第十一章 装配与封装

1、1 第十一章 装配与封装 2 集成电路封装的功能 保护芯片以免由环境和运输引起损坏 为芯片的信号输入和输出提供互连 芯片的物理支撑 散热 3 4 传统封装与装配 5 典型的集成电路封装形式 6 封装的层次 7 传统装配的步骤 背面减薄 300mm的硅片厚775微米，通常被减到200-500微米 容易切割并改善散热 8 传统装配的步骤 分片 9 传统装配的步骤 装架 10 传统装配的步骤 芯片粘结 一般采用环氧树脂将芯片粘帖到引线框架 上。如有散热要求，可以在树脂中加入银 粉。 11 传统装配的步骤 引线键合 12 传统装配的步骤 三种基本的键合 热压键合：热能和压力被分别作用到芯片 压点和引线

2、框内端电极以形成金线键合。 Post Device bond pad 13 传统装配的步骤 超声键合 Wire Wedge tool (1) Tool moves upward. More wire is fed to tool. (3) Ultrasonic energy Pressure Lead frame (4) Tool moves upward. Wire breaks at the bond. (5) (2) Al bonding pad Ultrasonic energy Pressure Die 14 传统装配的步骤 热超声球键合 (2) H2 torch Ball (1)

3、Gold wire Capillary tool (5) Pressure and heat form bond. Lead frame (6) Tool moves upward. Wire breaks at the bond. Bonding ball on pad Pressure and ultrasonic energy Die (3) Tool moves up and more wire is fed. Die (4) 15 传统装配的步骤 16 传统装配的步骤 引线键合质量测试 Post Device Chip under test Hook Specimen clamp 1

4、7 18 传统封装 金属封装（TO） - 在半导体产业的早期金属壳封装是普遍的。 - 现在主要用于分离器件和小规模集成电路。 TO-5TO-3 19 传统封装 塑料封装 使用环氧树脂聚合物将已完成引线键合的芯片和 模块化工艺的引线框架完全包封。 塑料封装的种类： 双列直插封装，简称DIP(Dual In-line Package)。 1.适合PCB的穿孔安装; 2.比TO型封装易于对PCB布线; 3.操作方便。 20 塑料封装 衡量一个芯片封装技术先进与否的重要指标是芯 片面积与封装面积之比，这个比值越接近1越好。 以采用40根I/O引脚塑料包封双列直插式封装 (PDIP)的CPU为例，其芯片

5、面积/封装面积 =33/15.2450=1：86,离1相差很远。不难看 出，这种封装尺寸远比芯片大，说明封装效率很 低，占去了很多有效安装面积。 Intel公司这期间的CPU如8086、80286都采用 PDIP封装。 21 塑料封装 单列直插封装(SIP) 用以减少集成电路组件本身所占据的电路 板空间，例如存储器应用。 22 塑料封装 四边扁平封装（QFP） 是一种在外壳四边都有高密度分布的管脚 的表面贴装组件。对于SMT塑料封装来说， 其最密的管脚间距只有300微米。 23 塑料封装 以0.5mm焊区中心距，208根I/O引脚的QFP封装 的CPU为例，外形尺寸2828mm，芯片尺寸 10

6、10mm，则芯片面积/封装面积 =1010/2828=1：7.8，由此可见QFP比DIP的 封装尺寸大大减小。 QFP的特点是: 1.适合用SMT表面安装技术在PCB上安装布线; 2.封装外形尺寸小，寄生参数减小，适合高频应 用; 3.操作方便; 4.可靠性高。 Intel 80386就采用塑料四边引出扁平封装 PQFP。 24 塑料封装 无引线芯片载体(LCC, Leadless Chip Carrier ) 是一种电极被管壳周围边缘包起来一保持 低剖面的封装形式。 25 陶瓷封装 薄层陶瓷封装 26 先进的封装与装配 倒装芯片(flip chip) 27 28 Controlled col

7、lapse chip carrier 焊点 29 先进的封装与装配 球栅阵列（BGA, Ball Grid Array Package ） 30 先进的封装与装配 1.I/O引脚数虽然增多，但引脚间距远大于QFP，从而提高了 组装成品率; 2.虽然它的功耗增加，但BGA能用可控塌陷芯片法焊接，简 称C4（controlled collapse chip carrier,可调整芯片支撑的 工艺）焊接，从而可以改善它的电热性能; 3.厚度比QFP减少1/2以上，重量减轻3/4以上; 4.寄生参数减小，信号传输延迟小，使用频率大大提高; Intel公司的CPU芯片，如Pentium、Pentium Pro、 Pentium 采用陶瓷针栅阵列封装CPGA和陶瓷球栅阵列 封装CBGA，并在外壳上安装微型排风扇散热，从而达到 电路的稳定可靠工作。