微電子芯片封裝第二講ppt課件

1、集成電路芯片封裝技術 1、集成電路芯片封裝與微電子封裝課程引入與主要內(nèi)容2、芯片封裝技術涉及領域及功能3、封裝技術層次與分類微電子封裝技術=集成電路芯片封裝技術封裝技術的概念微電子封裝：A Bridge from IC to SystemBoardIC微電子封裝的概念狹義：芯片級 IC Packaging廣義：芯片級+系統(tǒng)級：封裝工程電子封裝工程：將基板、芯片封裝體和分立器件等要素，按電子整機要求進展銜接和裝配，實現(xiàn)一定電氣、物理性能，轉變?yōu)榫哂姓麢C或系統(tǒng)方式的整機安裝或設備。WaferPackageSingle ICSMA/PCBAElectronic Equipment 微電子封裝過程=電

2、子整機制造流程芯片封裝涉及的技術領域 芯片封裝技術涉及物理、化學、化工、資料、機械、電氣與自動化等學科。所涉及資料包括金屬、陶瓷、玻璃和高分子資料等。 芯片封裝技術整合了電子產(chǎn)品的電氣特性、熱特性、可靠性、資料與工藝運用和本錢價錢等要素，是以獲得綜合性能最優(yōu)化為目的的工程技術。封裝涉及的技術領域微電子封裝的功能1、電源分配：傳送電能-配給合理、減少電壓損耗2、信號分配：減少信號延遲和串擾、縮短傳送線路3、提供散熱途徑：散熱資料與散熱方式選擇4、機械支撐：構造維護與支持5、環(huán)境維護：抵抗外界惡劣環(huán)境例：軍工產(chǎn)品確定封裝要求的影響要素本錢外形與構造產(chǎn)品可靠性性能類比：人體器官的構成與實現(xiàn)微電子封裝

3、技術的技術層次第一層次：零級封裝-芯片互連級CLP第二層次：一級封裝 SCM 與MCMSingle/Multi Chip Module 第三層次：二級封裝 組裝成Subsystem COBChip on Board和元器件安裝在基板上第四層次：三級微電子封裝 電子整機系統(tǒng)構建微電子封裝技術分級三維3D封裝技術傳統(tǒng)二維封裝根底上向三維z方向開展的封裝技術。 實現(xiàn)三維封裝的方法：【1】 埋置型 元器件埋置或芯片嵌入【2】 有源基板 半導體資料做基板Wafer Scale Integration 【3】疊層法 將多個裸芯片或封裝芯片在垂直方向上互連 抑或是MCM疊層：散熱與基板選擇封裝的分類按封裝中

4、組合IC芯片數(shù)目分： SCP和MCP包括MCM) 按密封資料分：陶瓷封裝和高分子資料封裝塑封 按器件與電路板互連方式分： 引腳插入型PTH和外表貼裝型SMT 按引腳分布形狀分： 單邊、雙邊、四邊和底部引腳 SIP、DIP、SOP、QFP、MCP、PGA封裝型式的開展開展方向：輕、薄、短、小DIPSPIPSKDIPSOPTSPUTSOPPGABGALead on Chip：芯片上引線封裝 封裝技術與封裝資料例：陶瓷封裝與塑料封裝均可制造DIP與BGA類芯片，但兩類芯片的可靠性和本錢不同。封裝形狀、封裝工藝、封裝資料由產(chǎn)品的電特性、導熱性能、可靠性需求、資料工藝技術和本錢價錢等要素決議。封裝形狀與

5、封裝工藝技術、封裝資料之間不是一一對應關系。封裝資料 芯片封裝所采用的資料主要包括金屬、陶瓷、高分子聚合物資料等。問題：如何進展資料選擇？根據(jù)資料的電熱性質(zhì)、熱-機械可靠性、技術和工藝成熟度、資料本錢和供應等要素。表1.2-表1.4介電系數(shù)：表征資料絕緣程度的比例常數(shù)，相對值，通常介電系數(shù)大于1的資料通常以為是絕緣資料。熱膨脹系數(shù)CTE Coefficient of expansion 物體由于溫度改動而有脹縮景象，等壓條件下，單位溫度變所導致的體積變化，即熱膨脹系數(shù)表示。介電強度：是一種資料作為絕緣體時的電強度的量度。定義為試樣被擊穿時， 單位厚度接受的最大電壓。物質(zhì)的介電強度越大， 它作為

6、絕緣體的質(zhì)量越好。封裝資料性能參數(shù)1970 1980 1990 2000 100100010000100000Volume(cm3)W/SNotebookPCLaptopCellularSMART“Watch & Bio-sensor電子整機的開展趨勢微電子封裝技術的演化PastBulky componentsBulky systemsCurrentThinfilm componentsMiniaturized modulesFutureEmbedded componentsPackagesized systems微電子封裝技術的演化微電子封裝技術的演化Ceramic or Thin Film

7、 on Ceramic100508050603Single Chip:Board MCM:Discretes:Package/Board:PWB-DPWB-DCeramicRedistribution toArea ArrayWirebondChip Connector:PTHPeripheralSMTBoard Connector:1970s1980sDIPPGAQFPPASTThin Film on PWB0402PWB-Micro ViaFlipchipArea ArrayArea/BGASMT1990s2000sBGACSPPRESENT02012000sIntegration to

8、BEOLIntegration in Package levelIntegration at System levelWLPSIPSOP2021s01005?IntegrationFUTURE微電子封裝技術的演化微電子封裝技術開展的驅動力一、IC開展對微電子封裝的推進IC開展程度的標志：集成度和特征尺寸IC開展方向：大芯片尺寸、高集成度、小特征尺寸和高I/O數(shù)。二、電子整機開展對微電子封裝的拉動電子整機的高性能、多功能、小型化和便攜化、低本錢、高可靠性要求促使微電子封裝由插裝向貼裝開展，并繼續(xù)向薄型、超薄型、窄節(jié)距開展，進一步由窄節(jié)距四邊引腳向面陣列引腳開展。微電子封裝技術開展的驅動力三、市場

9、開展對微電子封裝的驅動“吞金業(yè)向“產(chǎn)金業(yè)轉變產(chǎn)品性價比要求不斷提升、電子產(chǎn)品更新加速猛烈電子產(chǎn)品更新加速猛烈驅動微電子封裝技術開展的是整個微電子技術產(chǎn)業(yè)微電子封裝技術的開展趨勢 一、微電子產(chǎn)業(yè)在曲折中迅速開展 “硅周期世界電子元器件行業(yè)的消費、銷售和效益出現(xiàn)的頂峰和低谷交替周期性4-5年動搖。消費電子元器件企業(yè)的國際化程度越高，受“硅周期影響越深?！暗缆肥乔鄣?，出路是光明的微電子封裝的開展趨勢二、國際半導體技術開展道路和“摩爾定律“摩爾定律： 集成電路特征尺寸每三年減少1/3，集成度即DRAM單個芯片上的晶體管數(shù)每兩年添加一倍。 1965年，戈登摩爾Gordon Moore當前，集成電路技術

10、仍按照摩爾定律開展。一、芯片尺寸越來越大： 片上功能的添加，實現(xiàn)芯片系統(tǒng)。二、任務頻率越來越高 運算速度的提高，提高了對封裝技術的要求。三、發(fā)熱量日趨增大 途徑：降低電源電壓；添加散熱通道本錢與分量四、引腳數(shù)越來越多 呵斥單邊引腳間距縮短。微電子封裝的開展趨勢-IC開展趨勢一、封裝尺寸小型化更輕和更薄 超小型芯片封裝方式的出現(xiàn)順應了電子產(chǎn)品的輕薄短小的開展趨勢。處理方法：新型封裝型式和微納技術的采用。獲得芯片尺寸的最小化：IC芯片尺寸最小化？圓片級封裝技術WLP：使封裝完成后的IC芯片尺寸盡能夠接近圓片級裸芯片尺寸，微電子技術開展對封裝的要求二、順應更高得散熱和電性能要求1、IC功能集成度增大

11、，功耗添加，封裝熱阻增大2、電信號延遲和串擾等景象嚴重處理途徑：1、降低芯片功耗：雙極型-PMOS-CMOS-？2、添加資料的熱導率：本錢微電子技術開展對封裝的要求三、集成度提高 順應大芯片要求CTE失配熱應力和熱變形處理途徑：1、采用低應力貼片資料：使大尺寸IC采用CTE接近Si的陶瓷資料，但目前環(huán)氧樹脂封裝仍為主流2、采用應力低傳送模壓樹脂 消除封裝過程中的熱應力和殘留應力。3、采用低應力液態(tài)密封樹脂微電子技術開展對封裝的要求四、高密度化和高引腳數(shù)高密度和高I/O數(shù)呵斥單邊引腳間距縮短、封裝難度加大：焊接時產(chǎn)生短路、引腳穩(wěn)定性差處理途徑：采用BGA技術和TCP載帶技術本錢高、難以進展外觀檢查等。微電子技術開展對封裝的要求五、順應惡劣環(huán)境密封資料分解呵斥IC芯片鍵合結合處開裂、斷路處理方法：尋覓密封替代資料六、順應高可靠性要求 軍工、空間電子產(chǎn)品的高穩(wěn)定要求。七、思索環(huán)保要求無鉛產(chǎn)品的運用抑制了鉛污染，但是對焊接溫度和封裝耐熱性提出了更高要求芯片可返修性、低本錢微電子技術開展對封裝的要求微電子封裝技術的開展特點 微電子封裝向高密度和高I/O引腳數(shù)開展，引腳由四引出向面陣列開展。 微電子封裝向外表安裝式封裝SMP開展，順應外表安裝技術SMT 從陶瓷封裝向塑料封裝開展 從注重開展IC芯片向先開展后道封裝再開展芯片轉移國內(nèi)微電子封裝產(chǎn)業(yè)的開展現(xiàn)狀高起點、微電子封裝技術產(chǎn)業(yè)