封装简介9.14

1、CHIPMORE封装简介晶圆技术部晶圆技术部 2012-9Study1CHIPMOREContents封装的概论封装的概论封装的分类封装的分类SiP&SoC封装体的介绍封装体的介绍CHIPMORE狭义封装狭义封装: :利用膜技术及微细加工技术，将芯片及其他要素在框架上布置、黏贴固定及连接，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封装广义封装: :狭义封装+实装工程+基板技术将封装体连接于基板上v封装的概念封装的概念封装的封装的概论概论封装的封装的分类分类封装体封装体的介绍的介绍SiP&SoCCHIPMOREv封装的功能封装的功能封装的封装的概论概论封装的封装的分类分

2、类封装体封装体的介绍的介绍SiP&SoCCHIPMORE第一代第一代第二代第二代第三代第三代第零第零階構裝階構裝Zero Level Packaging穿透穿透SiSi通孔通孔TSV第四代第四代v封装的层次封装的层次SoCSiP封装的封装的概论概论封装的封装的分类分类封装体封装体的介绍的介绍SiP&SoCCHIPMORETHTSMT（周边端子型周边端子型）SMT（面阵列端子型面阵列端子型）第一次变革第一次变革第二次变革第二次变革SiPv封装的三次变革封装的三次变革第三次变革第三次变革封装的封装的概论概论封装的封装的分类分类封装体封装体的介绍的介绍SiP&SoCCHIPMORE封装效率 封装效率

3、 封装效率 封装效率=2-7%(1970-) =10-30%(1980-) =20-80%(1990-) =50-90%(1993-) v封装效率的改进封装效率的改进封装的封装的概论概论封装的封装的分类分类封装体封装体的介绍的介绍SiP&SoCCHIPMORE封装的封装的概论概论封装的封装的分类分类封装体封装体的介绍的介绍SiP&SoCCHIPMORE封装的封装的概论概论封装的封装的分类分类封装体封装体的介绍的介绍SiP&SoCCHIPMORE封装的封装的概论概论封装的封装的分类分类封装体封装体的介绍的介绍SiP&SoCCHIPMORE社会需求：社会需求：收音机收音机黑白电视机黑白电视机高档高

4、档家用电器家用电器计算机计算机发展发展IT产业产业发展发展电子设备电子设备多功能化多功能化微型化微型化技术需求：技术需求：尺寸缩小尺寸缩小功能转换与功能转换与性能提高性能提高技术的融合技术的融合时间：时间：六十年代六十年代七十年代七十年代八十年代八十年代九十年代九十年代中前期中前期九十年代九十年代中后期中后期二十一二十一世纪初世纪初封装体：封装体：DIPSIPSOPQFPFCBGACSPBGAWLCSPSoCSiP封装的封装的概论概论封装的封装的分类分类封装体封装体的介绍的介绍SiP&SoCCHIPMORE封装类型封装类型英文英文中文中文图片图片引脚数引脚数优点优点缺点缺点SIPSingle

5、In-line Package单列直插式封单列直插式封装装2-23所占基板面积小，所占基板面积小，工艺简便易行工艺简便易行1.仅利用仅利用PWB的单面的单面 2.引脚直径和间距都引脚直径和间距都不能太细，难以实现不能太细，难以实现高密度封装高密度封装DIPDual In-line Package双列直插式封双列直插式封装装4-64适合适合PCB穿孔安穿孔安装，布线和操作装，布线和操作较为方便较为方便PGAPin Grid Array Package针栅阵列插入针栅阵列插入式封装式封装100多针脚化多针脚化制作工艺复杂，成本制作工艺复杂，成本高高SOPSmall Outline Package小

6、外形表面封小外形表面封装装8-86外形尺寸和重量外形尺寸和重量比比DIP小的多小的多引脚易在制作和实装引脚易在制作和实装过程中变形过程中变形PLCCPlastic Leaded Chip Carrier塑料有引脚芯塑料有引脚芯片载体封装片载体封装18-841.能实现很细的能实现很细的引线间距引线间距 2.J形引脚不易形引脚不易变形，占用面积变形，占用面积少少焊接后的外观检查困焊接后的外观检查困难难QFPQuad Flatpack Package四边引线扁平四边引线扁平封装封装44-160PWB两面刻形两面刻形成不同的电路，成不同的电路，采用整体回流焊采用整体回流焊等方式可使两面等方式可使两面上

7、搭载的全部元上搭载的全部元器件一次键合完器件一次键合完成成1.引脚易在制作和实引脚易在制作和实装过程中变形装过程中变形 2.当端子间距当端子间距0.3mm时，要精确搭载在电时，要精确搭载在电路图形上并与其他元路图形上并与其他元器件采用再流焊一起器件采用再流焊一起完成实装完成实装,难度极大难度极大封装的封装的概论概论封装的封装的分类分类封装体封装体的介绍的介绍SiP&SoCCHIPMOREBGA（Ball Grid Array）：）：球栅阵列（或焊球阵列）封装球栅阵列（或焊球阵列）封装v概念概念其外引线为焊球或焊凸点，它们成阵列分布于封装基板其外引线为焊球或焊凸点，它们成阵列分布于封装基板的底部

8、平面上的底部平面上封装的封装的概论概论封装的封装的分类分类封装体封装体的介绍的介绍SiP&SoCCHIPMOREvBGA技术特点技术特点v 电性能更好电性能更好：用焊球代替引线，引出路径短，减少了引脚延迟、电：用焊球代替引线，引出路径短，减少了引脚延迟、电阻、电容和电感阻、电容和电感v 封装密度更高封装密度更高: :焊球不是分布在芯片的周围而是在整个底面排列焊球不是分布在芯片的周围而是在整个底面排列v 与现有表面安装工艺和设备完全相容与现有表面安装工艺和设备完全相容v 极大提高了组装成品率极大提高了组装成品率：焊球融化时的表面张力具有：焊球融化时的表面张力具有“自对准自对准”效效应应v 焊球引

9、脚牢固焊球引脚牢固，转运方便，转运方便v 焊球引出形式同样适用于焊球引出形式同样适用于MCMMCM和和SiPSiPv 失效率低失效率低：焊球可明显改善共面性：焊球可明显改善共面性封装的封装的概论概论封装的封装的分类分类封装体封装体的介绍的介绍SiP&SoC缺点：缺点：v 焊后检查和维修比较困难焊后检查和维修比较困难优点：优点：CHIPMOREvBGA的分类的分类 根据焊料球的排列方式分为：根据焊料球的排列方式分为：周边型周边型交错型交错型全阵列型全阵列型封装的封装的概论概论封装的封装的分类分类封装体封装体的介绍的介绍SiP&SoCCHIPMOREv PBGA（塑封塑封BGA）v CBGA（陶瓷

10、陶瓷BGA）v TBGA（载带载带BGA）v CCGA（陶瓷焊柱阵列陶瓷焊柱阵列）v MBGA（金属金属BGA）v FCBGA（细间距细间距BGA或倒装或倒装BGA）v EBGA（带散热器带散热器BGA）v SBGA（超级超级BGA）vBGA的分类的分类根据基板材料可分为：根据基板材料可分为：封装的封装的概论概论封装的封装的分类分类封装体封装体的介绍的介绍SiP&SoCCHIPMORE CSP（Chip Size Package或或Chip Scale Package）： 芯片尺寸封装芯片尺寸封装 1995年年6月，月，JEDEC给出标准规定：给出标准规定：LSI芯片封装面芯片封装面积小于或等

11、于积小于或等于LSI裸芯片面积裸芯片面积120%的产品称为的产品称为CSP。 备注：备注：CSP不是以结构形式来定义的封装是由现有的多种封装形不是以结构形式来定义的封装是由现有的多种封装形式派生的、外形尺寸相当于或稍大于芯片的、各种小型封装的式派生的、外形尺寸相当于或稍大于芯片的、各种小型封装的总称总称。v概念概念封装的封装的概论概论封装的封装的分类分类封装体封装体的介绍的介绍SiP&SoCCHIPMOREvDriver Factor便携式电子产品市场的便携式电子产品市场的快速增长需快速增长需更小的封装更小的封装便携式通信产品的便携式通信产品的RF性能要求需要性能要求需要更低的寄生电性能更低的

12、寄生电性能在单一模块中组装多个芯片在单一模块中组装多个芯片的需求变得很普遍，因此的需求变得很普遍，因此要要求求已知好芯片（已知好芯片（KGD）或者）或者封装中封装中已完全测试过的芯片已完全测试过的芯片封装的封装的概论概论封装的封装的分类分类封装体封装体的介绍的介绍SiP&SoCCHIPMOREvRoad Map2020世纪世纪9090年代初年代初，日本开始研究一种，日本开始研究一种接近芯片尺寸的超小型封装（接近芯片尺寸的超小型封装（CSPCSP）19941994年年1111月月，日本半导体厂家在日本，日本半导体厂家在日本电子机械工业协会主办的电子机械工业协会主办的“SMT”“SMT”研讨研讨会

13、上，首次发表了有关会上，首次发表了有关CSPCSP的研究报告的研究报告19951995年年6 6月月，JEDECJEDEC给出给出CSP的的标准规定标准规定19971997年年，CSPCSP开始走向实用化开始走向实用化1999-20001999-2000，CSPCSP快速成长快速成长封装的封装的概论概论封装的封装的分类分类封装体封装体的介绍的介绍SiP&SoCCHIPMOREv优点优点1 1. .封装面积小封装面积小：约为相同引脚数：约为相同引脚数QFP的的1/41/42 2. .封装体高度很小封装体高度很小（最小可达（最小可达1.01.0mm）3 3. .可容纳的引脚数最多可容纳的引脚数最多

14、( (在各种相同尺寸的芯片封装中在各种相同尺寸的芯片封装中) )4 4. .电性能优良电性能优良：内部布线长度短，寄生引线电容、电阻及电感均很小：内部布线长度短，寄生引线电容、电阻及电感均很小5 5. .可独立进行老化、筛选、测试可独立进行老化、筛选、测试: :与裸芯片相比，更易确保质量与裸芯片相比，更易确保质量6 6. .散热性能优良散热性能优良：焊球连接接触面积大，芯片在运行时所产生的热量可：焊球连接接触面积大，芯片在运行时所产生的热量可很容易传导到很容易传导到PCB上并散发出去上并散发出去7 7. .与现有制造工艺、设备的兼容性好与现有制造工艺、设备的兼容性好封装的封装的概论概论封装的封

15、装的分类分类封装体封装体的介绍的介绍SiP&SoCCHIPMOREv优点优点封装的封装的概论概论封装的封装的分类分类封装体封装体的介绍的介绍SiP&SoCCHIPMOREv缺点缺点【标准化标准化】- -市场准入机制市场准入机制【可靠性可靠性】- -系统可靠性要求高，可返修性及返修成本高。系统可靠性要求高，可返修性及返修成本高。【成本成本】- -价格影响市场竞争力价格影响市场竞争力【与与CSPCSP芯片配套的基板、安装芯片配套的基板、安装】- -技术成熟度技术成熟度封装的封装的概论概论封装的封装的分类分类封装体封装体的介绍的介绍SiP&SoCCHIPMOREv分类分类1 1CSPCSP若按封装类

16、型分类，大部分归于若按封装类型分类，大部分归于FBGAFBGA，其余为，其余为SONSON， QFN QFN2 2 根据引脚分类根据引脚分类封装的封装的概论概论封装的封装的分类分类封装体封装体的介绍的介绍SiP&SoCCHIPMORE3 3 根据基板分类根据基板分类v分类分类v 柔性基板封装柔性基板封装CSPCSPv 刚性基板封装刚性基板封装CSPCSPv 引线框架式引线框架式CSPCSPv 微小膜塑型微小膜塑型CSPCSPv 晶圆级封装晶圆级封装CSPCSP（WLCSPWLCSP）封装的封装的概论概论封装的封装的分类分类封装体封装体的介绍的介绍SiP&SoC 此五类此五类CSPCSP制作方式

17、大多是制作方式大多是利利用常规用常规ICIC裸芯片进行加工，在垫裸芯片进行加工，在垫片上对引脚进行阵列式重新布局片上对引脚进行阵列式重新布局：有的在垫片上布线，有的则在晶有的在垫片上布线，有的则在晶圆片上布线。圆片上布线。 焊接工艺上与传统工艺方法没焊接工艺上与传统工艺方法没有差别。有差别。CHIPMORE单芯片封装（单芯片封装（SCP）系统芯片（系统芯片（SoC）多芯片封装（多芯片封装（MCP）系统级封装（系统级封装（SiP）在在IC的发展历史上，单芯片化与多芯片模块化不断转化的发展历史上，单芯片化与多芯片模块化不断转化SiP涵盖涵盖SoC，SoC简化简化SiPvSiP和和SoC的发展历史的

18、发展历史v不同类型的芯片，不同类型的芯片，v芯片间可进行信号存取和交换芯片间可进行信号存取和交换v为一个系统。为一个系统。v同类型芯片同类型芯片v芯片间不能进行信号存取和交换芯片间不能进行信号存取和交换封装的封装的概论概论封装的封装的分类分类封装体封装体的介绍的介绍SiP&SoCCHIPMORE系统级芯片：系统级芯片：在在一个芯片一个芯片上集成上集成数字电路、模拟电路、数字电路、模拟电路、RFRF、存储器和接口电路等、存储器和接口电路等多种电路多种电路，以实现以实现图像处理、语音处理、通讯功能和数据处理等图像处理、语音处理、通讯功能和数据处理等多多种功能。种功能。 vSoC（ System o

19、n Chip ）封装的封装的概论概论封装的封装的分类分类封装体封装体的介绍的介绍SiP&SoCCHIPMOREvSiP（ System in Package ）系统级封装：系统级封装：在在一个封装中组合多种一个封装中组合多种IC芯片和多种电子元器件芯片和多种电子元器件( (如分立元器件和埋置元如分立元器件和埋置元器件器件) )，以，以实现与实现与SoC同等的多种功能同等的多种功能。封装的封装的概论概论封装的封装的分类分类封装体封装体的介绍的介绍SiP&SoCCHIPMOREvSiP和和SoC的优缺点的优缺点v 易于小型化易于小型化v 低价格化低价格化v 开发供货期短开发供货期短v 设计资产的再

20、利用性设计资产的再利用性v 高速化高速化v 低功耗低功耗 SiP SoC：SiP SoC：SiP SoC：SiP SoC：SiP SoC：SiP 100万个万个 3500亿日元亿日元开发时间：开发时间： 1年年开发价格：数亿日元开发价格：数亿日元技术方面技术方面的困难的困难异种结构元件异种结构元件/异种工艺元异种工艺元件混载件混载数字元件数字元件/模拟元件混载模拟元件混载大容量存储器混载大容量存储器混载知识产权知识产权方面的困难方面的困难各厂家的各厂家的IP保密保密SoCSiP20072007年以后形成与年以后形成与SoCSoC并列的生产规模并列的生产规模封装的封装的概论概论封装的封装的分类分

21、类封装体封装体的介绍的介绍SiP&SoCCHIPMOREv3D IC封装的封装的概论概论封装的封装的分类分类封装体封装体的介绍的介绍SiP&SoCCHIPMORECHIPMOREv塑料封装塑料封装BGA （PBGA） PBGAPBGA采用塑料材料和塑封工艺制作，是最常用的采用塑料材料和塑封工艺制作，是最常用的BGABGA封装形式。封装形式。 PBGA PBGA采用的基板类型为采用的基板类型为PCBPCB基板材料（基板材料（BTBT树脂树脂/ /玻璃层玻璃层压板），压板），裸芯片经过粘结和裸芯片经过粘结和WBWB技术连接到基板顶部及引脚技术连接到基板顶部及引脚框架后采用注塑成型（环氧模塑混合物）

22、方法实现整体塑框架后采用注塑成型（环氧模塑混合物）方法实现整体塑模。模。封装的封装的概论概论封装的封装的分类分类封装体封装体的介绍的介绍SiP&SoCCHIPMORE 焊球材料为低熔点共晶焊料合金焊球材料为低熔点共晶焊料合金63Sn37Pb63Sn37Pb，直径约，直径约1mm1mm，间距范围间距范围1.27-2.54mm1.27-2.54mm。 焊球与封装体底部的连接不需要另外使用焊料：组装时焊球与封装体底部的连接不需要另外使用焊料：组装时焊球熔融，与焊球熔融，与PCBPCB表面焊盘接合在一起，呈现桶状。表面焊盘接合在一起，呈现桶状。v塑料封装塑料封装BGA （PBGA）封装的封装的概论概论

23、封装的封装的分类分类封装体封装体的介绍的介绍SiP&SoCCHIPMOREvPBGA特点特点优点：优点：v性价比高性价比高：制作成本低。：制作成本低。v 共面度要求宽松共面度要求宽松：焊球参与再流焊点形成。：焊球参与再流焊点形成。v 装配至装配至PCBPCB时质量高，性能好时质量高，性能好：与：与PCBPCB板热匹配性好。板热匹配性好。缺点：缺点：v 可靠性存在隐患可靠性存在隐患：对潮气敏感。：对潮气敏感。封装的封装的概论概论封装的封装的分类分类封装体封装体的介绍的介绍SiP&SoCCHIPMOREvCBGA 是将裸芯片安装在陶瓷多层基板载体顶部表面形成的。是将裸芯片安装在陶瓷多层基板载体顶部

24、表面形成的。金属盖板用密封焊料焊接在基板上，用以保护芯片、引线金属盖板用密封焊料焊接在基板上，用以保护芯片、引线及焊盘。及焊盘。 连接好的封装体经过气密性处理可提高其可靠性和物连接好的封装体经过气密性处理可提高其可靠性和物理保护性能。理保护性能。封装的封装的概论概论封装的封装的分类分类封装体封装体的介绍的介绍SiP&SoCCHIPMORE CBGA采用的是多层陶瓷布线基板，焊球材料是高熔采用的是多层陶瓷布线基板，焊球材料是高熔点点90Pb10Sn共晶焊料，焊球和封装体的连接使用低温共共晶焊料，焊球和封装体的连接使用低温共晶焊料晶焊料63Sn37Pb。vCBGA封装的封装的概论概论封装的封装的分

25、类分类封装体封装体的介绍的介绍SiP&SoCCHIPMOREvCBGA技术特点技术特点 【对湿气不敏感，可靠性好、电、热性能优良对湿气不敏感，可靠性好、电、热性能优良】 【连接芯片和元件可返修性较好连接芯片和元件可返修性较好】 【裸芯片采用裸芯片采用FCBFCB技术，互连密度更高技术，互连密度更高】 【封装成本高封装成本高】 【与与PCBPCB板板CTECTE匹配性差匹配性差】优点：优点：缺点：缺点：封装的封装的概论概论封装的封装的分类分类封装体封装体的介绍的介绍SiP&SoCCHIPMOREvCBGA的焊接特性的焊接特性 CBGACBGA焊接过程不同于焊接过程不同于PBGAPBGA，其采用的

26、是高温合金焊，其采用的是高温合金焊球，在一般标准再流焊温度（球，在一般标准再流焊温度（220220）下，）下，CBGACBGA焊料球不焊料球不熔化，起到刚性支座作用。熔化，起到刚性支座作用。 所以其在所以其在PCBPCB上印刷的焊膏量需多于上印刷的焊膏量需多于PBGAPBGA，形成的焊，形成的焊点形状也不同于点形状也不同于PBGAPBGA。封装的封装的概论概论封装的封装的分类分类封装体封装体的介绍的介绍SiP&SoCCHIPMOREvCCGA技术技术 CCGA CCGA封装又称圆柱焊料载体封装又称圆柱焊料载体, ,是是CBGACBGA技术的扩展，技术的扩展，不同之处在于不同之处在于采用焊球柱代

27、替焊球采用焊球柱代替焊球作为互连基材，是当作为互连基材，是当器件面积大于器件面积大于3232平方毫米时平方毫米时CBGACBGA的替代产品的替代产品. .封装的封装的概论概论封装的封装的分类分类封装体封装体的介绍的介绍SiP&SoCCHIPMOREvCCGA技术特点技术特点 CCGA CCGA承受封装体和承受封装体和PCBPCB基板材料之间热失配应基板材料之间热失配应力的能力较好力的能力较好, ,因此其可靠性要优于因此其可靠性要优于CBGACBGA器件器件, ,特别特别是大器件尺寸应用领域，此外清洗也较容易。是大器件尺寸应用领域，此外清洗也较容易。 CCGA CCGA焊料柱直径约焊料柱直径约0

28、.508mm0.508mm，高度约，高度约1.8mm1.8mm，间，间距约距约1.27mm1.27mm，由于焊柱高度太大，目前应用的较少。，由于焊柱高度太大，目前应用的较少。封装的封装的概论概论封装的封装的分类分类封装体封装体的介绍的介绍SiP&SoCCHIPMOREvTBGA技术技术 载带球栅阵列（载带球栅阵列（TBGATBGA）又称阵列载带自动键合，是）又称阵列载带自动键合，是一种相对较新颖的一种相对较新颖的BGABGA封装形式。封装形式。 采用的基板类型为采用的基板类型为PIPI多层布线基板，焊料球材料为多层布线基板，焊料球材料为高熔点焊料合金，焊接时采用低熔点焊料合金。高熔点焊料合金，

29、焊接时采用低熔点焊料合金。封装的封装的概论概论封装的封装的分类分类封装体封装体的介绍的介绍SiP&SoCCHIPMOREvTBGA技术特点技术特点v与PCB基板热匹配性好v最薄型BGA封装形式，有利于芯片薄型化v最经济v对热和湿较为敏感v芯片轻、小，自校准偏差较之其他BGA类型大TBGA适用于高性能、多I/O引脚数场合。封装的封装的概论概论封装的封装的分类分类封装体封装体的介绍的介绍SiP&SoC优点：优点：缺点：缺点：v 对湿气敏感CHIPMOREv带散热器的带散热器的FCBGA-EBGA FCBGA FCBGA通过通过FCBFCB技术与基板实现互连，与技术与基板实现互连，与PBGAPBGA

30、区别在区别在于裸芯片面朝下，是发展最快的于裸芯片面朝下，是发展最快的BGABGA类型芯片。类型芯片。封装的封装的概论概论封装的封装的分类分类封装体封装体的介绍的介绍SiP&SoCCHIPMOREv金属基板金属基板BGA（MBGA） 采用表面阳极氧化铝基板，单层或双层薄膜金属实采用表面阳极氧化铝基板，单层或双层薄膜金属实现封装内互连。现封装内互连。封装的封装的概论概论封装的封装的分类分类封装体封装体的介绍的介绍SiP&SoCCHIPMOREv柔性基板封装柔性基板封装CSP 此封装类型由美国此封装类型由美国TessraTessra公司首次开发，日本公司首次开发，日本NECNEC公公司开发的司开发的FPBGAFPBGA（细间距（细间距BGABGA）属于此类型，采用）属于此类型，采用PIPI或类或类似材料作垫片，内层互连采用似材料作垫片，内层互连采用TABTAB、FCFC或或WBWB方式。互连方式。互连层在垫片的一个面，焊球穿过保护层与互连层相连。层在垫片的一个面，焊球穿过保护层与互连层相连。封装的封装的概论概论封装的封装的分类分类封装体封装体的介绍的介绍SiP&S