第14章微电子概论封装

微电子概论

第15章封装1第十一章封装packaging制造封装压焊方法

封装中的问题尺寸估计芯片最终尺寸的计算填补压焊块之间的空隙2集成电路制造过程3集成电路制造工艺过程4封装5封装DIP：dualin-linepackage，双列直插式封装。插装型封装之一，引脚从封装两侧引出，封装材料有塑料和陶瓷两种。DIP是最普及的插装型封装，应用范围包括标准逻辑IC，存贮器LSI，微机电路等。6封装PGA：pingridarray，阵列引脚封装。插装型封装之一，其底面的垂直引脚呈阵列状排列。封装基材基本上都采用多层陶瓷基板。在未说明情况下，多数为陶瓷PGA，用于高速LSI电路。成本较高。7封装QFP:quadflatpackage，四侧引脚扁平封装。表面贴装型封装之一，引脚从四个侧面引出呈海鸥翼(L)型。基材有陶瓷、金属和塑料三种。从数量上看，塑料封装占绝大部分。当没有说明时，多数情况为塑料QFP。塑料QFP是最普及的多引脚LSI封装。不仅用于微处理器，门陈列等数字逻辑LSI电路，而且也用于VTR信号处理、音响信号处理等模拟LSI电路。8封装PLCC：plasticleadedchipcarrier，带引线的塑料芯片载体。表面贴装型封装之一。引脚从封装的四个侧面引出，呈丁字形，是塑料制品。LeadlessCarrier：无引脚芯片载体。指陶瓷基板的四个侧面只有电极接触而无引脚的表面贴装型封装。是高速和高频IC用封装。9封装BGA技术（BallGridArrayPackage）即球栅阵列封装技术。该技术的出现便成为CPU、主板南、北桥芯片等高密度、高性能、多引脚封装的最佳选择。但BGA封装占用基板的面积比较大。虽然该技术的I/O引脚数增多，但引脚之间的距离远大于QFP，从而提高了组装成品率。而且该技术采用了可控塌陷芯片法焊接，从而可以改善它的电热性能。另外该技术的组装可用共面焊接，从而能大大提高封装的可靠性；并且由该技术实现的封装CPU信号传输延迟小，适应频率可以提高很大。DM6437BGA封装

10IntelEmbeddedPentiumMMX11封装各种封装类型示意图12封装问题应当是在你甚至还没有开始芯片版图设计之前就要考虑的问题。封装实际上是平面布局过程的一部分，对芯片封装的选择决定了平面布局方案。芯片选择的封装对I/O压焊块布置有很大的影响。现在已有数百种不同类型的封装。封装13封装好的芯片，是一个塑料或陶瓷的黑盒子，边上伸出一排排金属引线，用这些金属引线连到电路板上。压焊方法orientationslotpin1plasticorceramicpackagepins14内部是chip，chip外围布满pads，利用压焊线bondingwires将pads连接到pins。bondingwires通常是很细的铝线或金线。导线的粗细由负责封装的人决定，可以各不相同。压焊方法引线框15压焊块和封装引线的连接可以采用以下几种方法：

超声楔形压焊ultrasonicwedgebonding超声球形压焊ultrasonicballbonding倒装芯片技术flipchiptechnology多层封装multi-tierpackaging压焊方法161.超声楔形压焊：利用强力和超声波。将导线放在压焊块（焊盘）的上面，非常小心地保持在原位。使一个以超声波速度（340M/S）振荡的楔形小金属冲压头向下冲压到导线和压焊块上。楔形金属头的强大压力和振荡产生了热把导线熔化在压焊块上。压焊线的另一端则伸向封装引线，在那里楔形金属又把导线压焊上。然后把剩余的导线剪断。压焊方法172.超声球形压焊：给导线加上一个高电压脉冲使金属线头在没有碰到压焊块之前就已经熔化。线头一熔化就用一个以超声速度振荡的小套管把它定位在压焊块上。当把导线压焊在压焊块上时小套管的振荡进一步提供了能量来加热导线。由于不用楔形物来捶击，不会出现诸多机械方面的问题。导线也不会像楔形压焊时那样留下一个伸出来的小尾巴。压焊方法183.倒装芯片技术：在每一个芯片的压焊块上放一个焊锡。然后把芯片反转过来。接着把它们整个加热使那些小焊锡熔化。金属引线已经在封装底部预先确定好的位置上，并已经准备好等着焊锡点倒置在它们上面。压焊方法19压焊方法3.倒装芯片技术：倒装芯片技术不需要任何导线，所以可以把这些倒装芯片的压焊块放在芯片上所希望的任何位置上。作为封装通路的金属条不会弯曲、下垂或像用其他方法时那样相互之间或和芯片其他导线之间相互影响。204.多层封装：有一排以上的金属连接引线层。下层较短的导线会绷得很紧而不会和离得较远的上层导线相互影响。各层之间的间隔足以保证不会有导线短路。这种技术称为“错位压焊（offsetbonding）”，这两排压焊块称为“错位压焊块”。压焊方法211.总体外貌：

makeitlooknice!封装中的问题222.45度规则：位于拐角处的压焊线和旁边的压焊块靠得很近，这样很容易引起短路。压焊线与芯片边缘所形成的夹角应保持在45度角之内。称之为“45度规则”。封装中的问题45o45oshortcircuit233.使si的重叠最小：最边上的压焊块没有放在芯片的角上，所以压焊块和硅片重叠的部分太多。这样压焊线可能会下垂或掉下来，造成电路短路。所以必须尽可能缩短未使用硅片部分之上的压焊线。封装中的问题siliconoverlap244.导线长度：导线很长的话，压焊线会垂下来。封装中的问题toolong45度压焊线角度、导线长度、与硅片部分的重叠

255.压焊块的分布：不要将所有的压焊块都挤在一起并放在芯片的一边。应把它们分散开。尽可能使压焊线相互离得开一些。这样可以减少它们相互干扰的风险。封装中的问题261.压焊块限制设计：

pad-limiteddesign对封装的选择在很大程度上取决于芯片的尺寸。压焊块限制设计：根据信号数量所需要的压焊块数目来确定芯片的最小尺寸。弄清楚压焊块之间所要求的最小间距，把这些压焊块尽可能靠紧排列在一个矩形中。尺寸估计271.压焊块限制设计：

pad-limiteddesign为什么没有利用各个角落的空间？如果在压焊块之间采用比正常大的间隙，那么利用角落空间是可能的。但因采用的是最小间距，角落两边的压焊块会和角上的压焊块靠得太近，没有地方再在角落两边的压焊块之间走一条线通向这个角上的压焊块。尺寸估计282.内核限制设计：core-limiteddesign如果需要的I/O压焊块的数量很大，可以认为压焊块限制设计是一个很好的粗略估计尺寸的方法（引线驱动的布局）。如果与所需要的电路大小相比，需要的压焊块并不多的话，这时使用“内核限制设计”或“电路限制设计”来粗略估计尺寸（模块驱动的布局）。尺寸估计pad-limiteddesigncore-limiteddesign29分割芯片时，把已经加工好了的圆片放在一个真空卡盘上或粘在某些垫衬材料上，使用切割机在芯片间上下切割。常见的切割机是一个“圆盘锯”。锯片把芯片切割时会削去一窄条材料，可能是50、60或100um宽。芯片最终尺寸的计算chipchip30chip周围是“衬底接触”，或称“防破损保护环（crackguardring）”，防止芯片边缘发生破损殃及内部的电路。芯片最终尺寸的计算chipchipguardrings31A：有效芯片尺寸activediesizeB：划片余量scribemarginC:划片步长stepandrepeatdistance芯片最终尺寸的计算chipchipACBdicingchannelsawblade32最终芯片尺寸=有效尺寸+2（划片余量）+切割通道宽-锯片厚度例：根据下列信息计算芯片要求的最终尺寸。有效面积=2100umX2100um划片余量=15um切割通道宽=120um锯片厚度=50um

最终尺寸=210