直插式元器件封装技术演示幻灯片.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第五章：直插式元器件封装技术,1,5.1,插装器件概述及分类特点,5.1.1,概述,5.1.2,分类及特点,5.2,插装技术,5.2.1,TO,型,5.2.2,SIP,单列直插式封装,5.2.3,DIP,双列直插式封装,5.2.4,PGA,针栅阵列插入式封装,2,5.1,插装器件概述及分类特点,5.1.1,概述,随着,晶体管,的出现及其质量的稳步提高，特别是,硅平面晶体,管的日趋成熟；,20,世纪,50,年代末，,晶体管,代替,电子管,已成为席卷全球之势。,这时，,各类晶体管的封装类型,主要有,玻璃封装的二极管,和,金属封装的三极管。,普通管封装有,3,根长引线,，,高频管或需要外壳接地,的晶体管封装有,4,根长引线；,晶体管的金属底座与,c,极相通，而,e,、,b,两极则通过金属底座的,开孔,，用,玻璃绝缘子,隔离，金属帽与金属底座的边缘进行,密封焊接,，这就构成了至今仍沿用的,TO,型封装,圆柱形外壳封装,。当时用,晶体管组装,的典型电子整机首推,黑白电视机,。,3,电子管封装结构示意图,电子管插装结构示意图,4,晶体管封装结构示意图,5,由于晶体管的,体积,和,重量,均为电子管的,数十分之一,，安装基板可省去,笨重的插座,，也不需用,金属基板,支撑各种元器件了，选用,单面酚醛环氧纸质覆铜板,(,有机基板,),就可胜任，而且这种基板,制作工艺简单,，,成本低廉,，,易打孔,。,由于晶体管,体积小、电压低、耗电省,，所以在覆铜板上刻蚀成所需的电路图形后，元器件穿过,通孔焊接,在铜焊区上即可。这样，既提高了生产效率和产量，又提高了焊接的一致性，从而提高了,焊点的质量和电子产品的可靠性,。,6,从上述可以看出，晶体管和电子管有一个基本的,共同点,：,管脚带有引线,，适合进行插装，只是,晶体管引脚插装后仍需焊接方能达到可靠连接,，而,电子管插脚坚硬，只需与插座紧密接触就能达到可靠连接,。,目前，各类插装元器件封装的,引脚间距多为,2.54mm,。,DIP,封装,已形成,4-64,个引脚的系列化产品；,PGA,封装,能适应,LSI,芯片封装的要求，,I/O,数可达,数百个,。,7,5.1.2,分类及特点,1,、引脚插入型：,单列直插式封装（,SIP,）,双列直插式封装（,DIP,）,Z,型引脚直插式封装（,ZIP,）,收缩双列直插式封装（,S-DIP,）,窄型双列直插式封装（,SK-DIP,）,针栅阵列插入式封装（,PGA,）,根据封装,接线端子的排布方式对其进行分类,，可分为,引脚插入型,和,表面贴装型,。,8,2,、表面贴装型：,小外形塑料封装（,SOP,）,微型四方封装（,MSP,）,四边引线扁平封装（塑封）（,QFP,）,玻璃（陶瓷）扁平封装（,FPG,）,无引线陶瓷封装芯片载体（,LCCC,）,塑封无引线芯片载体（,PLCC,）,小外形,J,引线塑料封（,SOJ,）,球栅阵列封装（,BGA,）,芯片尺寸大小封装（,CSP,）,9,其中比较典型插入型封装有,:,(1),圆柱外壳封装（,TO,）,(2),单列直插式封装（,SIP,）,(3),双列直插式封装（,DIP,）,(4),针栅阵列封装（,PGA,）,10,11,5.2,插装技术,TO,金属封装,是使用,最早,，应用最为广泛的,全密封晶体管封装结构,。,TO,金属封装工,艺：,1.,将,芯片固定在外壳底座的中心,，常常采用,Au-Sb,合金共熔法,或,导电胶粘接固化法,使晶体管的,接地极与底座间形成良好的欧姆接触,(,多引脚的,TO,型结构还可以封装,IC,芯片，对于,IC,芯片，还可以采用,环氧树脂粘接固化,法,),；,2.,在,芯片的焊接区与接线柱,间用,Au,丝或,AI,丝连接,起来；接着将,焊好的内引线的底座,移至干燥箱中操作，并通以,惰性气体或,N2,保护芯片,；,3.,将,管帽套在底座,上，利用电阻熔焊法或,环形平行缝焊法,将管帽与底座边缘焊牢，并达到密封要求。,5.2.1 TO,型封装,12,13,晶体管封装结构示意图,TO5,TO3,TO8,14,TO,塑料封装工艺,：,1.,将,I/O,引线,冲制成,引线框架,，在芯片焊区将芯片固定，将芯片的各焊区用,WB,焊到其他引线键合区；,2.,按塑封件的大小制成一定规格的,塑封模具,，模具有,数十个甚至数百个相同尺寸的空腔,，每个空腔体间有细通道相连；,3.,将,焊接好内引线的引线框架放到模具的各个腔体中,，塑封时，先将塑封料加热至,150,180,，待其充分软化融融后，再加压将塑封料压到各个腔体中，略待几分钟固化后，就完成了,注塑封装,工作；,4.,开模，整修塑封毛刺，再切断各引线框架不必要的连接部分，就成为单独的,TO,塑封件了；,5.,最后切筋，打弯，成形和镀锡。,15,16,TO,型塑料封装图片,17,工艺中如何控制好,模塑时的压力，粘度,，并保持塑封时的,流道及腔体设计之间的综合平衡,，是优化模塑器件的关键。,该封装简便易行,，适用于大批量生产，因此成本低廉。,18,5.2.2 SIP,单列直插式封装,单列直插式封装（,SIP,）的基板多为,陶瓷基板，,由于电路并不复杂，,I/O,数只有,几个或十多个。,先将基板上的,I/O,引脚引向一边，用镀,Ni,、,Ag,或,Pb-Sn,的“卡式”引线卡在基板一边的,I/O,焊区上；接着在卡式引线的,I/O,焊区上,涂上焊膏,；然后成批在,再流焊炉,中进行再流焊。,通常，它的引线的间距有,2.54mm,与,2.27mm,之分。,19,SIP,的插座占的,基板面积小,，,插取自如,，,SIP,的工艺简便易行，很适于,多品种、小批量的,HIC,及,PWB,基板封装,，还便于,逐个引线的更换和返修,。下图为塑料,SIP,的结构示意图：,20,塑料,SIP(PSIP),封装实物图,21,5.2.3 DIP,双列直插式封装,上世纪,70,年代，芯片封装基本都采用,DIP(Dual ln-line Package),封装,，此封装形式在当时具有,适合,PCB,穿孔安装，布线和操作较为方便等特点,。,DIP,是指采用双列直插形式封装的集成电路芯片。目前，绝大多数,中小规模集成电路,均采用这种封装形式，其,引脚数一般为,4-64,个,多的也不超过,100,个,；产品呈,系列化,标准化,品种规格齐全,至今仍然大量沿用。,采用,DIP,封装的,CPU,芯片有两排引脚,，引脚间距有,2.54mm,和,1.78mm,两种,，一般需要插入到具有,DIP,结构的芯片插座上,使用。当然，也可以直接插在有相同焊孔数和几何排列的,电路板,上进行焊接。,22,PDIP,PSDIP,PCDIP,FDIP,DIP-tab,DIP,部分,DIP,封装芯片照片,23,DIP,封装结构具有以下特点,:,1.,适合,PCB,的穿孔安装,;2.,与,TO,型封装相比，易于,PCB,布线,;3.,操作方便。,因此，,Intel,系列,CPU,中,8088,就采用这种封装形式；,缓存,(Cache),和早期的内存芯片,也是采用,DIP,封装；,Intel,公司的,CPU,如,8086,、,80286,都采用,PDIP,封装。,24,DIP,封装的工艺流程,引线框贴装,芯片贴装,引线键合,密封,标记,引脚电镀,检漏,引脚成形,25,当,粘贴压焊的芯片,通过了,目检测试,后，接下来就进行保护性封装结构；主要的封装方法有：,陶瓷,DIP,封装技术,、,多层,CDIP,封装技术,和,塑料,DIP,封装技术,。,密封型,焊接,焊接盖,玻璃封装盖或顶部,陶瓷,DIP,封装技术和多层,CDIP,封装技术,封装方法,非密封型,树脂压模,顶部滴胶封装,塑料,DIP,封装技术,26,CDIP,封装工艺全过程,(1),底座和盖板的制作：,粉末压制法工艺制作,是用氧化铝粉末、润滑剂和粘接剂的混合物压制成所需要的形状，然后在空气中,烧结成陶瓷件,。,(2),具体封装工艺：,a.,芯片用,Au,浆料固定,在陶瓷底座上；,b.Al,金属引线（,Fe/Ni,线）一端与芯片焊区键合连接，另一端键合在引脚上；,c.,在,陶瓷盖板和底座上刷玻璃浆料,，盖板盖在装好,IC,芯片的,底座组装件,上；在空气中使,玻璃溶化,，使芯片密封在陶瓷之中与外界隔离，,玻璃即起到密封作用，还起到应力缓和作用,。,d.,经过,玻璃过渡,，使陶瓷与金属引线的热膨胀系数相匹配。,27,陶瓷,DIP,封装的芯片示意图,28,多层,CDIP,封装工艺全过程,(1),先由流延法制成一定厚度的生,瓷片,；,(2),将一定厚度的生瓷片生成成一定的,尺寸生片,(,如,5,英寸,5,英寸或,8,英寸,8,英寸,),，,冲腔体、层间通孔和填充通孔,；,(3),每层生瓷片,丝网印刷,W,或,Mo,金属化,；,(4),把多层印刷有,金属化的生瓷片叠层,，在一定温度和压力下,层压,；,(5),热切成每个单元的,多层,CDIP,生瓷体,，若需要，进行,侧面金属化印刷,；,(6),进行排胶,，并在湿氢或氮氧混合气体中在,1550,1650,温度下烧成，形成了多层,CDIP,的熟瓷体；,(7),外壳成品再用常规的,后道封装工艺,，即安装,IC,芯片引线键合检测封盖检漏成品测试，即成为电路产品。,29,在工艺的过程中,有一种工艺要提及,，这就是,冲孔工艺,；这些,层间通孔的作用是连接每层金属化布线,，因此在每层生瓷片精密冲孔后要,填充金属化浆料,。,如有一个通孔导通失效，整个外壳就报废。,通孔直径一般在,100,400m,之间,。冲孔方法有,机械冲孔法、激光冲孔法和钻孔法,等。,30,生瓷片主要由,陶瓷粉末、玻璃粉末、粘接剂、溶剂和增塑剂,等组成，它们的作用分别如下：,粘接剂的作用：,在生瓷片制作过程中起粘接陶瓷颗粒的作用；,溶剂的作用：,一是在球磨过程中能使瓷粉均匀分布；二是使生瓷片中的溶剂挥发后形成,大量的微孔,，这种,微孔,能在以后的,生瓷叠片层压过程中,致使金属线条的周围瓷片压缩而不损伤金属布线；,增塑剂的作用：,能使生瓷片曾现“塑性”或柔性。,31,塑料,DIP,封装技术,因封装材质为,塑料,，所以用,PDIP,表示；在,PDIP,封装中，因为,IC,芯片的,I/O,引脚数多,，再加上,芯片也相对较大,，这使得,芯片与塑封料的应力匹配,更显重要。,32,材料名称,材料用途,热膨胀系数,Si,芯片,约为,410,-6,/,C914,铜合金等,引线框架,约为,510,-6,/,Au,丝,引线键合,约为,1.510,-6,/,树脂,塑料封装,约为,4.5,710,-6,/,PDIP,常用各种材料的热膨胀系数,33,塑料封装用的树脂,要求应具备如下特性：,1.,树脂要尽可能与,PDIP,所用各种材料的热膨胀系数,(CTE),相匹配或相接近,。,2.,在,-65,150,的环境使用温度范围内能正常工作，要求,玻璃化温度大于,150,。,3.,树脂的吸水性要小，并与引线的粘接性能良好，防止,湿气沿树脂,引线界面侵入内部,。,4.,要有良好的物理性能和化学性能。,5.,要有良好的绝缘性能。,6.,固化时间短。,7.Na,含量低。,8.,辐射性杂质含量低。,34,能连续注塑的热固性,环氧系材料,正具备这些良好的特性，已成为国际上通用的材料。近年来，在提高,耐湿性,、,热导率,、,降低应力,等方面有了明显的进步。,为改善塑料封装环氧树脂的性能，还要添加一定的,填料,。,主要填料,有,:,石英粉,（二氧化硅）、,二氧化钛,、,氧化铝,、,氧化锌,、,无机盐,或,有机纤维,等。,为使,PDIP,具有一定的,颜色,，还要添加一些,调色素,，如,黑色,（碳黑）、,红色,（三氧化二铁）、,白色,（二氧化钛）等。,为了塑封后,易于脱膜,，还要加入适量的,脱膜剂,。,35,塑料,DIP,封装全工艺过程：,1.,塑料封装的,引线框架需局部镀,Ag,的,C194,铜合金或,42,号铁镍合金,；,2.,将,IC,芯片,用粘接剂粘接在引线框架的中心芯片区,，用,WB,连接,IC,芯片的各焊区与局部电镀,Ag,的引线框架各焊区；,3.,将载有,IC,芯片的引线框架置于,塑封模具的下模中,，再盖上上模；,4.,将预热过,环氧坯料放入树脂腔中,，置于注塑机上，加热上下模具达到,150,180,，这时环氧坯料已经软化熔融并具有一定的,流动性,，注塑机对各个活塞加压，,熔融的环氧树脂就通过注塑流道挤流到各个,IC,芯片所在的空腔中,，保温加压约,2,3min,即可脱模已成形的塑封件；,5.,清除,塑料毛刺,，还要对,引线框架的引线连接处切筋,，并打弯成,90,度，就成为标准的,PDIP,；,6.,对,PDIP,进行,高温老化筛选,，并达到充分固化，再经测试，分选打印包装就可以成品出厂。,36,封装体印字,封装体加工完毕后，必须对其加注重要的,识别信息,，封装体上,典型的信息码,有,产品类别,、,器件规格,、,生产日期,、,生产批号,和,产地,。,目前，,主要的印字手段,有,墨印法,和,激光印字法,。墨印法适用于所有的,封装材料且附着性好，,其工艺是先用平版印字机印字，然后将字烘干。,激光印字特别适用于,塑料封装体的印字方法,，信息被永久地刻入到封装体的表面，对深色材料的封装体又能提供较好的对比度。另外，,激光印字的速度快且无污染,，因为封装体表面不需要,外来材料加工,也不需要,烘干工序,。,缺点,是一旦印错字或器件状况改变了就很难改正。,37,外部打磨,塑料封装器件会经过一道,额外的工序,，称为,外部打磨。,通常外部打磨用,两种方法实现,：一种是将封装体浸入到化学品池中腐蚀，然后再用清水冲洗；另一种是类似于打沙机的机器，不同的是用来打磨的沙粒是,塑料打磨粒,。,电镀工艺流程,金属罐型和旁侧黄铜的,DIP,器件,在进入封装工艺之前需将,引脚电镀,；,CDIP,和塑料封装体,在封装工序完成后进行电镀。,38,引脚切筋成型,DIP,器件的引脚和扁平器件的引脚,在制造过程中,有一结条,，保护引脚在封装工序中不致,弯曲变形,；封装工序结尾时，封装体的,结条被切除,，并且引脚也被切成同样的长度。,塑料封装体的引脚框架上,有一个,额外部分,，它的作用是作为,坝,，阻止,液态的塑封胶流入引脚区域,；这个坝最后会被,从引脚框架上切除掉,，如果此封装体是,表面安装型,，引脚会被弯曲成所需的形状。,39,衡量一个芯片封装技术先进与否的,重要指标,是,芯片面积与封装面积之比，,这个比值越接近,1,越好。,比如一个采用,40,根,I/O,引脚塑料双列直插式封装,(PDIP),的内存条芯片为例，其芯片面积,/,封装面积,=(3 x3)/(15.24 x 50)=1:86,，离,1,相差很远。,因此，这样的,DIP,封装形式封装效率是很低的,，封装产品的面积较大，而,内存条,PCB,板的面积是固定的,，封装面积越大在,PCB,上安装芯片的数量就越少，内存条容量也就越小。同时,较大的封装面积,对,内存频率,、,传输速率,、,电器性能,的提升都有影响。,理想状态下芯片面积和封装面积之比为,1:1,将是最好的，但这在,DIP,封装中无法实现的，除非不进行封装。,40,5.2.4 PGA,针栅阵列插入式封装,20,世纪,90,年代随着技术的进步，芯片集成度不断提高，,I/O,引脚数急剧增加，功耗也随之增大，对集成电路封装的要求也更加严格。,PGA(Pin Grid Array Package),芯片封装形式在,芯片的内外有多个方阵形的插针,，每个方阵形插针沿芯片的四周间隔一定距离排列，根据引脚数目的多少，可以围成,2,5,圈。,41,安装时，将芯片插入专门的,PGA,插座,；为使,CPU,能够更方便地安装和拆卸，从,486,芯片开始，出现一种名为,ZIF,的,CPU,插座,，专门用来满足,PGA,封装的,CPU,在,安装和拆卸上的要求,。,ZIF,(Zero Insertion Force Socket),插座叫,零插拔力插座,；安装时，将插座上的,扳手,轻轻抬起，,CPU,就可很容易、轻松地插入插座中；然后将扳手压回原处，利用插座本身的特殊结构生成的挤压力，将,CPU,的引脚与插座牢牢地接触，绝对不存在接触不良的问题。而拆卸,CPU,芯片时，只需将插座的扳手轻轻抬起，则压力解除，,CPU,芯片即可轻松取出。,PGA,封装具有以下特点有：,插拔操作更方便，高可靠性，可适应更高的频率。,42,PGA,SOCKET 370For intel 370 pin PGA,SOCKET 423For intel 423 pin PGA,PGA,封装芯片照片,43,PGA,封装芯片形状图,44,PGA,芯片二级封装在主板上的照片,45,