SJZ 21354-2018 SiP产品可组装性设计指南[电子].pdf

SI, jl中华人民共和国 电子行业标准FL 6190SJ/Z 21354-2018SiP产品可组装性设计指南Design guidelines for assemblability of SiP products2018-01 -18 发布2018-05-01 实施国家国防科技工业局发布SJ/Z 21354-2018_1刖 s本指导性技术文件由中国电子科技集团公司提出。本指导性技术文件由工业和信息化部电子第四研究院归口。本指导性技术文件起草单位：中国电子科技集团公司第二十九研究所、中国电子科技集团公司第十 研究所。本指导性技术文件主要起草人：伍艺龙、陆吟泉、卢茜、董东、王辉、庞婷、季兴桥、马汉增、金ISJ/Z 21354-2018SiP产品可组装性设计指南1范围本指导性技术文件规定了系统级封装(Sip)产品设计应遵守的可组装性原则，包括一般要求、器 材及材料要求、结构设计要求、工艺要求及与工艺过程相关的可靠性要求。本指导性技术文件适用于SiP产品的可组装性设计。2规范性引用文件下列文件中的条款件的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所3够察夕施含勘误的内容)或修订版即腱陶夕螺性技术文件，然而，鼓 励根据本指导性必卷敢麻议的各方研究是否可使用这些文俞&是不注日期的引用文GB/T917, GB/T 12*2 GB/T 14119 GJB 5碓6 GJB 32|3kGJB 34GJB 49SJ/Z213I5SJ/Z213土淮电懈 ，体集鬟 微电 元器件黑 元器件作 卜列封. 、SiP产品安装要求 管理要求指南驿指南1P产由需3术语与定义GB/T9178、GB.14113确立的以及下列术_指导性技术文件。系统级封装 system in企将多个集成电路芯片、无以就作“墨薄羸舷段w鼐子系统功能的标准封装单元。可组装性设计 assemblability design通过设计手段使产品具有良好的可组装性，即在保证产品可靠性的前提下，使各组装工序可行、工 艺路径最简。4缩略语下列缩略语适用于本指导性技术文件。HTCChigh temperature co-fired ceramics,高温共烧陶瓷；SJ/Z 21354-2018LTCClow temperature co-fired ceramics,低温共烧陶瓷；SiPsystem in package,系统级封装。5 一般要求5.1 工艺可靠性SiP产品可组装性设计，应考虑组装流程、组装工艺对产品可靠性的影响。5.2 工艺路径SiP产品应在兼顾温度梯度、避免装配干涉等工艺要求的条件下，遵循工艺温度由高到低及工艺路 径最简原则。5.3 工艺兼容性SiP产品可组装性设计应从原材料特性、元器件特性、设备能力、工艺能力、工艺控制手段和环境 条件等方面考虑组装工艺兼容性。6详细要求6.1 器材及材料6.1.1 基板6.1 .1.1常用基板特性SiP产品常用的基板分为无机基板和有机基板，无机基板包括陶瓷基板和硅基板等，有机基板包括 环氧玻璃纤维材料和聚酰亚胺玻璃纤维材料等。常用无机基板材料参数见表1，常用有机基板材料参数 见表2。表1常用无机基板材料参数材料介电常数 10GHz介电损耗电阻率 Qcm热膨胀系数 io-6/c热导窣 W/mK抗折强度 MPa密度 g/cm3A12O34.5 100.0004-0.00110146.5 7.222 403003853.754.0A1N8.5 100.00110142.7 4.6100-2602803203.2BeO6.5 8.910156.3 96260300170 2402.95BN4.1 5.40.1010142.6 8.6556001102.2 3.1SiC20 450.0510142.8 4.6702704503.0 3.2玻璃 陶瓷4.5 8.50.00210132.5 6.50.8-2.31502402.9Si11.9一10610122.5 4.28515053.62.3表2常用有机基板材料参数材料玻璃转化温 度CXY热膨胀系数 W6/热导率W/m-K介电常数 lMHz电阻率 Q,cm表面电阻Q吸水率 %环氧玻璃纤维材料12513180.164.8101210130.10聚酰亚胺玻璃纤维材料25012 160.354.8101410130.35环氧芳香族聚酰胺纤维 材料125680.123.9101610160.85聚酰亚胺芳香族聚酰胺 纤维材料250370.153.6101210121.50聚酰亚胺石英材料250680.304.01091080.50聚四氟乙烯玻璃纤维 材料75200.262.3101。10111.102SJ/Z 21354-20186.1 . 1.2基板选取原则需从热特性、电特性、机械特性等方面综合考虑基板材料对产品可组装性的影响，选取原则如下：a）选取基板材料时应考虑材料耐热性、导热性，以及基板与芯片材料的热匹配等，避免基板与芯 片之间的热应力过大导致芯片开裂；b）基板选择时应考虑基材厚度，以保证基板的机械强度及尺寸稳定性；c）微细化布线宜选用陶瓷基板或硅基板；d）产品如有水汽含量控制要求，应考虑基板材料吸湿性的影响；e）应根据后续组装方式选取基板表面镀层或浆料，如需要金线键合的表面宜选用金，需要芯片倒 装的表面宜选用锡铅、金或铜；f） LTCC、HTCC等陶瓷基板烧结后会产生收缩，选择生瓷材料时应考虑烧结后的尺寸偏差；g）有机层压板材料选择时应考虑材料热膨胀系数与金属的匹配性，并选择与有机印制电路基板基 材相匹配的粘接膜材料。6. 1.2元器件元器件的选择与控制应按GJB 3404进行。6. 1.3芯片芯片的选择与控制按以下耍求进行：a）宜选择具有表面钝化防护的芯片；b）芯片的焊盘镀层应与后续组装工序相匹配；c）芯片宜筛选、评价后装入；d）应考虑芯片所承受的热应力与芯片厚度的关系；e）应根据贴装设备的能力确定可选芯片的最大尺寸范围。6. 1.4组装材料6. 1.4. 1粘接剂粘接剂的选择与控制按以下要求进行：a）所选粘接剂应满足GJB 548B-2005中方法2027.1、方法50H规定的关于粘接强度的要求；b）应根据芯片、基板材料的热膨胀系数及导热率选择粘接剂；c）应考虑粘接剂的固化温度及玻璃转化温度，与产品工艺温度梯度相匹配；d）应考虑选择与粘接件热膨胀系数匹配、杨氏模量小的粘接材料、以改善热应力分布。6. 1.4.2 焊料焊料的选择与控制按以下要求进行：a）应根据组装工艺需求选择合适的焊料体系及焊接温度梯度，常用的合金焊料参数见表3；表3常用的合金焊料参数焊料熔点 热膨胀系数 10-6/热导率W/nrKIn97Ag31432273Sn62.5Pb36.lAgl.41792750Sn63Pb371832550Sn96.5Ag3.52213033Au80Sn202801657Au88Gel23561344Au97Si336310-13285注：表中所述共熔温度为合金固相共熔温度。3SJ/Z 21354-2018b）使用硬质焊料，如AuSi、AuGe等，应避免热膨胀系数不匹配带来的应力损伤，必要时考虑使 用软质焊料以缓解应力损伤；c）应考虑焊料的冶金相容性，避免生成过量的金属间化合物。6. 1.4.3键合引线常用键合引线材质为铝、金、铜，引线的物理性质见表4。表4引线的物理性质材料热导率W/mK熔点 电阻率Qcm电阻温度系数 106/弹性模量GPa热膨胀系数 10-6/A12376602.7x10-84 2903546Au3191 0652.3x10-83 2407714Cu4031 0851 4 83 9301316键合引线的选择与控制按以 a）应综合考虑焊盘箧* b）引线材料应与季“6. 1.5封装材料SiP产品气密，| 封装材料。 /6.2结构设计 6.2.1基板2的设t基板的结山a)b)c)d)e)f)6. 2. 2考虑设置仅有基网对可 对同通孔| 对于：品面积 需装配35推荐使用非气密性的不稳线层数不开腔率空体面积与整体产量少械强可能避,在满案而无J峥布线层数，保1开金线可使用热声球j可使用超声压焊。选取原则参照SJ/Z 21355-2018：局可靠，费以下要求进行穿性垂直期讣 选用基板 封装结构设计SiP产品气密性封装结将图6.3工艺6. 3. 1粘接粘接的设计要求如下：要求的极限值，避热膨胀系数与封装壳体或金属围a）相同类型的元器件宜取向相同，避免装配错误；b）应考虑粘接空洞对粘接强度、性能等的影响；c）基板上表贴元器件粘接区尺寸要求见图1、表5及表6；4SJ/Z 21354-2018图1表贴元器件粘接区尺寸符号定义表5表贴元器件粘接区尺寸要求1 单位为微米注：表中内所示为元器件英制型号封装类型。参数名称符号推荐值元器件0201元器件0402元器件0603元器件0805元器件焊盘长度A300550800880元器件焊盘宽度B250450750725元器件焊盘间距C200375600675表6表贴元器件粘接区尺寸要求2 单位为微米参数名称符号推荐值相邻元器件焊盘间距D200阻焊区与元器件焊盘间距E50阻焊区宽度F150元器件与芯片粘接区距离G250元器件焊盘与布线距离II40基板布线宽度I40基板布线间距J100基板布线与基板边缘距离K100元器件与基板边缘距离L250元器件阻焊区与基板边缘距离M150孔与孔焊盘距离N75孔直径P100d）基板上芯片粘接区尺寸要求见图2及表7。5SJ/Z 21354-2018_单位为微米推荐值图2芯片粘接区的定义表7芯片粘接区尺寸要求150350150300250参数名称CE乙前进行。来如下:速，V立提局:载热要求芯片到无焊点的粘接区域边界距芯片到有焊点的粘接区域边 芯片粘接区域边界间 同粘接区域内而芯3 芯片粘接区域6.3.2焊接6. 3. 2. 1 表面表面贴装元器件6.3. 2. 2 芯.芯片共品a) b)c)6.3. 2.3如 心 如芯 功率芯1连接器车”照GJB 3243,(JB 4907,元土接面应光清、于整，推荐芯连接器焊接的设a)b)c)6.3. 2.4如需在体表糙度RaW0.8N面度W0.01网勺热沉上。mm,连接器，则连接器与封装体开孔的间隙应满足开孔结构设让除了焊接泡隙因素外还应考虑夹具设计以及连接器钎焊应处理；如腔体表面必须镀金, 装体表面需进行镀金处 多芯连接器气密封装优先选 选用小尺寸连接器。芯片倒装本镀层的匹配，如米;同时，连接器的 好性等因素；装体表面优先选择镀银 I如采用金锡焊料焊接，封,材料盒体，如两者存在热失配，则宜相弓芯片倒装相关要求参照SJ/Z 21356-2018o6.3.3引线键合引线键合的设计要求如下： a)b)引线键合设备的操作空间决定了引线焊点与相邻元器件或腔壁的距离，进行产品布局设计时应 考虑设备的可操作性；引线键合应避免进行异种金属互连，如金丝原则上只能在金的表面上实现焊接；铝线不宜焊在 金导体上，特别是在非气密封装中；6SJ/Z 21354-2018c）引线键合焊盘宜均布于芯片周围，焊盘上方不应有引线跨越;d）引线方向尽可能一致，同平面键合引线不允许交叉；e）引线弧高及引线与盖板间距要求见图3及表8；图3引线弧高及引线与盖板间距要求表8引线弧高及引线与盖板间距要求单位为微米参数名称符号推荐值引线弧高A100300引线与盖板间距B130引线焊盘与腔壁距离C1 000注：工作频率较高的芯片，引线弧高宜取较小值。f）引线键合焊盘的推荐设计要求见图4及表9。图4表9引线键合焊盘相关尺寸的定义 引线键合焊盘相关尺寸要求参数名称符号推荐值引线与引线间距A1倍引线直径引线与相邻键合焊盘间距B1倍引线直径引线与芯片边缘夹角C45度90度引线跨越芯片的距离D2.5倍引线直径键合焊盘长度I10倍引线直径注：工作频率较高的芯片，引线长度宜取较小值。78OZ4G8R zs中华人民共和国 电子行 业标准 SiP产品可组装性设计指南SJ/Z 21354-2018*中国电子技术标准化研究院 编制 中国电子技术标准化研究院 发行电话：[phone] 传真:[phone]地址：北京市安定门东大街1号邮编:100007网址：*开本：880X1230 1/16印张字数：18千字 42018年5月第一版2018年5月第一次印刷印数：200册 定价：30. 00元版权专有不得翻印 举报电话：[phone]