电子科大微电子工艺(第十章)装配与封装

1、第十章第十章 装配与封装装配与封装10.1 引言引言l装配与封装 将芯片在框架或基板上进行布置、固定及连接布置、固定及连接，通过腔体或者可塑性绝缘介质对芯片进行支撑、支撑、保护保护，用微细连接技术构成连接连接内部芯片和外部电子系统的一个物理结构。p保护芯片，避免由环境和传递引起损坏保护芯片，避免由环境和传递引起损坏p为信号的输入和输出提供互连为信号的输入和输出提供互连p芯片的物理支撑芯片的物理支撑p散热散热硅片测试和拣选硅片测试和拣选引线键合引线键合分片分片塑料封装塑料封装最终封装与测试最终封装与测试贴片贴片一、传统装配与封装一、传统装配与封装二、封装技术发展历程二、封装技术发展历程三、封装的

2、分类三、封装的分类结构二维与三维引脚插入型与表面贴装型单边、双边、四边与底部引脚微电子封装材料金属封装陶瓷封装塑料封装性能气密性封装非气密性封装金属、陶瓷、玻璃塑料、陶瓷1、器件与电路板连接方式、器件与电路板连接方式 微电子封装分类方式微电子封装分类方式 引脚插入型（引脚插入型（PTH） 晶体管外形TO 单列直插式封装SIP 双列直插式封装DIP S-DIP SK-DIP 针栅阵列插入式封装PGA 1、器件与电路板连接方式（续）、器件与电路板连接方式（续） 微电子封装分类方式微电子封装分类方式 表面贴装型（表面贴装型（SMT） 小外形封装SOP 无引线陶瓷封装芯片载体LCCC球栅阵列封装BGA

3、 塑料无引线芯片载体PLCC 小外形晶体管SOT 四边引线扁平封装QFP 芯片尺寸大小封装CSP 玻璃（陶瓷）扁平封装FPG 2、封装引脚分布形态、封装引脚分布形态 微电子封装分类方式微电子封装分类方式 单边引脚单边引脚 单列直插式封装SIP 晶体管外形TO Z型引脚直插式封装ZIP 2、封装引脚分布形态（续）、封装引脚分布形态（续） 微电子封装分类方式微电子封装分类方式 双边引脚双边引脚 双列直插式封装DIP 小外形晶体管SOT 小外形封装SOP 2、封装引脚分布形态（续）、封装引脚分布形态（续） 微电子封装分类方式微电子封装分类方式 四边引脚四边引脚 四边引线扁平封装QFP 塑料无引线芯片

4、载体PLCC 无引线陶瓷封装芯片载体LCCC 2、封装引脚分布形态（续）、封装引脚分布形态（续） 微电子封装分类方式微电子封装分类方式 底部引脚底部引脚 针栅阵列插入式封装PGA 球栅阵列封装BGA 3、封装平面和立体形式、封装平面和立体形式 微电子封装分类方式微电子封装分类方式 二维（二维（2D）封装）封装单芯片封装多芯片封装 3、封装平面和立体形式（续）、封装平面和立体形式（续） 微电子封装分类方式微电子封装分类方式 三维（三维（3D）封装）封装封装叠层POP 芯片叠层COC 引线键合芯片叠层 倒装芯片叠层 硅通孔芯片叠层 硅圆片叠层WOW 3、封装平面和立体形式（续）、封装平面和立体形式

5、（续） 微电子封装分类方式微电子封装分类方式 三维（三维（3D）封装（续）封装（续）硅圆片叠层WOW在硅圆片中制作通孔，由通孔导体实现层间连接。 叠层后划片，形成小叠块，通过小叠块侧面布线，实现层间连接 。4、封装的气密性、封装的气密性 微电子封装分类方式微电子封装分类方式 气密性封装气密性封装 金属封装 无引线陶瓷封装芯片载体LCCC 陶瓷封装 陶瓷双列直插式封装CDIP 陶瓷四边引线扁平封装CQFP 陶瓷针栅阵列插入式封装CPGA 4、封装的气密性（续）、封装的气密性（续） 微电子封装分类方式微电子封装分类方式 非气密性（塑料）封装非气密性（塑料）封装 双列直插式封装DIP 小外形封装SO

6、P 塑料无引线芯片载体PLCC 塑料四边引线扁平封装PQFP 塑料焊球阵列封装PBGA 四、封装层次四、封装层次第一级封装第一级封装: IC封装封装在印刷电路板上在印刷电路板上固定的金属管脚固定的金属管脚管脚管脚第二级封装第二级封装: 印刷电路板装配印刷电路板装配 管脚插管脚插入孔中入孔中，然后，然后在在PCB背面焊背面焊接接表面贴表面贴装芯片装芯片被焊在被焊在PCB的的铜焊点铜焊点上上边缘连接电极插入主系统边缘连接电极插入主系统最终产品装配最终产品装配: 电路板到系统中电路板到系统中的最终装配的最终装配PCB 组件组件主电子组件板主电子组件板电极电极五、封装产业概况五、封装产业概况2012年

7、国内十大封装测试企业年国内十大封装测试企业 排名排名企业名称企业名称企业性质企业性质销售额（亿元）销售额（亿元）1英特尔产品（成都）有限公司外资（美国）188.42江苏长电科技股份有限公司中资66.53飞思卡尔半导体（中国）有限公司外资（美国）64.94威讯联合半导体（北京）有限公司外资（美国）455南通富士通微电子股份有限公司中日合资（中方掌握控股权）41.36海太半导体（无锡）有限公司中韩合资（中方掌握控股权）33.97上海松下半导体有限公司中日合资33.78三星电子（苏州）半导体有限公司外资（韩国）23.79瑞萨半导体（北京）有限公司外资（日本）23.210英飞凌科技（无锡）有限公司外资

8、（德国）2310.2 传统装配传统装配一、背面减薄一、背面减薄转动和转动和摆动秆摆动秆转动卡转动卡盘上的盘上的硅片硅片向下施加压力向下施加压力板仅在硅片转换板仅在硅片转换角度过程中转动角度过程中转动p 硅片减薄到硅片减薄到200500m的厚度；的厚度；p 薄硅片更容易划片；薄硅片更容易划片；p 薄硅片降低热阻，利薄硅片降低热阻，利于散热；于散热；p 减少装配的热应力；减少装配的热应力；p 减小芯片尺寸，降低减小芯片尺寸，降低IC重量；重量；p 背面减薄后，有时会背面减薄后，有时会背注入，在背面再淀积背注入，在背面再淀积金属。金属。减薄到减薄到5um的硅片的硅片二、分片二、分片硅片锯和被划硅片硅

9、片锯和被划硅片Wafer台台锯刃锯刃三、装架三、装架装片用的典型引线框架装片用的典型引线框架芯片芯片引线引线引线框架引线框架塑料塑料 DIPl环氧树脂粘贴：环氧树脂粘贴：散热加银粉的导热树脂l共晶焊粘贴：共晶焊粘贴：散热更好l玻璃焊料粘贴：玻璃焊料粘贴：密封好四、引线键合四、引线键合从芯片压焊点引线框架的键合从芯片压焊点引线框架的键合压模混合物压模混合物引线框架引线框架压点压点Die键合的引线键合的引线管脚尖管脚尖 芯片表面的压点和引线框架上或基座上的芯片表面的压点和引线框架上或基座上的电极内端电连接的方法。电极内端电连接的方法。l热压键合热压键合l超声键合超声键合l热超声球键合热超声球键合几

10、种常用键合引线特性比较几种常用键合引线特性比较PostDevice在测试中的芯片在测试中的芯片钩钩样品卡样品卡引线键合质量测试引线键合质量测试：目检和拉力测试。目检和拉力测试。10.3 先进的装配与封装先进的装配与封装l倒装芯片-Flip chipl球栅阵列-Ball grid array (BGA)l板上芯片-Chip on board (COB)l卷带式自动键合Tape automated bonding (TAB)l多芯片模块-Multichip modules (MCM)l芯片尺寸封装-Chip scale packaging (CSP)l圆片级封装-Wafer-level packa

11、ging一、倒装芯片一、倒装芯片压点上的压点上的焊料凸点焊料凸点硅芯片硅芯片衬底衬底连接连接管脚管脚金属互连金属互连通孔通孔芯片的有源面面向基座的粘贴封装技术。芯片的有源面面向基座的粘贴封装技术。l 优点：芯片器件到基座之间路径最短，适用于高速信号电连接；不使用引线框架或塑料管壳，重量轻和外型尺寸小。l 焊料凸点工艺C4（可调整芯片支撑的工艺，Controlled collapse chip carrier）二、球栅阵列二、球栅阵列 由陶瓷或塑料基座构成，基座具有焊料球面阵列，使由陶瓷或塑料基座构成，基座具有焊料球面阵列，使用倒装芯片用倒装芯片C4或引线键合技术将硅芯片粘附到基座的或引线键合技术将硅芯片粘附到基座的顶部。顶部。l高密度的BGA封装具有多达2400个管脚，焊球间距20mil。盖盖线线衬底衬底金属通孔金属通孔焊球焊球芯片芯片压点压点环氧树脂环氧树脂热通孔热通孔三、板上芯片三、板上芯片环氧树脂环氧树脂 Epoxy 覆盖芯片覆盖芯片IC芯片芯片印刷电路板印刷电路板四、卷带式自动键合四、卷带式自动键合聚合物带条聚合物带条铜引线铜引线五、多芯片模块五、多芯片模块将几个芯片固定并连接在同一基座上的封装