绪论及CH1电子封装工程概述.pptx

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,#,集成电路封装技术,前言,第一章,电子封装工程概述,第二章,封装工艺流程,第三章 厚薄膜技术,集成电路封装技术,一、微电子封装的作用和意义,1,、从与人们日常生活直接相关的事说起,着装,前言,随着科技的进步和社会文明程度的提高，服装的种类、式样、所用的材料、制作工艺都在不断的进步，所起的作用不仅限于御寒和美观上。,2,、微电子封装的作用和意义,前言,现代信息技术的飞速发展，极大地推动着电子产品向多功能、高可靠、小型化、便携化及大众化普及所要求的低成本等方向发展，而满足这些要求的基础与核心乃是,IC,，特别是,LSI,和,VLSI,。然而，,IC,芯片要经过合适的封装，才能达到所要求的电、热、机械等性能，同时封装也对芯片起到保护作用，使其可以长期可靠地工作。,（,1,）电气连接,（,2,）物理保护,（,3,）外场屏蔽,（,4,）应力缓和,（,5,）散热防潮,（,6,）尺寸过渡,（,7,）规格化和标准化。,微电子封装的作用,微电子封装业地位不断提高的有以下几个原因：,1,、电子设备迅速轻、薄、短小化。,个人便携化、高速度、数字化、高功能、大容量、低价格已成为这类电子设备的发展目标。,2,、集成电路芯片性能的飞速提高。对微电子封装密度提出了更高的要求。,（,1,）存储器（,DRAM,）容量大致按摩尔定律以,3,年,4,倍的速度增加。,（,2,）逻辑元件,(MPU),特征尺寸越来越小,（,3,）,MPU,的时钟频率不断提高,（,4,）每个芯片,I/O,端子数不断提高,（,5,）单芯片功耗不断增加,这种高要求包括：,封装引脚数越来越多；布线节距越来越小；,封装厚度越来越薄；封装体在基板上所占面积越来越大；,需要采用低介电常数、高热导基板等。,目前，,微电子产业已演变为设计、制造和封装三个相对独立的产业。,与前,2,者相比，电子封装涉及的范围广，带动的基础产业多，特别是与之相关的基础材料更是“硬中之硬”，亟待在我国迅速发展。目前，电子封装已成为整个微电子产业的瓶颈，在全世界范围内，,电子信息产业的竞争从某种意义上说讲主要体现在电子封装上。,思考题：,为什么说电子信息产业的竞争从某种意义上说讲主要体现在电子封装上。,学时学分,学时：,32,学分：,2,使用教材,集成电路芯片封装技术,参考书目：,1,电子封装工程,田民波,，清华大学出版社，,2003,年,2,微电子封装技术,，中国电子学会生产技术学分会丛书编委会，中国科技大学出版社，,2003,年,3,高级电子封装,，李虹，张辉，郭志川等译，机械工业出版社，,2010,教学进度,1-16,周,考核计分,作业：,30,分,考试：,60,分,平时：,10,分,课程的本教学安排,电子封装的发展过程,第一章 电子封装工程概述,在半导体器件制作过程中，有,前工程,和,后工程,之分二者以硅圆片切分成芯片为界程，在此之前为前工程，在此之后为后工程。,所谓前工程,是从整块硅圆片入手，经过多次重复的制膜、氧化、扩散，包括照相制版和光刻等工序，制成三极管、集成电路等半导体元件及电极等，开发材料的电子性能，以实现所要求的元器件特性。,所谓后工程,是从硅圆片切分好的一个一个的芯片入手，进行装片、固定、键合连接、塑料灌封、引线接线端子、按印检查等工序，以确保元器件的可靠性并与外电路连接。,第一章 电子封装工程概述,1.1.1,封装工程 定义：,狭义,:,利用膜技术及微细加工技术，将芯片及其他要素在框架或基板上布置、粘贴固定及连接，引出接线端子并通过可塑性绝缘介质灌封固定，构成整体立体结构的工艺。,广义：,将封装体与基板连接固定，装配成完整的系统或电子设备，以确保整个系统综合性能的工程。,1.1.2,范围,微电子封装属于复杂的系统工程,第一章 电子封装工程概述,从工艺上讲,，封装包括薄厚膜技术、基板技术、微细连接技术、封接及封装技术等四大基础技术，由此派生出各种工艺问题。,从材料上讲,，封装要涉及到各种类型的材料，例如焊丝框架、焊剂焊料、金属细粉、陶瓷粉料、表面活性剂、有机粘结剂、金属浆料、导电填料、感光性树脂、热硬化树脂、聚酰亚胺薄膜、感光性浆料，还有导体、电阻、介质及各种功能用的薄膜厚膜材料等。,从设计、评价、解析技术讲,，涉及到膜特性、电气特性、热特性、结构特性及可靠性等方面的分析、评价与测试。,第一章 电子封装工程概述,1.2,封装技术,1.2.1,封装工程的技术层次,第一章 电子封装工程概述,层次,1,它是指半导体集成电路元件（芯片）。芯片由半导体厂商提供，分二类，一类系列标准芯片，另一类是针对系统用户的专用芯片。由于芯片为厂家提供，如何确保芯片质量就成为关键问题。将其列为,1,个层次是指集成电路元器件间的连线工艺。,层次,2,层次,2,单芯片封装和多芯片组件（,MCM:multi chip modules,）二大类。前者是对单个芯片进行封装；后者是将多个芯片装载在陶瓷等多层基板上，进行气密封装，构成,MCM,。,1.2.1,封装工程的技术层次,层次,3,它是指构成板或卡的装配工序。将多个完成层次,2,的单芯片封装和,MCM,，实装在,PCB,板等多层基板上，基板周边设有插接端子，用于与母板及其他板或卡的电气连接。,层次,4,它称为单元组装。将多个完成层次,3,的板或卡，通过其上的插接端子，搭载在称为母板的大型,PCB,板上，构成单元组件。,层次,5,它多个单元构成架，单元与单元间用布线或电缆连接。,层次,6,即总装。将多个架并排，架与架之间用布线或电缆连接，由此构成大规模电子设备。,1.2.1,封装工程的技术层次,1.2.2,封装的分类,第一章 电子封装工程概述,按组合的芯片数目分类,单芯片封装,（,Single Chip Packages,SCP,）,层次较低,多芯片组件封装,（,Multichip Module,MCM,）,层次较高,1.2.2,封装的分类,第一章 电子封装工程概述,金属封装,陶瓷封装,金属,-,陶瓷封装,塑料封装,按封装材料分类,金属封装,我国,1956,年研制出第一只晶体管，便开始了金属封装的历史，,1965,年研制出第一块实用集成电路，更促进了金属封装的历史。它的基本工艺为金属,-,玻璃封接工艺。该种封装精度高、尺寸严格、金属零件以冲、挤为主，便于大量生产，而且价格低廉、性能优良、芯片放置容易，应用灵活，因此大量用于晶体管和混合集成电路，如震荡器、放大器、混频器、鉴频鉴相器等产品。此外，许多微封装电路和多芯片组件也采用金属封装。采用金属封装的企业有,10,家。年生产能力,10,亿只，品种达几千种。（金属,-,陶瓷封装图）,1.2.2,封装的分类,陶瓷封装,这种封装热性质稳定，热传导性能优良，可靠性高，主要用于集成电路的封装。传统产品双列直插封装（,DIP,dual in-line pakage,）和扁平封装（,FP,flat package,）。,DIP,封装已完全系列化，引线数为,4-64,，引线节距为,2.54mm,。目前发展了无引线片式载体（,LCCC,leadless ceramic chip carrier,）封装技术，以适应高密度封装的要求。,1.2.2,封装的分类,金属,-,陶瓷封装,金属,-,陶瓷封装是以传统的陶瓷工艺为基础，以金属和陶瓷材料为框架而发展起来的，在我国起步于,20,世纪,70,年代，主要用于微波毫米波、微波低噪声三极管、微波毫米波功率三极管和单片集成电路。我国在金属,-,陶瓷封装领域，品种大于,300,种，处于小批量生产阶段，每年提供产品,30,万只左右。,1.2.2,封装的分类,塑料封装,开始于塑料双列直插外壳（,PDIP,plastic DIP,）它的基本工艺是：芯片,-,减薄,-,划片,-,粘片,-,键合,-,塑封,-,去毛刺,-,去筋,-,分离,-,打弯成形,-,测试。塑料封装由于其成本低廉、工艺简单，并适应于大批量生产，因此具有极强的生命力，自诞生以起发展很快，在封装中份额越来越大。,1.2.2,封装的分类,80,年代末期，开发了：,塑料四边引线扁平封装,PQFP,plastic quad flat package,塑料小外形封装,PSOP,plastic small outline pacage,塑料有引线片式载体,PLCC,plastic leaded chip carrer,90,年代相继开发了：,带测试盘的塑料四边引线扁平封装,TPQFP,test pad QFP,薄体小外形封装,TSOP,thin small out-line package,随着封装技术的进步，引线节距和封装厚度不断地减小,引线节距从,2.54mm(PDIP),降至,0.65mm(PQFP),封装厚度从,3.6 mm(PDIP),降至,2.0mm(PQFP),和,1.4mm(TPQFP),1.2.3,封装技术与封装材料,第一章 电子封装工程概述,芯片封装工艺流程,厚膜,/,薄膜技术,本课程所涉及的工艺技术,焊接材料,印制电路板,印制电路板,元器件与电路板连接,封胶材料与技术,陶瓷封接,气密性封装,封装可靠性工程,封装过程中的缺陷分析,1.3.,微电子封装技术的历史和发展趋势,1.3.1,20,世纪电子封装技术发展的回顾,第一章 电子封装工程概述,1.3.2,发展趋势,1,、半导体集成电路的发展迅速,第一章 电子封装工程概述,芯片尺寸越来越大,工作频率越来越高,发热量日趋增大,引脚越来越多,1.3.2,发展趋势,2,、封装技术领域中的重大变革,第一章 电子封装工程概述,第一次转变,2,、封装技术领域中的重大变革,(1),从插入式到表面贴装,(,第一次变革,),QFP(quad flat package),表面贴装,PGA(pin grid array),(2),从四边引脚的,QFP,到平面阵列表面贴装,(,第二次变革,),球栅阵列,BGA(ball grid array),第一章 电子封装工程概述,由于,BGA,的端子采用平面阵列（栅阵）布置，故与其他实装技术相比，显示出下述的优越性：,与现用的,QFP,相比，可实现小型、多端子化（实装密度高），,400,端子以上不太困难。,由于熔融焊料的表面张力作用，具有自对准效果，因此容易实现多端子一次回流焊的表面实装，因而它是很理想的表面实装结构。,虽然封装价格比,QFP,高，但由于实装可靠，因实装不良造成的返修价格几乎为零，因此，按总的封装价格相比，,BGA,占优势。,与,QFP,相比，实装操作简单，在现有的实装生产线（具有端子间距,0.65mm,以上的实装能力）即可进行生产。需要附加设备投资和人员培训投资很低。东南亚等装配工厂即可低价格装配高性能微机。,BGA,的优点：,第一章 电子封装工程概述,塑封球栅阵列,PBGA(plastic BGA),常用,BGA,的几种类型,载带球栅阵列,TBGA(tape BGA),倒装芯片球栅阵列,FCBGA(flip chip BGA),塑封球栅阵列,PBGA(plastic BGA),封装的第三次变革,第一章 电子封装工程概述,封装的发展趋势已初见端倪。,（,1,）高性能,CSP,封装,以其超小型、轻重量化为特色，如果能在高速、多功能低价格两个方面兼得，,CSP,在,LSI,封装中将会迅速得到普及。,（,2,）以芯片叠层式封装为代表的三维封装,三维立体封装包括封装层次的三维封装、芯片层次的三维封装和硅圆片层次的三维封装等三种。,（,3,）全硅圆片型封装,其特点是在完成扩散工序的硅圆片上进行封装布线、布置引线端子、贴附焊球、完成封装，最后再切分一个一个的封装件。,（,4,）球形半导体,涉及到半导体前工程、后工程等许多基本工序的变革，能否在技术上突破并发展为实用的封装形式，还要经过实践检验。,第一章 电子封装工程概述,1.3.3,国内封装业状况,我国封装产业现状,我国的微电子封装产业经过近几十年的发展已经具有一定的规模。初步形成由,300,个设计机构，,8,家骨干芯片企业，,20,余个较大规模封装厂家，以及若干材料、设备研制单位所组成的,IC,产业发展基础群体，,在,京、津、沪、苏、浙、粤、闽,地区呈现相对集中发展强势,。,第一章 电子封装工程概述,1.3.3,国内封装业状况,从企业的类型来看可以分为四大类,第一类,是国际大厂整合组件制造商的封装厂，如英特尔、超微、三星电子、摩托罗拉等外资企业,15,家。,第二类,中外合资企业，如深圳赛意法微电子、上海纪元微科微电子、南通富士通微电子等,11,家。,第三类,是台资封测厂，如同芯科技、宏盛科技等,16,家。,第四类,国内独资企业，如长电科技、华旭电子、华润华晶微电子等,50,多家。,江苏的,苏州、无锡、南通,等地也建立了一批有规模、有实力的,IC,封装企业，苏州有三星电子、先进微器件,AMD,、日立半导体、双胜等,10,家半导体封装厂商，主要封装类型为,PLCC,、,QFP,、,TSOP,、,SOP,、,SOJ,，向,CSP,封装发展。,无锡华晶集团封装总厂,无锡微电子科研中心,南通富士通,江阴的江苏长电与相关高校联合，成立,IC,封装研究中心，开发,BGA,、,CSP,等高技术含量,IC,和片式元器件产品。,宁波将建设半导体封装园区,华越在绍兴建成华越芯片装封装厂,从事封装技术研究与培训的科研院所,我国微电子封装研发能力,单位,研究内容,中科院上海微系统与信息技术研究所,封装技术研究、培训、可靠性试验,中科院电子学研究所,半导体封装技术研究、电镀、培训,中科院微电子中心,后封装、形式,TO-92/120/126/P8-241,中国电子科技集团公司,24,研究所,单片,IC,混合,IC,、微电路模块；各类电路的陶瓷封装,中国电子科技集团公司,47,研究所,ASIC,、,MCP/MPU,接口电路、数字集成电路及封装,中国电子科技集团公司,58,研究所,半导体集成电路设计、制造、封装、测试、可靠性等研究与生产，封装形式有,DIP,、,LCC,、,SOP,、,QEP,等,中国航天时代电子公司,771,研究所,单片机集成电路；混合集成电路及封装,济南半导体研究所,半导体体分立器件、集成电路、引线框架、半导体管壳及封装技术,航天时代电子公司研究院微电子技术研究部,陶瓷封装方面的技术研究,从事外壳与特种器件封装研究的科研院所,我国微电子封装研发能力,单位,研究内容,中国电子科技集团公司,13,研究所,微波器件、集成电路、组件、部件、系统、光电器件、光通讯电路、外壳及封装技术,中国电子科技集团公司,55,研究所,微波器件、集成电路、光电器件、外壳及封装技术,中国电子科技集团公司,44,研究所,光电技术及封装技术,中国电子科技集团公司,43,研究所,混合集成电路、多芯片组件、金属外壳、电子设备,中国电子科技集团公司,40,研究所,玻璃产品、金属外壳及接插件,中国电子科技集团公司,26,研究所,压电器件封装技术,中国航天集团,607,研究所,微系统组装、表面安装技术,青岛半导体研究所,混合电路封装技术,从事外壳与特种器件封装研究,我国微电子封装研发能力,单位,研究内容,中国电子科技集团公司,45,研究所,半导体专用设备、封装设备、测试设备等,中国电子科技集团公司,2,研究所,液晶显示生产设备、清洗设备、封装设备,从事可靠性与标准化研究的研究所,单位,研究内容,信息产业部,4,所,封装标准化研究,信息产业部,5,所,可靠性与环境试验研究、检测、认证、计量、培训和网络服务,中国电子科技集团公司,58,所检测中心,高密度封装、特殊封装、电子元器件的检测以及可靠性试验,从事封装材料研究的科研院所,我国微电子封装研发能力,单位,研究内容,昆明贵研铂业股份有限公司,金锡合金铂、贵金属合金钎焊材料、低温熔封存钎料、键合金丝等,无锡化工研究院,电子级环氧膜塑料等,中科学院沈阳金属研究所,微电子互连材料、评价异种材料界面连线材料界面连接强度的微压痕技术等,北京有色金属与稀土应用研究所,封焊料研究,中国电子科技集团公司,15,所,多层电路印制扳,从事测试技术研究的科研院所,我国微电子封装研发能力,单位,研究内容,北京微电子技术研究所封装测试部,存储器、,AD/DA,等集成电路封装与测试研究,中国电子科技集团公司,58,所,测试技术研究与生产，可进行系统集成芯片、存储电路、各类逻辑电路测试,西安微电子检测中心,集成电路测试、筛选、测试软硬件开发,北京自动测试技术研究所,集成电路测试技术、研究与开发,中国航天集团第二研究院测试中心,各类数字集成电路、模拟集成电路以及专用集成电路的测试研究,广州集成电路测试中心,SOC,及各类存储器的测试服务,高等院校的电子封装科研及人才培养机构：,哈尔滨工业大学、清华大学、复旦大学、华中科技大学、上海交通大学、上海交通大学、北京工业大学、哈尔滨理工大学、北京科技大学、电子科技大学、桂林电子科技学院、大连理工大学、南昌航空工业学院、中南大学、南通大学、江南大学等。,