IC封装产业介绍及常用封装方式简述(图文版).ppt

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,现在的世界就是一颗一颗芯片芯片需要封装所以世界正在被一颗一颗的封装,请随我走入封装世界,成为,封装高手,1,封装在,IC,制造产业链,中之位置,Wafer,Manufacturing,长,晶,切,片,倒,角,抛,光,Front,End,氧化,扩散,硅片检测,光,刻,沉,积,刻,蚀,植,入,Wafer,Test,探针台测试,Back,End,背磨,划片,封装,成品测试,C,M,P,2,封装作业之一般流程,(,QFP,为例),Wafer back grinding,Wafer mount,Wafer saw&clean,Die attach,Epoxy cure,Plasma clean,Wire bond,Molding,Marking,Post mold cure,Deflash,&Trim,Solder plating,Forming&singulation,FVI,Packing,3,封装用原材料以及所需零组件,塑胶材料,:,BT,树脂、,Epoxy、PTFE、Polyimide、compound,、,UBM、PSV、APPE、Solder,mask、P.R,焊 料,：,95,Pb/5,Sn,、37 Pb/63,Sn,(,易熔,183,)、,No Lead,Ally（Sn,3.9/Ag 0.6/Cu 5.5,235）、Low-Ally,金 线,:,Au,bond、Ally,bond,Lead Frame:,由冲压模具制成,Substrate:,柔性基片(,tape)、,迭层基片、复合基片、陶瓷基片、,HiTCETM,陶瓷基片、带有,BCBTM,介质层的玻璃基片,TAPE:,Blue,Tape、UV,Tape,Heat Sink,:,散热片,4,封装用机台以及所涉及模具,Polishing machine&CMP,UV tape attach machine,Dicing machine,UV irradiation machine,Tape remover machine,Pick&Place machine,Package machine,锡炉,冲切模具(,F/,T):trim,&form,塑封模具,5,封装趋势演进图,封装类型,全称,盛行时期,DIP,Dual in-line package,80年代以前,SOP,Small outline package,80年代,QFP,Quad Flat Package,19951997,TAB,Tape Automated bonding,19951997,COB,Chip on board,19961998,CSP,Chip scale package,19982000,Fc,Flip-chip,1999-2001,MCM,Multi chip model,2000,now,WLCSP,Wafer level CSP,2000,now,6,封装类型分类,IC,封装的主要功能,保护,IC,提供,chip,和,system,之间讯息传递的界面.所以,IC,制程发展、系统产品的功能性都是影响,IC,封装技术发展的主要原因。比如：近日电子产品的要求是轻薄短小，就要有降低,chip size,的技术；,IC,制程微细化，造成,chip,内包含的逻辑线路增加，就要使,chip,引脚数增加等等。,IC,封装的主要分类以及各自特点：,一、,DIP,双列直插式封装,DIP(DualInline,Package),是指采用双列直插形式封装的集成电路芯片，绝大多数中小规模集成电路(,IC),均采用这种封装形式，其引脚数一般不超过100个。采用,DIP,封装的,CPU,芯片有两排引脚，需要插入到具有,DIP,结构的芯片插座上。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。,DIP,封装的芯片在从芯片插座上插拔时应特别小心，以免损坏引脚。,7,DIP,封装之特点,1.适合在,PCB(,印刷电路板)上穿孔焊接，操作方便。2.芯片面积与封装面积之间的比值较大，故体积也较大。,DIP,封装图示,body thickness：155mil,PKG thickness:350mil,Lead width:18.1mil,Lead pitch:100mil,DIP,系列封装其他形式,PDIP（Plastic,DIP）、CDIP（Ceramic,DIP）,SPDIP（Shrink,plastic DIP）,8,二、,SOP/SOJ,小尺寸封装,1980年代，,SMT（Surface,Mounting Technology）,技术发起后，在,SMT,的生产形态中，,SOP（Small,Out-Line Package）/SOJ（Small Out-Line J-Lead package）,随之出现，引脚在,IC,两侧。,SOP/SOJ,封装形态之特点,1.,SOP/SOJ,is a lead frame based package with Gull wing form lead suitable for low pin count devices.,2.Body width ranges from 330 to 496 mils with pitch 50 mils available.,3.,Markets include consumer(audio/video/entertainment),telecom(pagers/cordless phones),RF,CATV,telemetry,office appliances(fax/copiers/printers/PC peripherals)and automotive industries.,9,SOP(,Small Out-Line Package,),封装形态之图示,body thickness:87106mil PKG thickness:104118mil Lead width:16 milLead pitch:50 mil,SOJ,(Small Out-Line J-Lead package),封装形态之图示,body thickness:100 mil PKG thickness:130150mil Lead width:1720 mil Lead pitch:50 mil,10,SOP,封装系列之其他形式,1.,SSOP(Shrink,SOP),body thickness：7090 mil,PKG thickness:80110mil,Lead width:1015 mil,Lead pitch:25 mil,2.TSOP(Thin SOP),body thickness：1.0 mm,PKG thickness:1.2mm,Lead width:0.380.52 mm,Lead pitch:0.5 mm,11,3.TSSOP(Thin Shrink SOP),body thickness：0.90 mm,PKG thickness:1.0mm,Lead width:0.10.2mm,Lead pitch:0.40.65mm,4.TSOP(,):Thin SOP,5.TSOP():Thin SOP,6.QSOP :Quarter Size Outline Package,7.QVSOP :Quarter Size Very Small Outline Package,12,三、,QFP,方型扁平式封装和,PFP,扁平封装,QFP（Plastic,Quad Flat Package）,封装的芯片引脚之间距离很小，管脚很细，一般大规模或超大型集成电路都采用这种封装形式，其引脚数一般在,100,256,。用这种形式封装的芯片必须采用,SMD（,表面安装设备技术）将芯片与主板焊接起来。采用,SMD,安装的芯片不必在主板上打孔，一般在主板表面上有设计好的相应管脚的焊点。将芯片各脚对准相应的焊点，即可实现与主板的焊接。用这种方法焊上去的芯片，如果不用专用工具是很难拆卸下来的。,PFP（Plastic,Flat Package）,方式封装的芯片与,QFP,方式基本相同。唯一的区别是,QFP,一般为正方形，而,PFP,既可以是正方形，也可以是长方形。,QFP/PFP,封装具有以下,特点,：,1.适用于,SMD,表面安装技术在,PCB,电路板上安装布线。2.适合高频使用。3.操作方便，可靠性高。4.芯片面积与封装面积之间的比值较小,13,QFP,方型扁平式封装和,PFP,扁平封装图示,body thickness：2.8 mm,PKG thickness:3.3 mm,Lead width:0.180.35mm,Lead pitch:0.401.0 mm,QFP,封装系列之其他形式,1.,LQFP(Low,profile QFP)：,body thickness：1.4mm,PKG thickness:1.6mm,Lead width:0.220.37mm,Lead pitch:0.400.80mm,14,2.,TQFP(Thin,QFP):,body thickness：1.0 mm,PKG thickness:1.2 mm,Lead width:0.180.37 mm,Lead pitch:0.400.80 mm,3.,DPH-,QFP(Die,Pad Heat Sink QFP),body thickness：2.8 mm,PKG thickness:3.3 mm,Lead width:0.20.3 mm,Lead pitch:0.5 mm,15,4.,DPH-,LQFP(Die,-pad Heat Sink,Low-profile,QFP),body thickness：1.4 mm,PKG thickness:1.6 mm,Lead width:0.22 mm,Lead pitch:0.5 mm,5.DHS-QFP(Drop-in Heat sink QFP),body thickness：1.4 mm,PKG thickness:1.6 mm,Lead width:0.22 mm,Lead pitch:0.5 mm,16,6.EDHS-QFP(Exposed Drop-in Heat sink QFP),body thickness：3.2 mm,PKG thickness:3.6 mm,Lead width:0.180.3 mm,Lead pitch:0.40.65 mm,7.E-Pad,TQFP(Exposed,-Pad TQFP),body thickness：1.0 mm,PKG thickness:1.2 mm,Lead width:0.22 mm,Lead pitch:0.50 mm,17,8.VFPQFP(Very Fine Pitch QFP),9.S2QFP(Spacer Stacked QFP),11.Stacked E-PAD LQFP,18,10.MCM-LQFP(Multi-chip module Low-profile QFP),12.,PLCC,(Plastic Leaded Chip Carrier Package),19,PGA,插针网格阵列封装,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。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,(,Zero Insertion Force Socket),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。,PGA,插针网格阵列封装之特点,1.插拔操作更方便，可靠性高。,2.可适应更高的频率,Intel,系列,CPU,中，80486和,Pentium、Pentium,Pro,均采用这种封装形式,20,PGA,插针网格阵列封装之图示,21,BGA,球栅阵列封装,随着集成电路技术的发展，对集成电路的封装要求更加严格。这是因为封装技术关系到产品的功能性，当,IC,的频率超过100,MHz,时，传统封装方式可能会产生所谓的“,Cross Talk”,现象，而且当,IC,的管脚数大于208,Pin,时，传统的封装方式有其困难度,。,因此，除使用,QFP,封装方式外，现今大多数的高脚数芯片（如图形芯片与芯片组等）皆转而使用,BGA(Ball,Grid Array Package),封装技术。,BGA,封装具有以下特点：,1.,I/O,引脚数虽然增多，但引脚之间的距离远大于,QFP,封装方式，提高了成品率。,2.虽然,BGA,的功耗增加，但由于采用的是可控塌陷芯片 法焊接，从而可以改善电热性能。,3.信号传输延迟小，适应频率大大提高。4.组装可用共面焊接，可靠性大大提高。,22,BGA,封装,之基板:,Substrate,BGA,是,IC,封装,的一,种,方式，,是单,一晶片或多晶片以打,线,接合(,Wire Bonding)、,卷带,式接合(,Tape Automated),或,覆,晶式接合(,Flip Chip),的方式和基板上之,导路,相連接；而基板本身以,Area Array,陣列式分布的,锡,凸,块,作,为,IC,元件向外,连,接之端,点,，然而要完成,BGA,封装,中晶片,与,各球,的连接,，須先安,置连,接,两,者的小型薄片，,这个,小型薄片就是,BGA,基板，,BGA,基板,占封装,材料成本2/3，,BGA,基板在整,个,BGA,的封裝中,占,有,举足轻重,的地位。,BGA,基板因使用材料不同可分为四大类:,1.CBGA(Ceramic BGA),2.,PBGA(Plastic BGA),3.TBGA(Tape BGA),4.MBGA(Metal BGA),23,BGA,依据基板使用材料不同可分为五大类:,1.,PBGA（Plastic,基板,）,：一般为2-4层有机材料构成的多层板。2.,CBGA（Ceramic,基板,）,：即陶瓷基板，芯片与基 板间的电气连接通常采用倒装芯片（,FlipChip,，,简 称,FC）,的安装方式。3.,FCBGA（Rigid,基板,）,：硬质多层基板。4.,TBGA（Tape,基板,）,：基板为带状软质的1-2层,PCB,电路板。5.,CDPBGA（Cavity,Down Plastic,基板,）,：指封装中央有方型低陷的芯片区（又称空腔区）。,24,1.,PBGA(Pastic,BGA),ball :0.550.75mm,ball count:1001000,ball pitch:1.01.7mm,substrate Thk:0.56mm,body Thk:1.561.73mm,PKG Thk:2.162.33mm,2.,LBGA(Low,-profile BGA),ball :0.300.60mm,ball count:1001000,ball pitch:0.81.0mm,substrate Thk:0.36mm,body Thk:0.90mm,PKG Thk:1.301.60mm,25,3.,LTBGA(Low,-profile Tape BGA),ball :0.45mm,ball count:1001000,ball pitch:0.80mm,substrate Thk:0.1mm,body Thk:0.80mm,PKG Thk:1.20mm,4.,TFBGA(Thin,&Fine pitch BGA),ball :0.300.60mm,ball count:1001000,ball pitch:0.501.0mm,substrate Thk:0.36mm,body Thk:0.89mm,PKG Thk:1.201.60mm,26,5.,TFTBGA(Thin,&Fine-pitch Tape BGA),ball :0.40mm,ball count:1001000,ball pitch:0.75mm,substrate Thk:0.10mm,body Thk:0.75mm,PKG Thk:1.10mm,6.,EDHSBGA(Exposed,Drop-in Heat Sink BGA),ball :0.75mm,ball count:1001000,ball pitch:1.27mm,substrate Thk:0.56mm,body Thk:1.73mm,PKG Thk:2.33mm,27,6.,STFBGA(Stacked,Thin&Fine-pitch BGA),ball :0.801.0mm,ball count:1001000,ball pitch:0.40mm,substrate Thk:0.26mm,body Thk:0.96mm,PKG Thk:1.40mm,7.,CDTBGA(Cavity,Down Tape BGA),ball :0.600.75mm,ball count:1001000,ball pitch:1.01.27mm,substrate Thk:1.01.2mm,body,Thk,:1.01.2mm,PKG Thk:1.60mm,28,8.L2BGA/EBGA,(Laser laminate BGA/Enhanced BGA),Laser laminate BGA/Enhanced BGA are cavity,down,thermally,enhanced BGA with laminated substrate.They are suitable for solutions for high power dissipation applications(6w).L2BGA with laser drilled via enhances circuitry EBGA uses,BTlaminated,with multiple layers at a very competitive cost.Superior electrical performance is achieved by multiple metal layer laminate based construction.,ball :0.600.75mm,ball count:1001000,ball pitch:1.01.27mm,substrate Thk:1.01.2mm,body Thk:1.01.2mm,PKG Thk:1.60mm,29,9.,MCMBGA(Multi,-chip Module BGA),ball :0.600.75mm,ball count:1001000,ball pitch:1.27mm,substrate Thk:0.56mm,body Thk:1.561.73mm,PKG Thk:2.162.33mm,10.,FCBGA(Flip,Chip BGA),ball :0.600.75mm,ball count:1002000,ball pitch:1.01.27mm,substrate Thk:1.02.0mm,body Thk:3.0mm,PKG Thk:3.5mm,30,BGA,封装的其他常见形式,HPBGA(High,Performance BGA)chip array BGA,Tape Array BGA Tape super BGA,以及其他的如:,Micro,BGA、Viper,BGA,31,BGA,封装系列形式,32,以上各封装形态之主要运用产品,封裝方式,主要產品,DIP,Flash(Bios)、ROM,、,滑鼠,IC,SOP/SOJ,DRAM、,監視器,IC、,消費性電子,IC,PLCC,Flash、EPROM,QFP,繪圖晶片、,SRAM、,網路卡,IC,BGA,晶片組、3,D,繪圖晶片,、,MCU、MPU、RF、Portable,Pro.,33,MCM,(,Multi Chip Module),多晶片模組,多晶片模組是將多個未封裝的裸晶片一起封裝於同一個,封,裝體內，如此可縮小系統的體積，並縮短晶片間的連接線路，因而成為改善系統效能的一大捷徑，多晶片模組的基本構想是盡量減少系統中晶元的間隙，其目的是縮短晶片間信號的延滯，縮小系統尺寸及減少外接的連線，而造就出高性能的元件。,具有下列特性：,1.封装延迟时间缩小，易于实现模块高速化。2.缩小整机/模块的封装尺寸和重量。3.系统可靠性大大提高。,綜合上述特性，多晶片模組將成為未來攜帶式無線通訊系統的主流，隨著多媒體的發展，多晶片模組也將大量出現於工作站及筆記型電腦中。,34,MCM,多晶片模組,图示:,35,MCM,多晶片模組,系列图示:,36,SiP,(System in Package),Semiconductor industry demands for higher levels of integration,lower costs,and a growing awareness of complete system configuration,hav,econtinued,to drive System in Package(,SiP,)solutions.,SiP,封装图示:,37,CSP,(Chip,Scale Package),芯片级封装,随着全球电子产品个性化、轻巧化的需求蔚为风潮，封装技术已进步到,CSP(Chip,Size Package)。,它减小了芯片封装外形的尺寸，做到裸芯片尺寸有多大，封装尺寸就有多大。即封装后的,IC,尺寸边长不大于芯片的1.2倍，,IC,面积只比晶粒（,Die）,大不超过1.4倍。,CSP,封装具有以下特点：,1.满足了芯片,I/O,引脚不断增加的需要。2.芯片面积与封装面积之间的比值很小。3.极大地缩短延迟时间。,CSP,封装又可分为四类：,1.,Lead Frame Type(,传统导线架形式),2.,Rigid Interposer Type(,硬质内插板型),3.,Flexible Interposer Type(,软质内插板型)，,4.,Wafer Level Package(,晶圆尺寸封装)：,38,CSP,封装所涉及之精密技术:,Flip Chip,Flip Chip(,覆晶,):,覆晶技術起源於1960年代，當時,IBM,開發出所謂之,C4(Controlled Collapse Chip Connection),技術，在,I/O pad,上沈積錫鉛球，而後將晶片翻轉、加熱，利用熔融的錫鉛球與基板相結合，並以此技術取代傳統打線接合(,wire bonding),而應用於大型電腦組裝上。,廣義的覆晶技術泛指將晶片翻轉後，以面朝下的方式透過金屬導體與基板進行接合。一般而言，金屬導體包含有金屬凸塊(,metal bump)、,捲帶接合(,tape-automated bonding),等，這其中以金屬凸塊技術最為成熟，亦被廣泛應用於量產之產品上。,一般而言，由於成本與製程因素，使用覆晶接合之產品通可分為兩種形式，分別為較常使用於低,I/O,數,IC,之覆晶式組裝(,flip chip on,board，FCOB,),及主要使用於高,I/O,數,IC,的覆晶式構裝(,flip chip in,package，FCIP,)，,其中,FCOB,為直接晶片接合(,direct chip,attachment；DCA,),技術之一。,39,CSP,封装所涉及之精密技术:,bumping,40,CSP,封装所涉及之精密技术之,Area array bumping&Peripheral bumping,1、,Peripheral bumping（,周边长,bump）：,如上页流程所示，是指在裸芯片,pad,原位置上长,bump，,形成一矩形。此种长,bump,法一般比较容易实现。,2、,Area array bumping（,阵列长,bump）：,如下图所示，是通过导线将原裸芯片之,pad,位置重新分布，形成一个阵列，此种长,bump,法要求工艺相对较高。,41,CSP,封装所涉及精密技术之,Redistribution,Process Result,42,ET,CSP（Extremely Thin CSP,）,43,FCCSP,（Chip,Scale CSP）,ball :0.30mm,ball count:100200,ball pitch:0.75mm,substrate Thk:0.5mm,body Thk:1.0mm,PKG Thk:1.2mm,QFN,（Quad,Flat No-lead）,Lead width:0.180.30mm,Lead count:10200,Lead pitch:0.40.8mm,body Thk:0.65mm,PKG Thk:0.85mm,44,WLCSP(Wafer,Level CSP),WLCSP(,晶圆级封装,):,指大部分封装工作在芯片处于晶圆状态时完成.流程如下:,WAFER,WAFER,Backgrind,WAFER,monut,/Saw,Visual Inspect,Pick&Place to tray,Pack&Ship Die,WAFER Bumping,WAFER Probe,Laser Mark,SiP,/Lead frame/laminate pack,ship,WAFER,monut,/Saw,45,CSP,封装系列形态,46,后记:出货前须经历之试验,1、121,/100%相对湿度条件下168小时高压汽锅试验（,PCT）,2、150,温度条件下1000小时高温存储试验（,HTSL）,3、85,/85%,相对湿度条件下1000小时的温度湿度偏差试验（,RHTHBT）,4、1000,次-55,到+125,温度循环试验,5、130,/85%相对湿度条件下168小时的加速度应力试验,47,总结,隨著半導體製程技術和設計技術的精進，以及低成本、低耗電量、多功能和輕薄短小等市場需求興起，於網路晶片、,PC,晶片組或嵌入式記憶體晶片均已經開始看到整合晶片的雛形，,SOC,晶片將成為未來的趨勢，為因應腳數增加及散熱的需求，預期,BGA,封裝方式的需求將逐漸增加。,雖然目前整個半導體產業成長趨緩，封裝廠的產能利用率僅有60-70%，對,BGA,載板的需求有一定程度上的影響，然而就長期趨勢而言，我們仍相當看好,BGA,或是覆晶的封裝方式,。,48,