集成电路芯片封装技术培训课程

集成电路芯片封装技术集成电路芯片封装技术培训课程第1页1、集成电路芯片封装与微电子封装课程引入与主要内容2、芯片封装技术包括领域及功效3、封装技术层次与分类微电子封装技术=集成电路芯片封装技术集成电路芯片封装技术培训课程第2页封装技术概念微电子封装：ABridgefromICtoSystemBoardIC集成电路芯片封装技术培训课程第3页微电子封装概念狭义：芯片级ICPackaging广义：芯片级+系统级：封装工程电子封装工程：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，转变为含有整机或系统形式整机装置或设备。集成电路芯片封装技术培训课程第4页WaferPackageSingleICSMA/PCBAElectronicEquipment

微电子封装过程=电子整机制作流程集成电路芯片封装技术培训课程第5页芯片封装包括技术领域

芯片封装技术包括物理、化学、化工、材料、机械、电气与自动化等学科。所包括材料包含金属、陶瓷、玻璃和高分子材料等。芯片封装技术整合了电子产品电气特征、热特征、可靠性、材料与工艺应用和成本价格等原因，是以取得综合性能最优化为目标工程技术。集成电路芯片封装技术培训课程第6页封装包括技术领域集成电路芯片封装技术培训课程第7页微电子封装功效1、电源分配：传递电能-配给合理、降低电压损耗2、信号分配：降低信号延迟和串扰、缩短传递线路3、提供散热路径：散热材料与散热方式选择4、机械支撑：结构保护与支持5、环境保护：抵抗外界恶劣环境（例：军工产品）集成电路芯片封装技术培训课程第8页确定封装要求影响原因成本外形与结构产品可靠性性能类比：人体器官组成与实现集成电路芯片封装技术培训课程第9页微电子封装技术技术层次第一层次：零级封装-芯片互连级（CLP）第二层次：一级封装

SCM与MCM（Single/MultiChipModule）

第三层次：二级封装组装成SubsystemCOB（ChiponBoard）和元器件安装在基板上第四层次：三级微电子封装电子整机系统构建集成电路芯片封装技术培训课程第10页微电子封装技术分级集成电路芯片封装技术培训课程第11页三维（3D）封装技术传统二维封装基础上向三维z方向发展封装技术。

实现三维封装方法：【1】埋置型元器件埋置或芯片嵌入【2】有源基板半导体材料做基板WaferScaleIntegration【3】叠层法将多个裸芯片或封装芯片在垂直方向上互连抑或是MCM叠层：散热与基板选择集成电路芯片封装技术培训课程第12页封装分类按封装中组合IC芯片数目分：

SCP和MCP（包含MCM)

按密封材料分：陶瓷封装和高分子材料封装（塑封）

按器件与电路板互连方式分：引脚插入型（PTH）和表面贴装型（SMT）

按引脚分布形态分：单边、双边、四边和底部引脚

SIP、DIP、SOP、QFP、MCP、PGA集成电路芯片封装技术培训课程第13页封装型式发展发展方向：轻、薄、短、小DIP—SPIP—SKDIPSOP—TSP—UTSOPPGA—BGALeadonChip：芯片上引线封装

集成电路芯片封装技术培训课程第14页封装技术与封装材料例：陶瓷封装与塑料封装均可制作DIP与BGA类芯片，但两类芯片可靠性和成本不一样。封装形态、封装工艺、封装材料由产品电特征、导热性能、可靠性需求、材料工艺技术和成本价格等原因决定。封装形态与封装工艺技术、封装材料之间不是一一对应关系。集成电路芯片封装技术培训课程第15页封装材料

芯片封装所采取材料主要包含金属、陶瓷、高分子聚合物材料等。问题：怎样进行材料选择？依据材料电热性质、热-机械可靠性、技术和工艺成熟度、材料成本和供给等原因。表1.2-表1.4集成电路芯片封装技术培训课程第16页介电系数：表征材料绝缘程度百分比常数，相对值，通常介电系数大于1材料通常认为是绝缘材料。热膨胀系数（CTECoefficientofexpansion

）物体因为温度改变而有胀缩现象，等压条件下，单位温度变所造成体积改变，即热膨胀系数表示。介电强度：是一个材料作为绝缘体时电强度量度。定义为试样被击穿时，单位厚度承受最大电压。物质介电强度越大，它作为绝缘体质量越好。封装材料性能参数集成电路芯片封装技术培训课程第17页197019801990100100010000100000Volume(cm3)W/SNotebookPCLaptopCellularSMART“Watch”&Bio-sensor电子整机发展趋势微电子封装技术演变集成电路芯片封装技术培训课程第18页PastBulkycomponentsBulkysystemsCurrentThinfilmcomponentsMiniaturizedmodulesFutureEmbeddedcomponentsPackage–sizedsystems微电子封装技术演变集成电路芯片封装技术培训课程第19页微电子封装技术演变集成电路芯片封装技术培训课程第20页CeramicorThinFilmonCeramic100508050603SingleChip:BoardMCM:Discretes:Package/Board:PWB-DPWB-DCeramicRedistributiontoAreaArrayWirebondChipConnector:PTHPeripheralSMTBoardConnector:1970s1980sDIPPGAQFPPASTThinFilmonPWB0402PWB-MicroViaFlipchipAreaArrayArea/BGASMT1990ssBGACSPPRESENT0201sIntegrationtoBEOLIntegrationinPackagelevelIntegrationatSystemlevelWLPSIPSOPs01005?IntegrationFUTURE微电子封装技术演变集成电路芯片封装技术培训课程第21页微电子封装技术发展驱动力一、IC发展对微电子封装推进IC发展水平标志：集成度和特征尺寸IC发展方向：大芯片尺寸、高集成度、小特征尺寸和高I/O数。二、电子整机发展对微电子封装拉动电子整机高性能、多功效、小型化和便携化、低成本、高可靠性要求促使微电子封装由插装向贴装发展，并连续向薄型、超薄型、窄节距发展，深入由窄节距四边引脚向面阵列引脚发展。集成电路芯片封装技术培训课程第22页微电子封装技术发展驱动力三、市场发展对微电子封装驱动“吞金业”向“产金业”转变产品性价比要求不停提升、电子产品更新加速猛烈电子产品更新加速猛烈驱动微电子封装技术发展是整个微电子技术产业集成电路芯片封装技术培训课程第23页微电子封装技术发展趋势

一、微电子产业在波折中快速发展“硅周期”——世界电子元器件行业生产、销售和效益出现高峰和低谷交替周期性（4-5年）波动。生产电子元器件企业国际化程度越高，受“硅周期”影响越深。“道路是波折，前途是光明”集成电路芯片封装技术培训课程第24页微电子封装发展趋势二、国际半导体技术发展路线和“摩尔定律”“摩尔定律”：集成电路特征尺寸每三年缩小1/3，集成度（即DRAM单个芯片上晶体管数）每两年增加一倍。

——1965年，戈登·摩尔（GordonMoore）当前，集成电路技术仍按照摩尔定律发展。集成电路芯片封装技术培训课程第25页一、芯片尺寸越来越大：片上功效增加，实现芯片系统。二、工作频率越来越高运算速度提升，提升了对封装技术要求。三、发烧量日趋增大路径：降低电源电压；增加散热通道（成本与重量）四、引脚数越来越多造成单边引脚间距缩短。微电子封装发展趋势-IC发展趋势集成电路芯片封装技术培训课程第26页一、封装尺寸小型化（更轻和更薄）超小型芯片封装形式出现顺应了电子产品轻薄短小发展趋势。处理方法：新型封装型式和微纳技术采取。取得芯片尺寸最小化：IC芯片尺寸最小化？圆片级封装技术（WLP）：使封装完成后IC芯片尺寸尽可能靠近圆片级裸芯片尺寸，微电子技术发展对封装要求集成电路芯片封装技术培训课程第27页二、适应更高得散热和电性能要求1、IC功效集成度增大，功耗增加，封装热阻增大2、电信号延迟和串扰等现象严重处理路径：1、降低芯片功耗：双极型-PMOS-CMOS-？？？2、增加材料热导率：成本微电子技术发展对封装要求集成电路芯片封装技术培训课程第28页三、集成度提升适应大芯片要求CTE失配—热应力和热变形处理路径：1、采取低应力贴片材料：使大尺寸IC采取CTE靠近Si陶瓷材料，但当前环氧树脂封装仍为主流2、采取应力低传递模压树脂消除封装过程中热应力和残留应力。3、采取低应力液态密封树脂微电子技术发展对封装要求集成电路芯片封装技术培训课程第29页四、高密度化和高引脚数高密度和高I/O数造成单边引脚间距缩短、封装难度加大：焊接时产生短路、引脚稳定性差处理路径：采取BGA技术和TCP（载带）技术成本高、难以进行外观检验等。微电子技术发展对封装要求集成电路芯片封装技术培训课程第30页五、适应恶劣环境密封材料分解造成IC芯片键合结合处开裂、断路处理方法：寻找密封替换材料六、适应高可靠性要求军工、空间电子产品高稳定要求。七、考虑环境保护要求无铅产品使用克服了铅污染，不过对焊接温度和封装耐热性提出了更高要求芯片可返修性、低成本……微电子技术发展对封装要求集成电路芯片封装技术培训课程第31页微电子封装技术发