集成电路芯片封装技术

集成电路芯片封装技术题型填空20题40分简答7题35分论述2题25分第一章集成电路芯片封装技术1.集成电路的工艺流程：设计-单晶材料-芯片制造-封装-检测2..集成电路芯片狭义封装是指利用（膜技术）及（微细加工技术），将芯片及其他要素在框架或基板上布置、粘贴固定及连接，引出接线端子并通过可塑性绝缘介质灌封固定，构成整体结构的工艺。3.芯片封装所实现的功能：①传递电能，②传递电路信号，③提供散热途径，④结构保护与支持。4．在选择具体的封装形式时主要考虑四种主要设计参数：性能，尺寸，重量，可靠性和成本目标。5.集成电路封装的层次分为四级分别为模块元件（Module）、电路卡工艺（Card）、主电路板（Board）、完整电子产品。封装工程的技术的技术层次？第一层次，又称为芯片层次的封装，是指把集成电路芯片与封装基板或引脚架之间的粘贴固定、电路连线与封装保护的工艺，使之成为易于取放输送，并可与下一层次的组装进行连接的模块元件。第二层次，将数个第一层次完成的封装与其他电子元器件组成一个电子卡的工艺。第三层次，将数个第二层次完成的封装组成的电路卡组合成在一个主电路版上使之成为一个部件或子系统的工艺。第四层次，将数个子系统组装成为一个完整电子产品的工艺过程。6.封装的分类，按照封装中组合集成电路芯片的数目，芯片封装可分为：单芯片封装与多芯片封装两大类，按照密封的材料区分，可分为高分子材料和陶瓷为主的种类，按照器件与电路板互连方式，封装可区分为引脚插入型和表面贴装型两大类。依据引脚分布形态区分，封装元器件有单边引脚，双边引脚，四边引脚，底部引脚四种。7.芯片封装所使用的材料有金属陶瓷玻璃高分子材料8.集成电路的发展方向主要表现在以下几个方面？1芯片尺寸变得越来越大2工作频率越来越高3发热量日趋增大4引脚越来越多对封装的要求，1小型化2适应高发热3集成度提高，同时适应大芯片要求4高密度化5适应多引脚6适应高温环境7适应高可靠性（在书12-13页，论述题要适当扩充）第二章封装工艺流程1.封装工艺流程一般可以分为两个部分，成型技术之前的工艺步骤称为前段操作，在成型之后的工艺步骤称为后段操作，前后段操作的区分标准在于对环境洁净度的要求不同2.芯片封装技术的基本工艺流程硅片减薄硅片切割芯片贴装，芯片互联成型技术去飞边毛刺切筋成型上焊锡打码等工序3.先划片后减薄：在背面磨削之前将硅片正面切割出一定深度的切口，然后再进行背面磨削。4.减薄划片：在减薄之前，先用机械或化学的方式切割处切口，然后用磨削方法减薄到一定厚度之后采用ADPE腐蚀技术去除掉剩余加工量实现裸芯片的自动分离。5.芯片贴装的方式四种：共晶粘贴法，焊接粘贴法，导电胶粘贴法，和玻璃胶粘贴法。6.芯片互连：将芯片焊区与电子封装外壳的I/O或基板上的金属布线焊区相连接，只有实现芯片与封装结构的电路连接才能发挥已有的功能。7.芯片互连常见的方法有，打线键合，载带自动键合（TAB）和倒装芯片键合。8.打线键合（WB）：将细金属线或金属带按顺序打在芯片与引脚架或封装基板的焊垫上形成电路互连。打线键合技术有超声波键合、热压键合、热超声波键合。载带自动键合（TAB）：将芯片焊区与电子封装外壳的I/O或基板上的金属布线焊区用具有引线图形金属箔丝连接的技术工艺。倒装芯片键合（FCB）：芯片面朝下，芯片焊区与基板焊区直接互连的一种方法。9.打线键合技术有，超声波键合，热压键合，热超声波键合。10打线键合的材料主要是Al和Au。11.TAB的关键技术：1芯片凸点制作技术2TAB载带制作技术3载带引线与芯片凸点的内引线焊接和载带外引线焊接技术。12.芯片上的凸点，实际上包括凸点及处在凸点和铝电极之间的多层金属膜(UnderBumpMetallurgy)，一般称为凸点下金属层，主要起到粘附和扩散阻挡的作用13.凸点芯片的制作工艺主要有蒸发溅射法、电镀法、置球与模板印刷法。第三章厚/薄膜技术1.厚薄膜技术的异同：两者主要的区别包括：1.原材料不同：厚膜工艺需要制作有效物质的浆料，需要掺杂其他物质以保持浆料良好的流动性与粘附性。而薄膜工艺用的是纯净的有效物质。2.镀膜工艺不同：厚膜工艺主要用涂布的方法在基底上成膜，工艺简单，但是需要后续的干燥与烧结处理，薄膜工艺主要利用的是蒸发溅射以及电镀等方法成膜，工艺复杂，但是膜一次性成型，无需后续处理。3.形成图形的方法不同：厚膜技术主要利用的是丝网印刷法来形成图形，薄膜技术主要利用的是光刻技术来形成图形，一个完整的光刻流程包括涂胶-曝光-显影-刻蚀-去胶。2.厚膜浆料通常由两种不同的组分相组成，一个是功能相，提供最终膜的电学和力学特性，另一个是载体相，提供合适的流变能力。3.传统的金属陶瓷厚膜浆料具有四种主要成分，1有效物质，确立膜的功能，2粘贴成分，提供与基板的粘贴以及使效物质颗粒保持悬浮状态的基体3有机粘贴剂，提供丝网印制的合适流动性能。4溶剂或稀释剂，他决定有机粘贴剂的粘度。4.浆料中的有效物质决定了烧结膜的电性能，如果有效物质是一种金属，则烧结膜是一种导体，如果有效物质是一种绝缘材料，则烧结膜是一种介电体。5.厚膜导体材料有三种基本类型：可空气烧结的导体、可氮气烧结的导体和须还原气氛烧结的导体6.厚膜电阻主要是把导体颗粒（主要是金属氧化物RuO2）和绝缘体（主要是玻璃）颗粒混合，在足够的温度和时间条件下进行烧结，促使玻璃熔化将氧化物颗粒烧结在一起并嵌入在玻璃基体中。金属氧化物与玻璃之比越高，烧成的膜电阻率越低。7.绝缘体主要包括高介电常数与低介电常数两大类，前者主要用于大电容器，后者用来做表面钝化、多层布线绝缘层以及低容量电容器。8.溅射法的实现原理：利用被电场加速的高能粒子轰击靶材，撞击出具有足够动能的靶材粒子，使其运动到达基板并黏附其上。高能粒子主要用的是Ar粒子，关键是使Ar气形成良好的等离子体状态，靶材放置在阴极位置。第四章焊接材料2..焊料按照熔点分为两类：硬质焊料，熔点高于450度，硬质焊料的突出特点是热膨胀系数低；低于450度，软质焊料。3.最常用的焊料是铅锡合金，而铅锡组分不同，焊料特性不同，而共晶组分下的铅锡合金熔点最低。4.锡焊是通过“润湿”、“扩散”、“冶金结合”三个过程来完成的。熔化了的焊料借助毛细管力沿着母材金属表面细微的凹凸及结晶的间隙向四周漫流，从而在被焊母材表面形成一个附着层，使焊料与母材金属的原子相互接近，达到原子引力起作用的距离，我们称这个过程为熔融焊料对母材表面的润湿。如何判别润湿?一般是用附着在母材表面的焊料与母材的接触角θ来判别，扩散是指熔化的焊料与母材中的原子互相越过接触界面进入对方的晶格点阵。由于焊料与母材互相扩散，在两种金属之间形成一个中间层---金属间化合物，从而使母材与焊料之间达到牢固的冶金结合状态焊接的过程是：焊料先对金属表面产生润湿，伴随着润湿现象发生，焊料逐渐向铜金属扩散，在焊料与铜金属的接触界面上生成合金层，使两者牢固结合起来。5.助焊剂的成分：活化剂、载剂、溶剂与其他特殊功能的添加物。活化剂为具有腐蚀性的化学物质。第五章印制电路板1.印制电路版的制作主要包括三个部分：绝缘介质层、导电互联层以及通孔制作。2.Cu为印制电路板最常见的导体材料。绝缘体材料包括高分子树脂与玻璃纤维强化材料。3.目前电子产品装配行业中最主要的电路板有硬式印制电路板、软式印制电路板、金属夹层板、射出成型板等。4.多层PCB基板为了避免多层布线的层间干扰，特别是高频下的层间干扰，两层间的走线应互相垂直，此外，电源层应布置在内层，这样防止外界对电源的扰动，也避免了电源线走线过长而干扰信号的传输。第五章元器件与电路板的接合1.引脚与电路板的接合可分为引脚插入式接合和表面贴装技术接合2.在插装装配中，元器件引脚与电路板上的导孔结合常见的方式有弹簧固定和针脚的焊接。3.波峰焊：波峰焊的工艺流程包括上助焊剂、预热以及将PCB板在一个焊料波峰上通过，依靠表面张力和毛细管现象的共同作用将焊剂带到PCB板和元器件引脚上，形成焊接点。波峰焊是将熔融的液态焊料，借助于泵的作用，在焊料槽液面形成特定形状的焊料波，装了元器件的PCB置于传送链上，经某一特定的角度以及一定的进入深度穿过焊料波峰而实现焊点的焊接过程。再流焊：是通过预先在PCB焊接部位施放适量和适当形式的焊料，然后贴放表面组装元器件，然后通过重新熔化预先分配到印制板焊盘上的焊膏，实现表面组装元器件焊端或引脚与印制板焊盘之间机械与电气连接的一种成组或逐点焊接工艺。4.波焊最常见的缺陷是漏焊和架桥短路第八章陶瓷封装1.氧化铝为陶瓷封装最常用的材料，其他重要的陶瓷封装材料：氮化铝、氧化铍、碳化硅、玻璃与玻璃陶瓷、蓝宝石2.纯氧化铝热膨胀系数与导体材料的热膨胀系数差异性大，此外纯氧化铝的烧结温度高达1900度，所以需要在氧化铝中添加玻璃粉末，目的包括：⑴调整纯氧化铝的热膨胀系数、介电系数等特性⑵降低烧结温度。第九章塑料封装1.塑料材料通常分为热固性聚合物和热塑性聚合物两种。热固性和热塑性聚合物的区别？热塑性聚合物：在受热时发生软化或熔化，可塑制成一定的形状，冷却后又变硬。在受热到一定程度又重新软化，冷却后又变硬，这种过程能够反复进行多次。热固性聚合物：热固性塑料第一次加热时可以软化流动，加热到一定温度，固化而变硬，这种变化是不可逆的此后，再次加热时，已不能再变软流动了。塑料封装是最常用的封装方法。2.塑料封装可利用转移铸膜、轴向喷洒涂胶与反应射出型等方法制成，其中转移铸膜是最常见的塑料封装密封工艺。3.塑料封装优点：低成本、薄型化、工艺简单、适合自动化生产、应用范围极广缺点：散热性、耐热性、密封性不好、可靠性不高第九章气密性封装1.塑料封装是非气密性封装，金属与陶瓷封装为气密性封装。2.在外来环境的侵害中，水汽是引起ＩＣ芯片损坏的最主要因素。第十一章封装可靠性工程1.芯片完成封装后要进行检测，