《電子封裝、微機(jī)電與微系統(tǒng)》課件第1章

第一章電子封裝技術(shù)概述1.1封裝的定義1.2封裝的內(nèi)容1.3封裝的層次1.4封裝的功能1.5封裝技術(shù)的歷史和發(fā)展趨勢(shì)

1.1封?裝?的?定?義

電子封裝可定義為：將集成電路設(shè)計(jì)和微電子制造的裸芯片組裝為電子器件、電路模塊和電子整機(jī)的制造過(guò)程，或?qū)⑽⒃偌庸ぜ敖M合構(gòu)成滿足工作環(huán)境要求的整機(jī)系統(tǒng)的制造技術(shù)。

1.2封?裝?的?內(nèi)?容

封裝所涉及的內(nèi)容主要包括：

●工藝，包括熱加工、薄膜技術(shù)、真空技術(shù)、表面處理技術(shù)、等離子技術(shù)、熔點(diǎn)焊接、微連接技術(shù)等。

●材料，包括金屬材料、無(wú)機(jī)非金屬材料、聚合物材料、復(fù)合材料、組合材料、高分子材料等。

●機(jī)械，包括振動(dòng)、高速驅(qū)動(dòng)、高精度擦拭、光機(jī)電耦合、熱應(yīng)力膨脹、熱控制技術(shù)、伺服自控技術(shù)等。

●電磁，包括高頻電路、數(shù)字電路、射頻電路、信號(hào)傳輸完整性、電源完整性、信號(hào)串?dāng)_、寄生效應(yīng)、耦合、電磁兼容等問題。從材料上講，電子封裝涉及各種類型的材料，如焊絲框架、焊劑焊料、金屬超細(xì)粉、陶瓷粉料、表面活性劑、有機(jī)粘接劑、有機(jī)溶劑、金屬漿料導(dǎo)電材料、感光性樹脂、襯底等。圖1-1所示為各種封裝材料。圖1-1封裝材料從設(shè)計(jì)、評(píng)價(jià)、解析技術(shù)講，封裝涉及薄膜性、電氣特性、熱特性、結(jié)構(gòu)特性及可靠性等方面的分析、評(píng)價(jià)與檢測(cè)，如圖1-2所示。圖1-2封裝構(gòu)成

1.3封?裝?的?層?次

如圖1-3所示，從電子制造過(guò)程可以看出，封裝的整個(gè)過(guò)程可以分為以下6個(gè)層次：

●層次1：芯片以及半導(dǎo)體集成電路元件的連接。

●層次2：?jiǎn)涡酒庋b以及多芯片組裝。單芯片封裝是對(duì)單個(gè)芯片進(jìn)行封裝；多芯片組裝是將多個(gè)裸芯片裝載在陶瓷等多層基板上，進(jìn)行氣密性封裝。

●層次3：板或卡的裝配。將多層次單芯片或多芯片實(shí)裝在PCB板等多層基板上，基板周邊設(shè)有插接端子，用于與母板和其它板或卡的電氣連接。●層次4：?jiǎn)卧M裝。將經(jīng)過(guò)層次3裝配的板或卡，通過(guò)其上的插接端子，搭載在大型PCB板(母板)上，構(gòu)成單元組件。

●層次5：多個(gè)單元搭裝成架，單元與單元間經(jīng)布線或電纜相連接。

●層次6：總裝。將多個(gè)架排列，架與架之間經(jīng)布線或電纜相連接，構(gòu)成大規(guī)模電子設(shè)備。圖1-3封裝劃分圖1-4所示為一、二、三級(jí)封裝。一級(jí)封裝利用引線鍵合將芯片在基板上固定，并進(jìn)行隔離保護(hù)；二級(jí)封裝為經(jīng)一級(jí)封裝后的各器件在基板上的固定和連接；三級(jí)封裝為將電路板裝入系統(tǒng)中組成電子整機(jī)系統(tǒng)。

圖1-5、圖1-6所示分別為手機(jī)和筆記本電腦的封裝過(guò)程。圖1-4一、二、三級(jí)封裝劃分圖1-5手機(jī)封裝過(guò)程圖1-6筆記本電腦封裝過(guò)程圖1-7～圖1-15為零級(jí)封裝過(guò)程，主要工藝步驟為晶圓、磨片、裝片、劃片、貼片、引線鍵合、塑封、切筋和電鍍。圖1-7為晶圓(Wafer)，上面布滿了矩形的芯片，有切割槽的痕跡。由于晶圓出廠時(shí)厚度比芯片封裝所需厚度厚，因此芯片通常要磨片(BackGrinding)。磨片完成后，接下來(lái)裝片(WaferMount)、劃片(DieSawing)、貼片(DieAttach)。貼片是將芯片粘貼到涂好環(huán)氧樹脂的引線框架上。最后是引線鍵合(WireBonding)、塑封(Molding)、切筋(Trim)、電鍍(Plating)。電鍍的作用是增強(qiáng)導(dǎo)電性。圖1-7晶圓圖1-8磨片圖1-9裝片圖1-10劃片圖1-11貼片圖1-12引線鍵合圖1-13塑封圖1.14切筋圖1-15電鍍

1.4封?裝?的?功?能

作為用戶，所關(guān)心的并不是芯片，而是由芯片和相關(guān)材料通過(guò)封裝技術(shù)構(gòu)成的半導(dǎo)體器件或設(shè)備的可靠性。因此，電子封裝必須具有以下功能：

●電氣特征保持功能。芯片技術(shù)在不斷發(fā)展，對(duì)芯片的高性能、小型化、高頻化、低功耗、集成化等要求越來(lái)越高。類似信號(hào)完整性、電源完整性、集膚效應(yīng)、鄰近效應(yīng)、串?dāng)_耦合、寄生效應(yīng)等都會(huì)對(duì)設(shè)備的性能產(chǎn)生影響，在進(jìn)行封裝設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮?！駲C(jī)械保護(hù)功能。針對(duì)類似航天等特殊環(huán)境下的芯片及設(shè)備，所承受的高低溫、強(qiáng)振動(dòng)沖擊對(duì)芯片等的保護(hù)要求越來(lái)越高。通過(guò)封裝技術(shù)保護(hù)芯片表面以及連接引線等，使其免受外力損壞及外部環(huán)境的影響。

●應(yīng)力緩和功能。隨著設(shè)備應(yīng)用環(huán)境的變化以及芯片集成密度的提高，由外部環(huán)境溫度的變化或者芯片自發(fā)熱等產(chǎn)生的熱量在熱膨脹系數(shù)不匹配的材料中傳導(dǎo)，將導(dǎo)致熱應(yīng)力。利用封裝技術(shù)，實(shí)現(xiàn)應(yīng)力釋放，以防止芯片等發(fā)生損壞。