電子科大微電子工藝(第十章)裝配與封裝

1、第十章第十章 裝配與封裝裝配與封裝10.1 引言引言l裝配與封裝 將芯片在框架或基板上進行布置、固定及連接布置、固定及連接，通過腔體或者可塑性絕緣介質(zhì)對芯片進行支撐、支撐、保護保護，用微細連接技術構(gòu)成連接連接內(nèi)部芯片和外部電子系統(tǒng)的一個物理結(jié)構(gòu)。p保護芯片，避免由環(huán)境和傳遞引起損壞保護芯片，避免由環(huán)境和傳遞引起損壞p為信號的輸入和輸出提供互連為信號的輸入和輸出提供互連p芯片的物理支撐芯片的物理支撐p散熱散熱硅片測試和揀選硅片測試和揀選引線鍵合引線鍵合分片分片塑料封裝塑料封裝最終封裝與測試最終封裝與測試貼片貼片一、傳統(tǒng)裝配與封裝一、傳統(tǒng)裝配與封裝二、封裝技術發(fā)展歷程二、封裝技術發(fā)展歷程三、封裝的

2、分類三、封裝的分類結(jié)構(gòu)二維與三維引腳插入型與表面貼裝型單邊、雙邊、四邊與底部引腳微電子封裝材料金屬封裝陶瓷封裝塑料封裝性能氣密性封裝非氣密性封裝金屬、陶瓷、玻璃塑料、陶瓷1、器件與電路板連接方式、器件與電路板連接方式 微電子封裝分類方式微電子封裝分類方式 引腳插入型（引腳插入型（PTH） 晶體管外形TO 單列直插式封裝SIP 雙列直插式封裝DIP S-DIP SK-DIP 針柵陣列插入式封裝PGA 1、器件與電路板連接方式（續(xù)）、器件與電路板連接方式（續(xù)） 微電子封裝分類方式微電子封裝分類方式 表面貼裝型（表面貼裝型（SMT） 小外形封裝SOP 無引線陶瓷封裝芯片載體LCCC球柵陣列封裝BGA

3、 塑料無引線芯片載體PLCC 小外形晶體管SOT 四邊引線扁平封裝QFP 芯片尺寸大小封裝CSP 玻璃（陶瓷）扁平封裝FPG 2、封裝引腳分布形態(tài)、封裝引腳分布形態(tài) 微電子封裝分類方式微電子封裝分類方式 單邊引腳單邊引腳 單列直插式封裝SIP 晶體管外形TO Z型引腳直插式封裝ZIP 2、封裝引腳分布形態(tài)（續(xù)）、封裝引腳分布形態(tài)（續(xù)） 微電子封裝分類方式微電子封裝分類方式 雙邊引腳雙邊引腳 雙列直插式封裝DIP 小外形晶體管SOT 小外形封裝SOP 2、封裝引腳分布形態(tài)（續(xù)）、封裝引腳分布形態(tài)（續(xù)） 微電子封裝分類方式微電子封裝分類方式 四邊引腳四邊引腳 四邊引線扁平封裝QFP 塑料無引線芯片

4、載體PLCC 無引線陶瓷封裝芯片載體LCCC 2、封裝引腳分布形態(tài)（續(xù)）、封裝引腳分布形態(tài)（續(xù)） 微電子封裝分類方式微電子封裝分類方式 底部引腳底部引腳 針柵陣列插入式封裝PGA 球柵陣列封裝BGA 3、封裝平面和立體形式、封裝平面和立體形式 微電子封裝分類方式微電子封裝分類方式 二維（二維（2D）封裝）封裝單芯片封裝多芯片封裝 3、封裝平面和立體形式（續(xù)）、封裝平面和立體形式（續(xù)） 微電子封裝分類方式微電子封裝分類方式 三維（三維（3D）封裝）封裝封裝疊層POP 芯片疊層COC 引線鍵合芯片疊層 倒裝芯片疊層 硅通孔芯片疊層 硅圓片疊層WOW 3、封裝平面和立體形式（續(xù)）、封裝平面和立體形式

5、（續(xù)） 微電子封裝分類方式微電子封裝分類方式 三維（三維（3D）封裝（續(xù)）封裝（續(xù)）硅圓片疊層WOW在硅圓片中制作通孔，由通孔導體實現(xiàn)層間連接。 疊層后劃片，形成小疊塊，通過小疊塊側(cè)面布線，實現(xiàn)層間連接 。4、封裝的氣密性、封裝的氣密性 微電子封裝分類方式微電子封裝分類方式 氣密性封裝氣密性封裝 金屬封裝 無引線陶瓷封裝芯片載體LCCC 陶瓷封裝 陶瓷雙列直插式封裝CDIP 陶瓷四邊引線扁平封裝CQFP 陶瓷針柵陣列插入式封裝CPGA 4、封裝的氣密性（續(xù)）、封裝的氣密性（續(xù)） 微電子封裝分類方式微電子封裝分類方式 非氣密性（塑料）封裝非氣密性（塑料）封裝 雙列直插式封裝DIP 小外形封裝SO

6、P 塑料無引線芯片載體PLCC 塑料四邊引線扁平封裝PQFP 塑料焊球陣列封裝PBGA 四、封裝層次四、封裝層次第一級封裝第一級封裝: IC封裝封裝在印刷電路板上在印刷電路板上固定的金屬管腳固定的金屬管腳管腳管腳第二級封裝第二級封裝: 印刷電路板裝配印刷電路板裝配 管腳插管腳插入孔中入孔中，然后，然后在在PCB背面焊背面焊接接表面貼表面貼裝芯片裝芯片被焊在被焊在PCB的的銅焊點銅焊點上上邊緣連接電極插入主系統(tǒng)邊緣連接電極插入主系統(tǒng)最終產(chǎn)品裝配最終產(chǎn)品裝配: 電路板到系統(tǒng)中電路板到系統(tǒng)中的最終裝配的最終裝配PCB 組件組件主電子組件板主電子組件板電極電極五、封裝產(chǎn)業(yè)概況五、封裝產(chǎn)業(yè)概況2012年

7、國內(nèi)十大封裝測試企業(yè)年國內(nèi)十大封裝測試企業(yè) 排名排名企業(yè)名稱企業(yè)名稱企業(yè)性質(zhì)企業(yè)性質(zhì)銷售額（億元）銷售額（億元）1英特爾產(chǎn)品（成都）有限公司外資（美國）188.42江蘇長電科技股份有限公司中資66.53飛思卡爾半導體（中國）有限公司外資（美國）64.94威訊聯(lián)合半導體（北京）有限公司外資（美國）455南通富士通微電子股份有限公司中日合資（中方掌握控股權）41.36海太半導體（無錫）有限公司中韓合資（中方掌握控股權）33.97上海松下半導體有限公司中日合資33.78三星電子（蘇州）半導體有限公司外資（韓國）23.79瑞薩半導體（北京）有限公司外資（日本）23.210英飛凌科技（無錫）有限公司外資

8、（德國）2310.2 傳統(tǒng)裝配傳統(tǒng)裝配一、背面減薄一、背面減薄轉(zhuǎn)動和轉(zhuǎn)動和擺動稈擺動稈轉(zhuǎn)動卡轉(zhuǎn)動卡盤上的盤上的硅片硅片向下施加壓力向下施加壓力板僅在硅片轉(zhuǎn)換板僅在硅片轉(zhuǎn)換角度過程中轉(zhuǎn)動角度過程中轉(zhuǎn)動p 硅片減薄到硅片減薄到200500m的厚度；的厚度；p 薄硅片更容易劃片；薄硅片更容易劃片；p 薄硅片降低熱阻，利薄硅片降低熱阻，利于散熱；于散熱；p 減少裝配的熱應力；減少裝配的熱應力；p 減小芯片尺寸，降低減小芯片尺寸，降低IC重量；重量；p 背面減薄后，有時會背面減薄后，有時會背注入，在背面再淀積背注入，在背面再淀積金屬。金屬。減薄到減薄到5um的硅片的硅片二、分片二、分片硅片鋸和被劃硅片硅

9、片鋸和被劃硅片Wafer臺臺鋸刃鋸刃三、裝架三、裝架裝片用的典型引線框架裝片用的典型引線框架芯片芯片引線引線引線框架引線框架塑料塑料 DIPl環(huán)氧樹脂粘貼：環(huán)氧樹脂粘貼：散熱加銀粉的導熱樹脂l共晶焊粘貼：共晶焊粘貼：散熱更好l玻璃焊料粘貼：玻璃焊料粘貼：密封好四、引線鍵合四、引線鍵合從芯片壓焊點引線框架的鍵合從芯片壓焊點引線框架的鍵合壓?；旌衔飰耗；旌衔镆€框架引線框架壓點壓點Die鍵合的引線鍵合的引線管腳尖管腳尖 芯片表面的壓點和引線框架上或基座上的芯片表面的壓點和引線框架上或基座上的電極內(nèi)端電連接的方法。電極內(nèi)端電連接的方法。l熱壓鍵合熱壓鍵合l超聲鍵合超聲鍵合l熱超聲球鍵合熱超聲球鍵合幾

10、種常用鍵合引線特性比較幾種常用鍵合引線特性比較PostDevice在測試中的芯片在測試中的芯片鉤鉤樣品卡樣品卡引線鍵合質(zhì)量測試引線鍵合質(zhì)量測試：目檢和拉力測試。目檢和拉力測試。10.3 先進的裝配與封裝先進的裝配與封裝l倒裝芯片-Flip chipl球柵陣列-Ball grid array (BGA)l板上芯片-Chip on board (COB)l卷帶式自動鍵合Tape automated bonding (TAB)l多芯片模塊-Multichip modules (MCM)l芯片尺寸封裝-Chip scale packaging (CSP)l圓片級封裝-Wafer-level packa

11、ging一、倒裝芯片一、倒裝芯片壓點上的壓點上的焊料凸點焊料凸點硅芯片硅芯片襯底襯底連接連接管腳管腳金屬互連金屬互連通孔通孔芯片的有源面面向基座的粘貼封裝技術。芯片的有源面面向基座的粘貼封裝技術。l 優(yōu)點：芯片器件到基座之間路徑最短，適用于高速信號電連接；不使用引線框架或塑料管殼，重量輕和外型尺寸小。l 焊料凸點工藝C4（可調(diào)整芯片支撐的工藝，Controlled collapse chip carrier）二、球柵陣列二、球柵陣列 由陶瓷或塑料基座構(gòu)成，基座具有焊料球面陣列，使由陶瓷或塑料基座構(gòu)成，基座具有焊料球面陣列，使用倒裝芯片用倒裝芯片C4或引線鍵合技術將硅芯片粘附到基座的或引線鍵合技術將硅芯片粘附到基座的頂部。頂部。l高密度的BGA封裝具有多達2400個管腳，焊球間距20mil。蓋蓋線線襯底襯底金屬通孔金屬通孔焊球焊球芯片芯片壓點壓點環(huán)氧樹脂環(huán)氧樹脂熱通孔熱通孔三、板上芯片三、板上芯片環(huán)氧樹脂環(huán)氧樹脂 Epoxy 覆蓋芯片覆蓋芯片IC芯片芯片印刷電路板印刷電路板四、卷帶式自動鍵合四、卷帶式自動鍵合聚合物帶條聚合物帶條銅引線銅引線五、多芯片模塊五、多芯片模塊將幾個芯片固定并連接在同一基座上的封裝