集成电路芯片封装技术复习资料2

1、电子封装与表面组装技术第一章 概述电子封装是一个富于挑战、引人入胜的领域。它是集成电路芯片生产完成后不可缺少的一道工序，是器件到系统的桥梁。封装这一生产环节对微电子产品的质量和竞争力都有极大的影响。按目前国际上流行的看法认为，在微电子器件的总体成本中，设计占了三分之一，芯片生产占了三分之一，而封装和测试也占了三分之一，真可谓三分天下有其一。封装研究在全球范围的发展是如此迅猛，而它所面临的挑战和机遇也是自电子产品问世以来所从未遇到过的；封装所涉及的问题之多之广，也是其它许多领域中少见的，它需要从材料到工艺、从无机到聚合物、从大型生产设备到计算力学等等许许多多似乎毫不关连的专家的协同努力，是一门综

2、合性非常强的新型高科技学科。封装最初的定义是：保护电路芯片免受周围环境的影响（包括物理、化学的影响）。1.芯片封装是利用（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，构成整体结构的工艺。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，转变为具有整机或系统形式的整机装置或设备。2.集成电路封装的目的：在于保护芯片不受或者少受外界环境的影响，并为之提供一个良好的工作条件，以使集成电路具有稳定、正常的功能。3.芯片封装所实现的功能：电源分配；信号分配；散热通道；机械支

3、撑；环境保护4在选择具体的封装形式时主要考虑四种主要设计参数：性能，尺寸，重量，可靠性和成本目标。5.封装工程的技术的技术层次第一层次，又称为芯片层次的封装，是指把集成电路芯片与封装基板或引脚架之间的粘贴固定电路连线与封装保护的工艺，使之成为易于取放输送，并可与下一层次的组装进行连接的模块元件。第二层次，将数个第一层次完成的封装与其他电子元器件组成一个电子卡的工艺。第三层次，将数个第二层次完成的封装组成的电路卡组合成在一个主电路版上使之成为一个部件或子系统的工艺。第四层次，将数个子系统组装成为一个完整电子厂品的工艺过程。芯片互连级（零级封装）、一级封装（多芯片组件）、二级封装（PWB或卡）三级

4、封装（母板）。6.封装的分类按照封装中组合集成电路芯片的数目，芯片封装可分为：单芯片封装与多芯片封装两大类，按照密封的材料区分，可分为高分子材料和陶瓷为主的种类，按照器件与电路板互连方式，封装可区分为引脚插入型和表面贴装型两大类。依据引脚分布形态区分，封装元器件有单边引脚，双边引脚，四边引脚，底部引脚四种。常见的单边引脚有单列式封装与交叉引脚式封装，双边引脚元器件有双列式封装小型化封装，四边引脚有四边扁平封装，底部引脚有金属罐式与点阵列式封装。7.芯片封装所使用的材料有：金属、陶瓷、玻璃、高分子。8.集成电路的发展主要表现在以下几个方面：1）、芯片尺寸变得越来越大；2）、工作频率越来越高；3）

5、、发热量日趋增大；4）、引脚越来越多。9.对封装的要求：1）小型化；2）适应高发热；3）集成度提高，同时适应大芯片要求；4）高密度化；5）适应多引脚；6）适应高温环境；7）适应高可靠性。第二章 封装工艺流程1.封装工艺流程 一般可以分为两个部分，用塑料封装之前的工艺步骤成为前段操作，在成型之后的工艺步骤成为后段操作2.芯片封装技术的基本工艺流程 硅片减薄 硅片切割 芯片贴装，芯片互联 成型技术 去飞边毛刺 切筋成型 上焊锡 打码等工序3.硅片的背面减薄技术主要有磨削，研磨，化学机械抛光，干式抛光，电化学腐蚀，湿法腐蚀，等离子增强化学腐蚀，常压等离子腐蚀等4.先划片后减薄：在背面磨削之前将硅片正

6、面切割出一定深度的切口，然后再进行背面磨削。5.减薄划片：在减薄之前，先用机械或化学的方式切割处切口，然后用磨削方法减薄到一定厚度之后采用ADPE腐蚀技术去除掉剩余加工量实现裸芯片的自动分离。6.芯片贴装的方式四种：共晶粘贴法，焊接粘贴法，导电胶粘贴法，和玻璃胶粘贴法。7.为了获得最佳的共晶贴装所采取的方法，IC芯片背面通常先镀上一层金的薄膜或在基板的芯片承载座上先植入预芯片8. 芯片互连：是将芯片焊区与电子封装外壳的I/O引线或基板上的金属焊区相连接。芯片互连常见的方法有：引线键合，载在自动键合（TAB）和倒装芯片键合。1） 引线键合，通过热压、钎焊等方法将芯片中各金属化端子与封装基板相应引

7、脚焊盘之间的键合连接。特点：适用于几乎所有的半导体集成电路元件，操作方便，封装密度高，但引线长，测试性差。打线键合技术有：超声波键合，热压键合，热超声波键合。2） 载带自动焊（TAB）技术将芯片凸点电极与载带的引线连接，经过切断、冲压等工艺封装而成。特点：（1） TAB结构轻、薄、短、小（2） TAB的电极尺寸、电极与焊区节距均比WB大为减小（3） 相应可容纳更高的I/O引脚数（4） TAB的引线电阻、电容和电感均比WB的小得多（5） 采用TAB互连，可对各类IC芯片进行筛选和测试，确保器件是优质芯片（6） TAB采用Cu箔引线，导热和导电性能好，机械强度高（7） TAB的键合拉力比WB高，可

8、提高芯片可靠性（8） TAB使用标准化的卷轴长带，对芯片实行自动化多点一次焊接，同时安装和外引线焊接可实现自动化，从而提高电子产品的生产效率，降低生产成本2） 倒装焊（FCB）技术倒装焊（FCB）芯片，是将带有凸点电极的电路芯片面朝下（倒装），使凸点成为芯片电极与基板布线层的焊点，借助于凸点与基板焊区直接焊接，形成稳定可靠的机械、电气连接。优点：（1） FCB的互连线非常短，互连产生的杂散电容、互连电阻和互连电感均比WB和TAB小得多，更实用于高频、高速的电子产品应用；（2） FCB芯片安装互连占的基板面积小，因而芯片安装密度高；（3） FCB的芯片焊区可面阵布局，更适于高I/O数的LSI、V

9、LSI芯片使用。缺点：（1） 芯片面朝下安装互连，给工艺操作带来一定难度，焊点检查困难；（2） 在芯片焊区一般要制作凸点，增加了芯片的制作工艺流程和成本；（3） 倒装焊同各材料间的匹配所产生的应力问题也需要很好的解决。FCB的特点及应用：特点：具有高的安装密度。高I/O数和较低的成本，以及可直接贴装HIC，PWB板，MCM等优越性。10.TAB的关键技术：1）芯片凸点制作技术；2 ）TAB载带制作技术；3）载带引线与芯片凸点的内引线焊接和载带外引线焊接技术。11.凸点芯片的制作工艺，形成凸点的技术:蒸发/溅射涂点制作法，电镀凸点制作法置球及模板印刷制作，焊料凸点发，化学镀涂点制作法，打球凸点制

10、作法，激光法。12.塑料封装的成型技术，1）转移成型技术；2）喷射成型技术；3）预成型技术但最主要的技术是转移成型技术，转移技术使用的材料一般为热固性聚合物。第三章 厚/薄膜技术1.厚膜技术使用网印与烧结方法，薄膜技术使用镀膜，光刻与刻蚀等方法。2.厚膜浆料通常有两个共性：1）适于丝网印刷的具有非牛顿流变能力的粘性流体;2）由两种不同的多组分相组成，一个是功能相，提供最终膜的电学和力学特性，另一个是载体相，提供合适的流变能力。3.传统的金属陶瓷厚膜浆料具有四种主要成分，1）有效物质，确立膜的功能；2）粘贴成分，提供与基板的粘贴以及使效物质颗粒保持悬浮状态的基体；3）有机粘贴剂，提供丝网印制的合

11、适流动性能。4溶剂或稀释剂，他决定运载剂的粘度。4.浆料中的有效物质决定了烧结膜的电性能，如果有效物质是一种金属，则烧结膜是一种导体，如果有效物质是一种绝缘材料，则烧结膜是一种介电体。5.主要有两类物质用于厚膜与基板的粘贴：玻璃和金属氧化物6.表征厚膜浆料的三个主要参数：1）、颗粒；2）、固体粉末百分比含量；3）、粘度制作厚膜电阻材料：把金属氧化物颗粒与玻璃颗粒混合，在足够的温度/时间进行烧结以使玻璃熔化 并把氧化物颗粒烧结在一起所得到的结构具有一系列三维的金属氧化物颗粒的链，嵌入在玻璃基体中。金属氧化物与玻璃的比越高，烧成的膜的电阻率越低，反之亦然。7.丝网印刷：1）将丝网固定在丝网印刷机上

12、；2）基板直接放在丝网下面；3）将浆料涂布在丝网上面。8.厚膜浆料的干燥过程及各个流程的步骤及作用。印刷后，零件通常要在空气中：“流平”一段时间。流平的过程使得丝网筛孔的痕迹消失，某些易挥发的溶剂在室温下缓慢地挥发。流平后，零件要在70150的温度范围内强制干燥大约15min。在干燥中要注意两点：气氛的纯洁度和干燥的速率。干燥作用可以吧浆料中绝大部分挥发性物质去除。9.薄膜技术（一种减法技术）：.溅射.蒸发溅射与蒸发的比较.电镀.光刻工艺10.厚膜与薄膜的比较：.由于相关劳动增加，薄膜工艺要比厚膜工艺成本更高，只有在单块基板上制造大量的薄膜电路时，价格才有竞争力。.剁成结构的制造极为困难，尽管

13、可以使用多次的淀积和刻蚀工艺，但这是一种成本很高、劳动力密集的工艺，因而限制在很少的用途里。.在大多数情况下，设计者受限于单一的方块电阻率。这需要大地面积去制造高阻值和低阻值的两种电阻。薄膜厚膜5-2400nm2400-24000nm间接（减法）工艺蒸发、光刻直接工艺与危险化学品、刻腐蚀、显影剂、镀液排放和处置相关的问题无需使用化学刻蚀或镀液多层制备困难，一般只是单层低成本的多层工艺电阻对化学腐蚀敏感能够承受苛刻的环境和高温的温度电阻高成本单批工艺低成本的工艺，连续的、传送带式的第四章 焊接材料1.助焊剂的成分：活化剂、载剂、溶剂与其他特殊功能的添加物。2.活化剂为具有腐蚀性的化学物质，在助焊

14、剂中它通常是微凉的酸剂、卤化物或二者之混合。3.载剂通常为固体物质或非挥发性液体。4.助焊剂可以用发泡式、波式或喷洒等方法涂布刀印制电路板上。第五章印制电路板1.常见的电路板：硬式印制电路板、软式印制电路板、金属夹层电路板、射出成型电路板。2.PCB基板面临的问题及解决方法：问题：随着电子设备的小型化、轻薄、多功能、高性能及数字化SMC/SMD也相应薄型化、引脚间距日益减小裸芯片DCA到PCB上也更为普遍。.传统的环氧玻璃布PCB板的介电常数较大导致信号延时时间增大，不能满足高速信号的传输要求。当前低成本的PCB基板主流间距太大，小的通孔不但价格昂贵，成品率也难以保证。传统的PCB的功率密度难

15、以承受，散热也是个问题。传统的PCB板面面临严重的环境污染问题。解决技术：通常在PCB上形成50uM线宽和间距均采用光刻法，而如今采用激光直接成像技术，通过CAD/CAM系统控制LDI在PCB涂有光刻胶层上直接绘制出布线图形。3.印制电路板的检测方法：低压短路/断路的电性测试与目视筛检的光学试验，另一项重要方法为破坏性试验。第六章 元器件与电路板的接合1.表面贴装技术（MST）与引脚插入式接合技术有不同的设计规则与接合观念，它适用于高密度、微小焊点的接合。焊接点必须同时负担电、热传导与元器件重量的支撑是表面贴装技术的特征。2.表面贴装技术的优点包括：能提升元器件接合的密度。能减少封装的体积重量

16、。获得更优良的电气特性。可降低生产成本。3.连接完成后的清洁：污染可概分为非极性/非离子性污染、极性/非离子性污染、离子性污染与不溶解/粒状污染四大类。第七章 封胶材料1.IC芯片完成与印制电路板的模块封装后，为了使芯片不受到外来环境因素（湿汽、化学溶剂、应力破坏等）影响和后续封装工艺的损害，除了焊接点、指状结合点、开关等位置外，通常在其表面涂布一层25125m厚的高分子材料涂层加以保护。2.按涂布保护层的外形，可分为顺形涂封(Conformal Coatings)和封胶（Encapsulants）两种。第八章 陶瓷封装1、 对基板材料的要求1、 电性能，高的电绝缘电阻，低的、一致的介电常数；

17、2、 热性能，热稳定性好，热导电率高，各种材料热膨胀系数相近；3、 机械性能，孔隙度低，平整性好，强度较高，弯度小；4、 化学性能，化学稳定性好，制作电阻或导体相容性好。2、 基板材料1、 氧化铝2、 氮化铝3、 有机多层基板材料4、 共烧陶瓷基板材料5、 硅基板材料6、 金刚石三.氧化铝为陶瓷封装最常用的材料，其他重要的陶瓷封装材料：氮化铝、氧化铍、碳化硅、玻璃与玻璃陶瓷、蓝宝石。这些陶瓷材料的封装能有更优质信号传输、热膨胀特性、热传导与电气特性。 四.无机材料中添加玻璃粉末的目的包括：调整纯氧化铝的热膨胀系数、介电系数等特性；降低烧结温度。第九章 塑料封装1.塑料封装可利用转移铸膜、轴向喷

18、洒涂胶与反应射出型等方法制成。2.倒线的现象为塑料封装转移铸膜工艺中最容易产生的缺陷。第十章 气密性封装1.气密性封装是指完全能够防止污染物（液体或固体）的侵入和腐蚀的封装形式，通常用作芯片封装的材料中，能达到所谓气密性封装的只有金属、陶瓷和玻璃。2.三种气密性封装的比较：Ø 塑料封装：成本低，气密性差，吸潮，承受功率小，易老化，不易散热；Ø 陶瓷封装：气密性好，耐高温，承受功率大，成本较高；Ø 金属封装：气密性好，耐高温，承受功率较大，屏蔽效果好，成本高。第十一章 封装可靠性工程1. 可靠性测试项目：预处理；温度循环测试；热冲击；高温储藏；温度和湿度；高压蒸煮。

19、2. 预处理：Precon测试，即Pre-conditioning测试。从集成电路芯片封装完成以后到实际再组装，这个产品还有很长一段过程，这个过程包括包装、运输等，这些都会损坏产品，所以我们就需要先模拟这个过程，测试产品的可靠性。这就是Precon测试。其实在Precon测试中，包括了前面的T/C,TH等多项测试的组合。3. 只有在顺利通过了Precon测试以后，才能保证产品能顺利送到最终用户端，这就是Precon被放在第一个测试位置的原因所在。终上所述，一个好的封装要有好的可靠性能，必须有较强的耐湿，耐热，耐高温的能力，6个可靠性测试都逃不脱温度，湿度这些内容。我们通过可靠性测试能够评估产品

20、的可靠度，有利于回馈来改善封装设计工艺，从而提高产品的可靠度。第十二章 封装过程中得缺陷分析1.名词解释：金线偏移、再流焊、翘曲、空洞2.金线偏移的产生原因。3.波峰焊工艺和再流焊工艺的不同点4.说明翘曲的产生机理和解决方法。5、再流焊中的问题：翘曲、锡珠、墓碑现象、空洞。第十三章 先进封装技术一、球栅阵列式（BGA）BGA四种主要形式为：塑料球栅阵列（PBGA）、陶瓷球栅阵列（CBGA）、陶瓷圆柱栅格阵列（CCGA）和载带球栅阵列（TBGA）。特点：1、 失效率低2、 BGA焊点的节距一般为1.27mm和0.8mm，可以利用现有的SMT工艺设备3、 提高了封装密度，改进了器件引脚数和本体尺寸

21、的比例4、 由于引脚是焊球，可明显改善共面性，大大的减少了共面失效5、 BGA引脚牢固，不像QFP那样存在引脚易变形问题6、 BGA引脚很短，使信号路径短，减小了引脚电感和电容，改善了电性能7、 焊球熔化时的表面张力具有明显的“自对准”效应，从而可大为减少安装、焊接的失效率8、 BGA有利于散热9、 BGA也适合MCM的封装，有利于实现MCM的高密度、高性能二、PGA的特点1、 PGA的针引脚是呈珊阵排列的，I/O数可高达数百乃至上千个2、 PGA是气密封的，所以可靠性高3、 制作工艺复杂、成本高三、DCA的特点优点1、 DCA特别是FC是“封装”家族中最小的封装，实际上是近于无封装；2、 高I/O数的器件不得不采用面阵凸点排列的FC。而且，焊料凸点还有自对准效果，可在细小节距下实现高质量和高产量FCB；3、 FC只有芯片基板一个界面和一个互连层，从而引起失效的焊点大为减少，所以FCB的组件可靠性更高；4、 FC的“引脚”实际上就是凸点的高度，要比WB短得多，因此FC的电感非常低；5、 由于FC可直接在圆片上加工完成“封装”，并直接FCB到基板上，这就省去粘片材料、焊丝、引线框架及包封材料，从而降低了生产成本；6、 FC及FCB后可以在芯片背面直接加散热片，因此可以提高芯片的散热性能。缺点：1、 高I/O引脚的FC，要对其进行筛选及测试一达到