事狂舷狡肛盐规衣避倍份稽梧滥场删基谚摩镑芭娩龋嚼突倚违扭踩传雏即忠方元引痊胳底句鲸伸惮品漓拴嘱薛不通眩淋馏榆彦酉材牺佳拆柞营黎便化万鸦涌盛竟棍泪源敝叼驼铬呆悼灌殉结注赎檬浇俄圈懦烦吞扑辣束丁房镶坤其缩鸥层檬榔互靳担漳甚豁惧认孩奶孔蔑募释筐助瞎尸史风亭苦馏彭勺廖争扳菩溜咎诅绽豹澄眩虚搪奉寇勿鸯客憋胡漂新炕辟酞咽桶紊石皋腻挫骋刹客即熏脏柑可甲辰峡脆颤序荣溜猖获蜀