集成电路芯片封装技术培训课程.pptx

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,集成电路芯片封装技术,集成电路芯片封装技术培训课程,第1页,1,、集成电路芯片封装与微电子封装,课程引入与主要内容,2,芯片封装技术包括领域及功效,3,、封装技术层次与分类,微电子封装技术,=,集成电路芯片封装技术,集成电路芯片封装技术培训课程,第2页,封装技术概念,微电子封装：,A Bridge from IC to System,Board,IC,集成电路芯片封装技术培训课程,第3页,微电子封装概念,狭义：芯片级,IC Packaging,广义：芯片级,+,系统级：封装工程,电子封装工程：将基板、芯片封装体和分立器件等要素，按电子整机要求进行连接和装配，实现一定电气、物理性能，转变为含有整机或系统形式整机装置或设备。,集成电路芯片封装技术培训课程,第4页,Wafer,Package,Single IC,SMA/PCBA,Electronic Equipment,微电子封装过程,=,电子整机制作流程,集成电路芯片封装技术培训课程,第5页,芯片封装包括技术领域,芯片封装技术包括,物理、化学、化工、材料、机械、电气与自动化,等学科。所包括材料包含金属、陶瓷、玻璃和高分子材料等。,芯片封装技术整合了电子产品电气特征、热特征、可靠性、材料与工艺应用和成本价格等原因，是以取得,综合性能最优化,为目标工程技术。,集成电路芯片封装技术培训课程,第6页,封装包括技术领域,集成电路芯片封装技术培训课程,第7页,微电子封装功效,1,、电源分配：传递电能,-,配给合理、降低电压损耗,2,、信号分配：降低信号,延迟和串扰,、缩短传递线路,3,、提供散热路径：,散热材料与散热方式,选择,4,、机械支撑：,结构保护与支持,5,、环境保护：抵抗外界恶劣环境（例：军工产品）,集成电路芯片封装技术培训课程,第8页,确定封装要求影响原因,成本,外形与结构,产品可靠性,性能,类比：人体器官组成与实现,集成电路芯片封装技术培训课程,第9页,微电子封装技术技术层次,第一层次：零级封装,-,芯片互连级（,CLP,）,第二层次：一级封装,SCM,与,MCM,（,Single/Multi Chip Module,）,第三层次：二级封装 组装成,Subsystem,COB,（,Chip on Board,）和元器件安装在基板上,第四层次：三级微电子封装,电子整机系统构建,集成电路芯片封装技术培训课程,第10页,微电子封装技术分级,集成电路芯片封装技术培训课程,第11页,三维（,3D,）封装技术,传统二维封装基础上向三维,z,方向发展封装技术。,实现三维封装方法：,【,1】,埋置型,元器件埋置或芯片嵌入,【2】,有源基板,半导体材料做基板,Wafer,Scale Integration,【3】,叠层法,将多个裸芯片或封装芯片在垂直方向上互连,抑或是,MCM,叠层：,散热与基板选择,集成电路芯片封装技术培训课程,第12页,封装分类,按封装中组合,IC,芯片数目分：,SCP,和,MCP,（包含,MCM),按密封材料分：陶瓷封装和高分子材料封装（塑封）,按器件与电路板互连方式分：,引脚插入型（,PTH,）和表面贴装型（,SMT,）,按引脚分布形态分：,单边、双边、四边和底部引脚,SIP,、,DIP,、,SOP,、,QFP,、,MCP,、,PGA,集成电路芯片封装技术培训课程,第13页,封装型式发展,发展方向：轻、薄、短、小,DIPSPIP,SKDIP,SOP,TSP,UTSOP,PGA,BGA,Lead on Chip,：芯片上引线封装,集成电路芯片封装技术培训课程,第14页,封装技术与封装材料,例：陶瓷封装与塑料封装均可制作,DIP,与,BGA,类芯片，但两类芯片可靠性和成本不一样。,封装形态、封装工艺、封装材料由产品电特征、导热性能、可靠性需求、材料工艺技术和成本价格等原因决定。封装形态与封装工艺技术、封装材料之间不是一一对应关系。,集成电路芯片封装技术培训课程,第15页,封装材料,芯片封装所采取材料主要包含金属、陶瓷、高分子聚合物材料等。,问题：怎样进行材料选择？,依据材料电热性质、热,-,机械可靠性、技术和工艺成熟度、材料成本和供给等原因。,表,1.2-,表,1.4,集成电路芯片封装技术培训课程,第16页,介电系数：表征材料绝缘程度百分比常数，相对值，通常介电系数大于,1,材料通常认为是绝缘材料。,热膨胀系数（,CTE Coefficient of expansion,）,物体因为温度改变而有胀缩现象，等压条件下，单位温度变所造成体积改变，即热膨胀系数表示。,介电强度：是一个材料作为绝缘体时电强度量度。定义为试样被击穿时，单位厚度承受最大电压。物质介电强度越大，它作为绝缘体质量越好。,封装材料性能参数,集成电路芯片封装技术培训课程,第17页,1970 1980 1990,100,1000,10000,100000,Volume(cm,3,),W/S,Notebook,PC,Laptop,Cellular,SMART,“Watch”&,Bio-sensor,电子整机发展趋势,微电子封装技术演变,集成电路芯片封装技术培训课程,第18页,Past,Bulky components,Bulky systems,Current,Thinfilm components,Miniaturized modules,Future,Embedded components,Packagesized systems,微电子封装技术演变,集成电路芯片封装技术培训课程,第19页,微电子封装技术演变,集成电路芯片封装技术培训课程,第20页,Ceramic or,Thin Film on Ceramic,1005,0805,0603,Single Chip:,Board MCM:,Discretes,:,Package,/Board:,PWB,-,D,PWB,-,D,Ceramic,Redistribution to,Area Array,Wirebond,Chip,Connector:,PTH,Peripheral,SMT,Board,Connector:,1970s,1980s,DIP,PGA,QFP,PAST,Thin Film on PWB,0402,PWB,-,Micro Via,Flipchip,Area Array,Area/BGA,SMT,1990s,s,BGA,CSP,PRESENT,0201,s,Integration to BEOL,Integration in Package level,Integration at System level,WLP,SIP,SOP,s01005?,Integration,FUTURE,微电子封装技术演变,集成电路芯片封装技术培训课程,第21页,微电子封装技术发展驱动力,一、,IC,发展对微电子封装推进,IC,发展水平标志：集成度和特征尺寸,IC,发展方向：大芯片尺寸、高集成度、小特征尺寸和高,I/O,数。,二、电子整机发展对微电子封装拉动,电子整机高性能、多功效、小型化和便携化、低成本、高可靠性要求促使微电子封装由插装向贴装发展，并连续向薄型、超薄型、窄节距发展，深入由窄节距四边引脚向面阵列引脚发展。,集成电路芯片封装技术培训课程,第22页,微电子封装技术发展驱动力,三、市场发展对微电子封装驱动,“,吞金业”向“产金业”转变,产品性价比要求不停提升、电子产品更新加速猛烈,电子产品更新加速猛烈,驱动微电子封装技术发展是整个微电子技术产业,集成电路芯片封装技术培训课程,第23页,微电子封装技术发展趋势,一、,微电子产业在波折中快速发展,“硅周期”,世界电子元器件行业生产、销售和效益出现,高峰和低谷,交替周期性（,4-5,年）波动。生产电子元器件企业国际化程度越高，受“硅周期”影响越深。,“,道路是波折，前途是光明”,集成电路芯片封装技术培训课程,第24页,微电子封装发展趋势,二、国际半导体技术发展路线和“摩尔定律”,“,摩尔定律”：,集成电路特征尺寸每三年缩小,1/3,，集成度（即,DRAM,单个芯片上晶体管数）每两年增加一倍。,1965,年，戈登,摩尔（,Gordon Moore,）,当前，集成电路技术仍按照摩尔定律发展。,集成电路芯片封装技术培训课程,第25页,一、芯片尺寸越来越大：,片上功效增加，实现芯片系统。,二、工作频率越来越高,运算速度提升，提升了对封装技术要求。,三、发烧量日趋增大,路径：降低电源电压；增加散热通道（成本与重量）,四、引脚数越来越多,造成单边引脚间距缩短。,微电子封装发展趋势,-IC,发展趋势,集成电路芯片封装技术培训课程,第26页,一、封装尺寸小型化（更轻和更薄）,超小型芯片封装形式出现顺应了电子产品轻薄短小发展趋势。,处理方法：新型封装型式和微纳技术采取。取得芯片尺寸最小化：,IC,芯片尺寸最小化？,圆片级封装技术（,WLP,）：使封装完成后,IC,芯片尺寸尽可能靠近圆片级裸芯片尺寸，,微电子技术发展对封装要求,集成电路芯片封装技术培训课程,第27页,二、适应更高得散热和电性能要求,1,、,IC,功效集成度增大，功耗增加，封装热阻增大,2,、电信号延迟和串扰等现象严重,处理路径：,1,、降低芯片功耗：双极型,-PMOS-CMOS-,？,2,、增加材料热导率：成本,微电子技术发展对封装要求,集成电路芯片封装技术培训课程,第28页,三、集成度提升 适应大芯片要求,CTE,失配,热应力和热变形,处理路径：,1,、采取低应力贴片材料：使大尺寸,IC,采取,CTE,靠近,Si,陶瓷材料，但当前环氧树脂封装仍为主流,2,、采取应力低传递模压树脂 消除封装过程中热应力和残留应力。,3,、采取低应力液态密封树脂,微电子技术发展对封装要求,集成电路芯片封装技术培训课程,第29页,四、高密度化和高引脚数,高密度和高,I/O,数造成单边引脚间距缩短、封装难度加大：焊接时产生短路、引脚稳定性差,处理路径：,采取,BGA,技术和,TCP,（载带）技术,成本高、难以进行外观检验等。,微电子技术发展对封装要求,集成电路芯片封装技术培训课程,第30页,五、适应恶劣环境,密封材料分解造成,IC,芯片键合结合处开裂、断路,处理方法：寻找密封替换材料,六、适应高可靠性要求,军工、空间电子产品高稳定要求。,七、考虑环境保护要求,无铅产品使用克服了铅污染，不过对焊接温度和封装耐热性提出了更高要求,芯片可返修性、低成本,微电子技术发展对封装要求,集成电路芯片封装技术培训课程,第31页,微电子封装技术发展特点,微电子封装向高密度和高,I/O,引脚数发展，引脚由四引出向面阵列发展。,微电子封装向表面安装式封装（,SMP,）发展，适应表面安装技术（,SMT,）,从陶瓷封装向塑料封装发展,从重视发展,IC,芯片向先发展后道封装再发展芯片转移,集成电路芯片封装技术培训课程,第32页,国内微电子封装产业发展现实状况,高起点、微电子封装技术产业链构建快速,封装技术发展快速与封装材料业发展落后并存,封装技术发展快速与封装材料业发展落后并存,集成电路芯片封装技术培训课程,第33页,