微组装的论文

1、毕业设计报告（论文）   报 告 题 目： 封装工艺的基本简介 作者所在系部： 电子工程系 作者所在专业： 电子工艺与管理 作 者 姓 名 ： 韩晶 作 者 学 号 ： 20093025104 指导教师姓名： 孙燕 完 成 时 间 ： 2011年11月02日 摘要随着工业和消费类电子产品市场对电子设备小型化、高性能、高可靠性、安全性和电磁兼容性的需求，对电子电路性能不断地提出新的要求，片式元件进一步向小型化、多层化、大容量化、耐高压、集成化和高性能化方向发展。六七十年代的中、小规模IC，后来又开发出DIP、PDIP，到SMT的出现，相应的IC封装形式开发出适于表面

2、贴装短引线或无引线的LCCC、PLCC、SOP等结构。在此基础上，经十多年研制开发的QFP不但解决了LSI的封装问题，而且适于使用SMT在PCB或其他基板上表面贴装，使QFP终于成为SMT主导电子产品并延续至今。由于引脚间距不断缩小，I/O数不断增加，封装体积也不断加大，给电路组装生产带来了许多困难，导致成品率下降和组装成本的提高。另一方面由于受器件引脚框架加工精度等制造技术的限制0.3mm已是QFP引脚间距的极限，这都限制了组装密度的提高。于是一种先进的芯片封装BGA(Ball  Grid  Array)应运而生，BGA是球栅阵列的英文缩写，它的I/O

3、端子以圆形或柱状焊点按阵列形式分布在封装下面，引线间距大，引线长度短。BGA技术的优点是可增加I/O数和间距，消除QFP技术的高I/O数带来的生产成本和可靠性问题。BGA的兴起和发展尽管解决了QFP面临的困难，但它仍然不能满足电子产品向更加小型、更多功能、更高可靠性对电路组件的要求，也不能满足硅集成技术发展对进一步提高封装效率和进一步接近芯片本征传输速率的要求，所以更新的封装CSP(Chip  Size  Package)又出现了，它的英文含义是封装尺寸与裸芯片相同或封装尺寸比裸芯片稍大。日本电子工业协会对CSP规定是芯片面积与封装尺寸面积之比大于80%

4、。CSP与BGA结构基本一样，只是锡球直径和球中心距缩小了、更薄了，这样在相同封装尺寸时可有更多的I/O数，使组装密度进一步提高，可以说CSP是缩小了的BGA。 关键词： DIP QFP 倒装芯片 CSP封装技术 目录 一 封装的分类及应用41.1 DIP双列直插式封装41.2QFP（Quad Flat Package）41.3 PGA(Pin Grid Array Package)41.4 BGA(Ball Grid Array Package)5二 倒装芯片技术62.1倒装芯片技术简介62.2倒装芯片技术的特点62.3倒装芯片工艺6三 CSP封装技术73.1CSP封装简

5、介73.2CSP封装的特点73.3 CSP的工艺流程概况7四 总结五 参考文献 一 封装的分类及应用1.1 DIP(DualInline Package)是指采用双列直插形式封装的集成电路芯片,绝大多数中小规模集成电路(IC)均采用这种封装形式,其引脚数一般不超过100个。采用DIP封装的CPU芯片有两排引脚,需要插入到具有DIP结构的芯片插座上。当然,也可以直接插在有相同焊孔数和几何排列的电路板上进行焊接。DIP封装的芯片在从芯片插座上插拔时应特别小心,以免损坏引脚。DIP封装具有以下特点：1.适合在PCB(印刷电路板)上穿孔焊接,操作方便。2.芯片面积与封装面积之间的比值较大,故

6、体积也较大。Intel系列CPU中8088就采用这种封装形式,缓存(Cache)和早期的内存芯片也是这种封装形式。1.2 QFP塑料方型扁平式封装和PFP塑料扁平组件式封装QFP（Plastic Quad Flat Package）封装的芯片引脚之间距离很小,管脚很细,一般大规模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。用这种形式封装的芯片必须采用SMD（表面安装设备技术）将芯片与主板焊接起来。采用SMD安装的芯片不必在主板上打孔,一般在主板表面上有设计好的相应管脚的焊点。将芯片各脚对准相应的焊点,即可实现与主板的焊接。用这种方法焊上去的芯片,如果不用专用工具是很难拆卸下

7、来的。PFP（Plastic Flat Package）方式封装的芯片与QFP方式基本相同。唯一的区别是QFP一般为正方形,而PFP既可以是正方形,也可以是长方形。QFP/PFP封装具有以下特点：1.适用于SMD表面安装技术在PCB电路板上安装布线。2.适合高频使用。3.操作方便,可靠性高。4.芯片面积与封装面积之间的比值较小。Intel系列CPU中80286、80386和某些486主板采用这种封装形式。1.3 PGA插针网格阵列封装PGA(Pin Grid Array Package)芯片封装形式在芯片的内外有多个方阵形的插针,每个方阵形插针沿芯片的四周间隔一定距离排列。根据引脚数目的多少,

8、可以围成2-5圈。安装时,将芯片插入专门的PGA插座。为使CPU能够更方便地安装和拆卸,从486芯片开始,出现一种名为ZIF的CPU插座,专门用来满足PGA封装的CPU在安装和拆卸上的要求。 ZIF(Zero Insertion Force Socket)是指零插拔力的插座。把这种插座上的扳手轻轻抬起,CPU就可很容易、轻松地插入插座中。然后将扳手压回原处,利用插座本身的特殊结构生成的挤压力,将CPU的引脚与插座牢牢地接触,绝对不存在接触不良的问题。而拆卸CPU芯片只需将插座的扳手轻轻抬起,则压力解除,CPU芯片即可轻松取出。PGA封装具有以下特点：1.插拔操作更方便,可靠性高。2.可适应更高

9、的频率。1.4 BGA球栅阵列封装BGA封装技术又可详分为五大类：1.PBGA（Plasric BGA）基板：一般为2-4层有机材料构成的多层板。Intel系列CPU中,Pentium II、III、IV处理器均采用这种封装形式。2.CBGA（CeramicBGA）基板：即陶瓷基板,芯片与基板间的电气连接通常采用倒装芯片（FlipChip,简称FC）的安装方式。Intel系列CPU中,Pentium I、II、Pentium Pro处理器均采用过这种封装形式。3.FCBGA（FilpChipBGA）基板：硬质多层基板。4.TBGA（TapeBGA）基板：基板为带状软质的1-2层PCB电路板。5

10、.CDPBGA（Carity Down PBGA）基板：指封装中央有方型低陷的芯片区（又称空腔区）。二、芯片倒装技术2.1倒装芯片技术简介Flip Chip既是一种芯片互连技术，又是一种理想的芯片粘接技术早在30年前IBM公司已研发使用了这项技术。但直到近几年来，Flip-Chip已成为高端器件及高密度封装领域中经常采用的封装形式。今天，Flip-Chip封装技术的应用范围日益广泛，封装形式更趋多样化，对Flip-Chip封装技术的要求也随之提高。同时，Flip-Chip也向制造者提出了一系列新的严峻挑战，为这项复杂的技术提供封装，组装及测试的可靠支持。以往的一级封闭技术都是将芯片的有源区面朝

11、上，背对基板和贴后键合，如引线健合和载带自动健全（）。则将芯片有源区面对基板，通过芯片上呈阵列排列的焊料凸点实现芯片与衬底的互连硅片直接以倒扣方式安装到从硅片向四周引出，互联的长度大大缩短，减小了延迟，有效地提高了电性能显然，这种芯片互连方式能提供更高的密度倒装占有面积几乎与芯片大小一致在所有表面安装技术中，倒装芯片可以达到最小、最薄的封装。Flip chip又称倒装片，是在I/O pad上沉积锡铅球，然后将芯片翻转佳热利用熔融的锡铅球与陶瓷机板相结合此技术替换常规打线接合，逐渐成为未来的封装主流，当前主要应用于高时脉的CPU、GPU(GraphicProcessor Unit)及Chipse

12、t 等产品为主。与COB相比，该封装形式的芯片结构和I/O端（锡球）方向朝下，由于I/O引出端分布于整个芯片表面，故在封装密度和处理速度上Flip chip已达到顶峰。倒装片连接有三种主要类型(Controlled Collapse Chip Connection)、(Direct chip attach)和(Flip Chip Adhesive Attachement)。是类似超细间距的一种形式与硅片连接的焊球阵列一般的间距为0.23、 0.254mm。焊球直径为0.102、0.127mm。焊球组份为97Pb/3Sn。这些焊球在硅片上可以呈完全分布或部分分布。由于陶瓷可以承受较高的回流温度，

13、因此陶瓷被用来作为连接的基材，通常是在陶瓷的表面上预先分布有镀Au或Sn的连接盘，然后进行形式的倒装片连接。连接的优点在于：）具有优良的电性能和热特性）在中等焊球间距的情况下，数可以很高）不受焊盘尺寸的限制）可以适于批量生产）可大大减小尺寸和重量和类似是一种超细间距连接。的硅片和连接中的硅片结构相同，两者之间的唯一区别在于基材的选择。采用的基材是典型的印制材料。的焊球组份是97Pb/Sn，连接焊接盘上的焊料是共晶焊料（37Pb/63Sn)。对于由于间距仅为0.203、0.254mm共晶焊料漏印到连接焊盘上相当困难，所以取代焊膏漏印这种方式，在组装前给连接焊盘顶镀上铅锡焊料，焊盘上的焊料体积要求

14、十分严格，通常要比其它超细间距元件所用的焊料多。在连接焊盘上0.051、0.102mm厚的焊料由于是预镀的，一般略呈圆顶状，必须要在贴片前整平，否则会影响焊球和焊盘的可靠对位。连接存在多种形式，当前仍处于初期开发阶段。硅片与基材之间的连接不采用焊料，而是用胶来代替。这种连接中的硅片底部可以有焊球，也可以采用焊料凸点等结构。所用的胶包括各向同性和各向异性等多种类型，主要取决于实际应用中的连接状况，另外，基材的选用通常有陶瓷，印刷板材料和柔性电路板。倒装芯片技术是当今最先进的微电子封装技术之一。它将电路组装密度提升到了一个新高度，随着世纪电子产品体积的进一步缩小，倒装芯片的应用将会越来越广泛。Fl

15、ip-Chip封装技术与传统的引线键合工艺相比具有许多明显的优点,包括,优越的电学及热学性能,高I/O引脚数，封装尺寸减小等。Flip-Chip封装技术的热学性能明显优越于常规使用的引线键合工艺。如今许多电子器件；ASIC，微处理器，SOC等封装耗散功率10-25W，甚至更大。而增强散热型引线键合的BGA器件的耗散功率仅5-10W。按照工作条件，散热要求（最大结温），环境温度及空气流量，封装参数（如使用外装热沉，封装及尺寸，基板层数，球引脚数）等，相比之下，Flip-Chip封装通常能产生25W耗散功率。Flip-Chip封装杰出的热学性能是由低热阻的散热盘及结构决定的。芯片产生的热量通过散热

16、球脚，内部及外部的热沉实现热量耗散。散热盘与芯片面的紧密接触得到低的结温（jc）。为减少散热盘与芯片间的热阻，在两者之间使用高导热胶体。使得封装内热量更容易耗散。为更进一步改进散热性能，外部热沉可直接安装在散热盘上，以获得封装低的结温（jc）。Flip-Chip封装另一个重要优点是电学性能。引线键合工艺已成为高频及某些应用的瓶颈，使用Flip-Chip封装技术改进了电学性能。如今许多电子器件工作在高频，因此信号的完整性是一个重要因素。在过去，2-3GHZ是IC封装的频率上限，Flip-Chip封装根据使用的基板技术可高达10-40 GHZ 三、CSP芯片尺寸封装随着全球电子产品个性化、轻巧化的

17、需求蔚为风潮,封装技术已进步到CSP(Chip Size Package)。它减小了芯片封装外形的尺寸,做到裸芯片尺寸有多大,封装尺寸就有多大。即封装后的IC尺寸边长不大于芯片的1.2倍,IC面积只比晶粒（Die）大不超过1.4倍。CSP封装又可分为四类：1.Lead Frame Type(传统导线架形式),代表厂商有富士通、日立、Rohm、高士达（Goldstar）等等。2.Rigid Interposer Type(硬质内插板型),代表厂商有摩托罗拉、索尼、东芝、松下等等。3.Flexible Interposer Type(软质内插板型),其中最有名的是Tessera公司的microBG

18、A,CTS的sim-BGA也采用相同的原理。其他代表厂商包括通用电气（GE）和NEC。4.Wafer Level Package(晶圆尺寸封装)：有别于传统的单一芯片封装方式,WLCSP是将整片晶圆切割为一颗颗的单一芯片,它号称是封装技术的未来主流,已投入研发的厂商包括FCT、Aptos、卡西欧、EPIC、富士通、三菱电子等。CSP封装具有以下特点：1.满足了芯片I/O引脚不断增加的需要。2.芯片面积与封装面积之间的比值很小。3.极大地缩短延迟时间。CSP封装适用于脚数少的IC,如内存条和便携电子产品。未来则将大量应用在信息家电（IA）、数字电视（DTV）、电子书（E-Book）、无线网络WLANGigabitEthemet、ADSL手机芯片、蓝芽（Bluetooth）等新兴产品中。四、总结随着工