厚膜电路封装-常.doc

厚膜电路的封装
厚膜电路在完成组装工序后，通常还需要给予某种保护封装，以免受各种机械损伤和外界环境的影响，并提供良好的散热条件，保证电路可靠地工作，封装除对混合电路起机械支撑、防水和防磁、隔绝空气等的作用外，换具有对芯片及电连线的物理保护、应力缓和、散热防潮、尺寸过度、规格标准化等多种功能。电路可以采用金属、陶瓷、玻璃和树脂等封装。厚膜电路的一个优点就是它能在封装保护较差的条件下正常地工作。
金属封装
按外壳的材料分类 陶瓷封装
塑料封装
按气密性分类
气密性封装：是对工作环境气密的保护，金属封装和陶瓷封装属该封装。
非气密性封装：则是可以透气的，塑料封装一般为该封装。

一、封装材料：
厚膜集成电路封装的作用之一就是对芯片进行环境保护，避免芯片与外部空气接触。因此必须根据不同类别的集成电路的特定要求和使用场所，采取不同的加工方法和选用不同的封装材料，才能保证封装结构气密性达到规定的要求。
按外壳材料分为金属封装、陶瓷封装、塑料封装、树脂封装等。

集成电路早起的封装材料是采用有机树脂和蜡的混合体，用充填或灌注的方法来实现封装的，显然可靠性很差。也曾应用橡胶来进行密封，由于其耐热、耐油及电性能都不理想而被淘汰。目前使用广泛、性能最为可靠的气密密封材料是玻璃-金属封接、陶瓷-金属封装和低熔玻璃-陶瓷封接。处于大量生产和降低成本的需要，塑料模型封装已经大量涌现，它是以热固性树脂通过模具进行加热加压来完成的，其可靠性取决于有机树脂及添加剂的特性和成型条件，但由于其耐热性较差和具有吸湿性，还不能与其他封接材料性能相当，尚属于半气密或非气密的封接材料。
全密封封装适合于高可靠性应用。通常，全密封的漏气率应不大于10-8cm3/S。为了保证密封的高质量，首先必须可靠地气密密封全部外引线，待电路板接入外壳后，再要求对壳底和壳盖进行优质焊接。
在气密封装中，典型的密封组合主要有金属之间、金属和陶瓷之间、金属和玻璃之间及陶瓷之间的密封。
序号
形式
方法
1
金属-金属封接
如金属外壳，目前最常用的方法是电路熔焊法，此外还可用锡焊、冷压焊和电子束、激光熔焊等。
2
金属-陶瓷间封装
要求陶瓷上密封部分进行金属氧化，可采用Mo-Mn导体浆料在陶瓷表面涂敷金属化层，然后选择适当的焊料，使金属与陶瓷的金属化部位相封接。
3
金属-玻璃的封装
主要应用在以金属为主体的封装结构中，作为封接材料的金属与玻璃，其热膨胀系数必须匹配。
4
陶瓷-陶瓷封装
陶瓷间的密封主要采用低熔点玻璃封装或用焊锡法，焊接已金属化的陶瓷。

二、厚膜电路的封装技术
厚膜电路的封装有气密封装和非气密封装两种。气密封装采用金属、陶瓷或玻璃做封装材料；非气密封装是用有机材料封装，也称树脂封装。
厚膜电路的主要封装技术
序号
类型，项目
密封方法
密封材料
1
气密封装
电阻熔焊（对焊）
镍、金属
软焊法
金-锡、金-硅焊料
金-锗焊料
低熔点玻璃法
硼硅酸铅玻璃、硼硅酸锌玻璃
2
非气密封装
树脂粘接法
双酚系环氧树脂
局部封装法
热固性（液态、固态）环氧树脂、硅酮树脂
凝胶状硅酮树脂
灌注法
热固性（液态、固态）环氧树脂、硅酮树脂
浸渍法
热固性（液态、固态）环氧树脂、硅酮树脂
模压法
热固性（液态、固态）环氧树脂、硅酮树脂

2.1 单芯片封装
单芯片封装分气密性封装型和非气密性封装型两大类：前者包括金属外壳封接型、玻璃封接型（陶瓷盖板或金属盖板）、钎焊（Au/Sn共晶焊料）封接型；后者包括传递模注塑料型、液态树脂封装型、树脂块封装型等。
2.2 多芯片封装
MCM封装也可按其气密性等级，分为气密封装和非气密封装两大类。非气密封装的代表是树脂封装法、依树脂的加入不同，进一步分为注型法、浸渍法、滴灌法及流动浸渍法等；气密性封装包括低熔点玻璃封接法、钎焊封接法、缝焊封接法及激光熔焊法等。

1、.气密性封装
（1）钎焊气密封装技术
钎焊气密封接是通过钎焊将金属外壳固定在多层布线板上，将IC芯片与外气绝缘。为了利用钎焊实现气密封接的目的，要求焊料与被钎焊材料之间具有良好的浸润性，通常采用Sn63/Pb37焊料。
为了钎焊金属封装外壳，需要在多层布线板表面的四周，形成于外壳相匹配、用于钎焊连接的导线图形。该导体图形与焊料间应有良好的浸润性，且与焊料的互扩散尽量小，一般是通过厚膜法，采用Cu浆料印刷。对于氧化铝陶瓷多层共烧基板来说，一般在W导体层上电镀Ni/Au。以达到良好的浸润性。
金属外壳与多层布线板的热膨胀系数一般是不同的，因此对氧化铝布线来说，最好选用可伐合金外壳，但可伐合金与焊料间的浸润性不好，通常金属外壳也需要电镀Ni、/Au或Sn，以改善其浸润性。
钎焊封接的金属外壳封装便于分解、重装，一般可保证在10次以上。因此，这种封接可用做通常气密性封装后半导体元件的初期不良品筛选。钎焊封接中采用助焊剂按，焊接过程中产生残渣，清洗助焊剂的三氯乙烷等有机清洗剂破坏臭氧层，不利于环保。
（2）激光熔焊封接技术
激光熔焊适用于大型MCM及外形复杂的MCM，并能保证高可靠性。其工艺过程如下：先在多层布线板的设定位置上，由Ag焊料固定作为熔焊金属基体的焊接环，将金属外壳扣在焊接环上，使两者处于紧密接触状态，用激光束照射紧密部位，焊接环及与其密接部位的外壳金属同时熔化，经冷却完成气密封接。由于相同金属间便于熔焊，一般情况下焊接环与外壳都采用可伐合金。
（3）缝焊封接
现有的缝焊焊机的功率有限，只能焊比较薄（厚度约0.15mm）的金属盖板，不能用于大型MCM，为了对大型MCM采用较厚的（0.25~0.5mm）的金属盖板进行熔焊封接，需要采用激光熔焊法。
采用缝焊封接时，先用环氧树脂及焊料等粘结剂，将陶瓷布线板支持固定在金属外壳中，二粘结剂在散热性及耐机械冲击性等方面都存在问题，为解决这些问题，可以在陶瓷布线板上，通过银浆料，粘结固定于布线板热膨胀系数基本相等的可伐或Fe/Ni42合金等密封环，并作为激光熔焊时的金属基体。

2、非气密封装
非气密封装是以树脂材料为主的封装结构，其防潮性差，气密性不及金属、陶瓷和玻璃材料，但由于其封装所用设备简单，材料低廉，加工方便，易于实现自动化生产等，因而已广泛应用于低成本厚膜电路的封装。
涂布法
浸渍法
滴灌法
用毛刷蘸取液态树脂，在元件上涂布，经加热固化完成封装
将元件在液态树脂中浸渍，当附着的树脂达到一定厚度时，，加热固化
将液态树脂滴于元件上，经加热固化完成封装

环氧树脂，硅树脂
环氧树脂，酚树脂
环氧树脂，硅树脂
手工作业，不可控制的因数很多，不适合批量生产
设备简单，价格便宜
适合于多品种小批量封装制作

几种封装方法的特征对比
序号
封装方法
树脂封装发
钎焊封装法
缝焊封装法
激光熔焊法
1
拆装返修性
×
√
△
△
2
耐湿性
×
√
√
√
3
耐热性
×
△
√
√
4
耐热冲击性
×
√
√
√
5
散热性
×
√
△
√
6
耐机械冲击性
√
√
×
√
7
外形形状尺寸适应性
√
△
×
△
8
大型化
×
√
×
√
9
价格
√
△
×
×
10
环保特性（无清洗，无铅化）
×
×
√
√

三、厚膜电路的几种封装介绍：
1、BGA(球形阵列封装)
球形触点陈列，表面贴装型封装之一。在印刷基板的背面按陈列方式制作出球形凸点用 以 代替引脚，在印刷基板的正面装配LSI 芯片，然后用模压树脂或灌封方法进行密封。也称为凸点陈列载体(PAC)。引脚可超过200，是多引脚LSI 用的一种封装。 封装本体也可做得比QFP(四侧引脚扁平封装)小。
2、CLCC(陶瓷封装)
　　带引脚的陶瓷芯片载体，表面贴装型封装之一，引脚从封装的四个侧面引出，呈丁字形 。 带有窗口的用于封装紫外线擦除型EPROM 以及带有EPROM 的微机电路等。
3、COB(板上芯片封装)
　 板上芯片封装，是裸芯片贴装技术之一，半导体芯片交接贴装在印刷线路板上，芯片与 基 板的电气连接用引线缝合方法实现，芯片与基板的电气连接用引线缝合方法实现，并用 树脂覆 盖以确保可靠性。虽然COB 是最简单的裸芯片贴装技术，但它的封装密度远不如TAB 和 倒片 焊技术。
4、DIP(双列直插式封装)
　　双列直插式封装。插装型封装之一，引脚从封装两侧引出，封装材料有塑料和陶瓷两种。 DIP 是最普及的插装型封装，应用范围包括标准逻辑IC，存贮器LSI，微机电路等。　　
5、SIP(单列直插式封装)
　 单列直插式封装。引脚从封装一个侧面引出，排列成一条直线。当装配到印刷基板上时 封 装呈侧立状。引脚中心距通常为2.54mm，引脚数从2 至23，多数为定制产品。封装的形状各异也有的把形状与ZIP 相同的封装称为SIP
6、LGA(触点阵列封装)
　　触点陈列封装。即在底面制作有阵列状态坦电极触点的封装。装配时插入插座即可。现 已 实用的有227 触点(1.27mm 中心距)和447 触点(2.54mm 中心距)的陶瓷LGA，应用于高速 逻辑 LSI 电路。LGA 与QFP 相比，能够以比较小的封装容纳更多的输入输出引脚另外，由于引线的阻抗小对于高LSI 是很适用的。但由于插座制作复杂，成本高，现在基本上不怎么使用。预计今后对其需求会有所增加。 。
7、PLCC(塑料封装)
　 带引线的塑料芯片载体。表面贴装型封装之一。引脚从封装的四个侧面引出，呈丁字形是塑料制品。现在已经普及用于逻辑LSI、DLD(或程逻辑器件)等电路。引脚中心距1.27mm，引脚数从18 到84。J 形引脚不易变形，比QFP 容易操作，但焊接后的外观检查较为困难。PLCC 与LCC(也称QFN)相似。以前，两者的区别仅在于前者用塑料，后者用陶瓷。
8、QFP(扁平四边形封装)
　　四侧引脚扁平封装，是表面贴装型封装之一，引脚从四个侧面引出呈海鸥翼(L)型。基材有 陶 瓷、金属和塑料三种。从数量上看，塑料封装占绝大部分。当没有特别表示出材料时，多数情况为塑料QFP。塑料QFP 是最普及的多引脚LSI 封装。不仅用于微处理器，门陈列等数字 逻辑LSI 电路，而且也用于VTR 信号处理、音响信号处理等模拟LSI 电路。引脚中心距 有1.0mm、0.8mm、 0.65mm、0.5mm、0.4mm、0.3mm 等多种规格。0.65mm 中心距规格中最多引脚数为304。 。
9、COB(板上芯片封装)
通过基板将IC裸片固定于印刷线路板上。也就是是将芯片直接粘在PCB上用引线键合达到芯片与PCB的电气联结然后用黑胶包封。COB的关键技术在于Wire Bonding（俗称打线）及Molding（封胶成型），是指对裸露的机体电路晶片(IC Chip)，进行封装，形成电子元件的制程，其中IC藉由焊线(Wire Bonding)、覆晶接合(Flip Chip)、或卷带接合(Tape Automatic Bonding；简称（TAB)等技术，将其I/O经封装体的线路延伸出来。
常见集成电路的封装
序号
名称
图片
说明
1
金属圆形封装To99

最初的芯片封装形式。引脚数8-12，散热好，价格高，屏蔽性能良好，主要用于高档产品。
2
塑料ZIP型封装

引脚数3-16，散热性能好，多用于大功率器件，材质：P
3
单列直插式封装SIP

引脚中心距通常为2.54mm，引脚数2-23，多数为定制产品，造价低且安装便宜，广泛用于民品。材质：P
4
双列直插式封装DIP

绝大多数中小规模IC采用这种封装形式，其引脚数一般不超过100个。适合在PCB板上插孔焊接，操作方便，塑封DIP应用最广泛。材质：P 、C
5
双列表面安装式封装SOP

引脚有J型和L型两种形式，中心距一般分1.27mm和0.8mm两种，引脚数8-32，体积小，是最普及的表面贴片封装。
6
PQFP塑料方型扁平式封装

芯片引脚之间距离很小，管脚很细，一般大功率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个以上，适用于高频线路，一般采用SMT技术在PCB板上安装。
7
PGA插针网格阵列封装

插装型封装之一，其底面垂直引脚量阵列装排列，一般要通过插座与PCB板连接引脚中心距通常为2.54mm，引脚数从64到447左右，插拔操作方便，可靠性高，可适应跟高的频率。
8
BGA球栅阵列封装

表面贴装型封装之一，其底面按阵列方式制作出球形凸起点用以代替引脚，适应频率超过100MHz，I/0引脚数大于208pin，电热性能好，信号传输延迟小，可靠性高。
9
PLCC塑料有引线芯片载体

引脚从封装的四个侧面引出，呈J字型，引脚中心距1.27mm，引脚数18-84，J形引脚不易变形，但焊接后的外观检查较为困难。
10
CLCC陶瓷有引线芯片载体

陶瓷封装，其他同PLCC
11
LCCC陶瓷无引线芯片载体

芯片封装在陶瓷载体中，无引线的电极焊端排列在底面的四边，引脚中心距1.27mm，引脚数18-156，高频特性好，造价高，一般用于军品。
12
COB板上芯片封装

裸芯片贴装技术之一，俗称“软封装”，IC芯片直接黏贴在PCB板上，引脚焊在铜箔上并用黑塑胶包封，形成“绑定”板，该封装成本最低，主要用于民品。
13
SIMM单列存贮器组件

通常指插入插座的组件，只在印刷羁绊的一个侧面附近配有电极的存贮器组件，有中心距为2.54mm和中心距为1.27mm两种规格。
14
FP扁平封装
LQFP薄型QFP

封装本体厚度为1.4mm
15
HSOP带散热器的SOP
CSP芯片缩放式封装

芯片面积与封装面积之比超过1:1.14
目前世界上产量较多的几类封装
序号
封装

1
SOP（小外形封装）
55~57%
2
PDIP（塑料双列封装）
14%
3
QFP（PLCC）（四边引线扁平封装）
12%
4
BGA（球栅阵列封装）
4~5%

IC封装的生命周期