电子封装材料教学课件.ppt

1、电子封装材料教学电子封装材料电子封装材料电子封装材料教学电子封装的定义电子封装的定义分为狭义封装和广义封装分为狭义封装和广义封装:狭义的封装（狭义的封装（packagingpackaging，PKGPKG）利用膜技术及微细连接）利用膜技术及微细连接技术，将技术，将半导体元器件及其他构成要素半导体元器件及其他构成要素在在框架框架或或基板基板上上布置、布置、固定固定及及连接连接，引出，引出连接端子连接端子，并通过可，并通过可塑性绝缘塑性绝缘介质灌封介质灌封固定，构成整体主体结构的工艺。固定，构成整体主体结构的工艺。广义的电子封装应该是狭义的封装与实装工程及基板技广义的电子封装应该是狭义的封装与实装

2、工程及基板技术的总和。将半导体、电子器件所具有的电子的、物理术的总和。将半导体、电子器件所具有的电子的、物理的功能转变为适用于机器或系统的形式，并使之为人类的功能转变为适用于机器或系统的形式，并使之为人类社会服务的科学与技术，统称为电子封装工程。社会服务的科学与技术，统称为电子封装工程。电子封装材料教学封装技术发展封装技术发展直插式直插式DIP三次重大变革三次重大变革表面贴装式表面贴装式SMT芯片尺寸封装芯片尺寸封装CSP SOP小型平面引线式封装小型平面引线式封装SOJ小型平面小型平面J 形引线式封装形引线式封装QFP四周平面引线式封装四周平面引线式封装BGA球状栅阵电极封装球状栅阵电极封装

3、 导电丝焊接组装 FCP倒扣芯片组装 MCM多芯片组装三维组装芯片芯片芯片芯片芯片芯片封装外壳封装外壳电子封装材料教学各种封装类型示意图电子封装材料教学历史的发展过程历史的发展过程：最早是金属封装，然后是陶瓷封装，：最早是金属封装，然后是陶瓷封装，最后是塑料封装。最后是塑料封装。性能分：金属和陶瓷封装是气密封装，性能分：金属和陶瓷封装是气密封装，塑料封装是非气密或准气密封装；塑料封装是非气密或准气密封装；金属或陶瓷封装可用于金属或陶瓷封装可用于“严酷的环境条件严酷的环境条件”，如军用、，如军用、宇航等，而塑封只能用于宇航等，而塑封只能用于“不太严酷不太严酷”的环境；的环境；金属、陶瓷封装是金属

4、、陶瓷封装是“空封空封”，封装不与芯片表面接触，封装不与芯片表面接触，塑封是塑封是“实封实封”；金属封装目前主要用于大功率的混合集成电路（金属封装目前主要用于大功率的混合集成电路（HIC），），部分军品及需空封器件。部分军品及需空封器件。电子封装材料教学 封装及材料 塑料封装 金属封装 陶瓷封装 玻璃封装 集成电路基片材料裸芯片金属封装 陶瓷封装 1 2%塑料封装 92%（6 7）%电子封装材料教学不同的封装使用的封装工艺是不同的：金属封装 陶瓷封装 塑料封装：引线框架式封装 PCB基板 PBGA：WB（引线键合）FC（倒装芯片）载带：TAB（载带自动焊）圆片级封装 WLP DIP、SOP、Q

5、FP、PLCC等主要都是塑料封装。电子封装材料教学20世纪70年代前后，按封装材料、封装器件和封装结构分类 电子封装材料教学半导体元件的封装方法及半导体元件的封装方法及封装材料封装材料金属盖板金属盖板键合金属丝键合金属丝金属底座（金属基板）金属底座（金属基板）引线端子引线端子陶瓷盖板陶瓷盖板玻璃封接玻璃封接陶瓷底座（陶瓷基板）陶瓷底座（陶瓷基板）玻璃玻璃包封树脂包封树脂元件底座（树脂基板）元件底座（树脂基板）电子封装材料教学(a)（可控坍塌芯片连接技术）盖板材料，导热脂，芯片材料，陶瓷基板，焊球各类BGA的横截面结构示意图电子封装材料教学(b)包封树脂，芯片，金属引线，芯片粘接材料，树脂基板材

6、料，焊球各类BGA的横截面结构示意图电子封装材料教学IC芯片芯片引线架引线架导线丝导线丝内引线内引线封装树脂封装树脂焊料微球凸点焊料微球凸点BGA基板基板各类BGA的横截面结构示意图电子封装材料教学(c)（载带球栅阵列）各类BGA的横截面结构示意图电子封装材料教学(d)各类BGA的横截面结构示意图MBGA是指微型球栅阵列封装，英文全称为Micro Ball Grid Array Package 电子封装材料教学(e)SBGA的横截面结构示意图（局部）各类BGA的横截面结构示意图结构形式：在封装的顶部是一倒扣的铜质腔体，以增强向周围环境的散热。一结构形式：在封装的顶部是一倒扣的铜质腔体，以增强向

7、周围环境的散热。一薄而软的基片焊在铜片的底面，作为沿周边几行焊球附着之焊盘（即中央无焊薄而软的基片焊在铜片的底面，作为沿周边几行焊球附着之焊盘（即中央无焊球分布，参照球分布，参照JEDEC）。内导线将基板与芯片相连接，芯片从底部塑封。）。内导线将基板与芯片相连接，芯片从底部塑封。电子封装材料教学模塑压力机基板制备点胶粘片固化引线键合模塑引线键合机管芯粘片机银浆固化炉引线键合BGA封装 电子封装材料教学花时太长！目前3 5 达90%固化下填料固化涂布下填料倒装芯片安装及回流吸起及反转上载打标记及分离图16 倒装芯片BGA封装工艺 电子封装材料教学三种类型封装之一：三种类型封装之一：塑料封装塑料封

8、装塑料封装主要有三种类型：塑料封装主要有三种类型：(1)保角包封或保角包封或浸封浸封 装配好的电路基片浸入塑料中，干燥，固化装配好的电路基片浸入塑料中，干燥，固化 (2)灌封灌封 将基片插入薄壁塑料壳将基片插入薄壁塑料壳(或使用可剥下的铸模或使用可剥下的铸模)，倒入塑料流，倒入塑料流体，最后固化体，最后固化 (3)模铸模铸 将装配好的电路基片牢牢固定在金属模内，在压力下注入将装配好的电路基片牢牢固定在金属模内，在压力下注入熔融的热塑料，接着固化熔融的热塑料，接着固化 电子封装材料教学金属封装金属封装先把微电路基片安装在可伐管座上，然后用金属丝把基片焊点与可先把微电路基片安装在可伐管座上，然后用

9、金属丝把基片焊点与可伐管座的引出线连接起来，可伐金属的热胀系数接近玻璃，热胀冷伐管座的引出线连接起来，可伐金属的热胀系数接近玻璃，热胀冷缩时，玻璃封接不会发生破坏。最后利用冷焊、电阻焊或铜焊把镍缩时，玻璃封接不会发生破坏。最后利用冷焊、电阻焊或铜焊把镍壳焊在管座四周形成全密封结构，金属封装的成本高于塑料封装，壳焊在管座四周形成全密封结构，金属封装的成本高于塑料封装，但它有良好的密封性，还能起电磁屏蔽的作用。但它有良好的密封性，还能起电磁屏蔽的作用。全密闭金属封装电子封装材料教学 陶瓷封装陶瓷封装 陶瓷封装由氧化铝瓷座、瓷壁和瓷盖所组成，外引线穿过两个陶瓷封装由氧化铝瓷座、瓷壁和瓷盖所组成，外引

10、线穿过两个瓷体间的玻璃封接层。与金属封装相反，绝缘陶瓷可进行电绝缘，瓷体间的玻璃封接层。与金属封装相反，绝缘陶瓷可进行电绝缘，非常坚固，且成本较低。非常坚固，且成本较低。电子封装材料教学 玻璃封装玻璃封装 玻璃封装类似于陶瓷封装，玻璃比陶瓷更脆，一般不用于大型玻璃封装类似于陶瓷封装，玻璃比陶瓷更脆，一般不用于大型电路，多用于小型电路的扁平封装，其封装的微电路往往是单片集电路，多用于小型电路的扁平封装，其封装的微电路往往是单片集成电路。混合电路中，玻璃的使用也很普遍，通常在膜、电成电路。混合电路中，玻璃的使用也很普遍，通常在膜、电阻、电容或半导体芯片表面涂覆一层玻璃。这层全密封玻璃保护有阻、电容

11、或半导体芯片表面涂覆一层玻璃。这层全密封玻璃保护有时单独使用，有时与外部塑料封装配合使用。时单独使用，有时与外部塑料封装配合使用。电子封装材料教学封装中的材料封装中涉及到的材料芯片粘结材料；引线材料；引线框架材料；封装基板与外壳材料；模塑料；焊接材料；电子封装材料教学封装中的材料电子封装材料教学封装中的材料电子封装材料的性能电特性绝缘性质、击穿、表面电阻，热特性玻璃化转化温度、热导率、热膨胀系数，机械特性扬氏模量、泊松比、刚度、强度，化学特性吸潮、抗腐蚀，其它密度、可焊性、毒性，电子封装材料教学引线键合材料引线键合常用于芯片与载体（或基板）或引线框架之间的互连.常用的引线材料Au、Al、Cu（

12、包括用于TAB）、AlSi(1%)丝.（需要退火处理）键合的模式球焊（金丝）和楔形焊（铝丝）金丝用于塑料封装，铝丝用于陶瓷和金属封装电子封装材料教学引线键合材料电子封装材料教学引线键合材料金丝键合系统消费类电子产品中最常用的键合方式金丝：软掺杂的金丝Be，5-10ppm；Cu，30-100ppm金丝-铝键合区电子封装材料教学引线键合材料Au-Al金属间化合物300C以上的使用环境，容易发现“紫斑”；125C，可能产生一系列的金属间化合物。电子封装材料教学引线键合材料Kirkendall效应异种金属之间的互扩散不同的扩散速度温度、结构、电子封装材料教学引线键合材料电子封装材料教学引线键合材料金丝

13、与其他介面的键合Au-CuCu3Au，AuCu，Au3Cu：200-350CAu-Ag无金属间化合物产生Au-Au最好的键合高温应用电子封装材料教学引线键合材料铝（硅铝）丝键合系统Pure aluminum is too soft.So alloyed with 1%Si or 1%Mg to provide a solid-solution strengthening mechanism.Al-OFHC CuAl-Ag plated LFAl-Ni75um Al can be used for power devices.电子封装材料教学引线键合材料“白毛”Al(OH)3+Cl-Al(OH)

14、2+OH-Al+4Cl-Al(Cl)4-2AlCl4-+6H2O 2Al(OH)3+6H+8Cl-电子封装材料教学引线键合材料提高键合可靠性无论何种键合，键合表面特性是至关重要的。洁净度（等离子体清洗）表面粗糙度 表面镀层的厚度阻挡层的应用 TiW高质量的键合丝可靠的键合工艺等离子体清洗电子封装材料教学引线框架材料引线框架的功能电连接对内依靠键合实现芯片与外界的信号连接；依靠焊点与电路板连接；机械支撑和保护对芯片起到支持与外壳或模塑料实现保护散热散热通道电子封装材料教学引线框架材料引线框架材料的要求热匹配良好的机械性能导电、导热性能好使用过程无相变材料中杂质少低价加工特性和二次性能好电子封装材

15、料教学引线框架材料电子封装材料教学引线框架材料电子封装材料教学引线框架材料铜合金导电特性好引入第二相弥散强化，提高强度常用有Cu-Fe-P，Cu-Cr，Cu-Zn，Cu-Zr等等机械加工性能好热膨胀系数与塑料封装匹配电子封装材料教学引线框架材料电子封装材料教学引线框架材料引线框架的质量标准引线键合区几何尺寸、表面涂敷、引线扭曲、平整度、共面性芯片粘接区几何尺寸、表面涂敷、粗糙度电子封装材料教学芯片粘结材料芯片粘接的基本概念Chip Attachment/Bonding，通常采用粘接技术实现管芯（IC Chip）与底座（Chip Carrier）的连接.机械强度、化学性能稳定、导电、导热、热匹配

16、、低固化温度、可操作性电子封装材料教学芯片粘结材料几种基本的芯片键合类型银浆粘接技术低熔点玻璃粘接技术导电胶粘接技术环氧树脂粘接技术共晶焊技术电子封装材料教学芯片粘结材料环氧树脂粘接技术工艺简单、成本低廉适合于大规模生产，质量上已经接近Au-Si共晶焊水平分类：导电、导热胶“导电胶”导热、电绝缘胶电子封装材料教学芯片粘结材料固化条件一般固化温度在150C左右，固化时间约1hr固化前：“导电胶”不导电固化后：溶剂挥发、银粉相互紧密接触形成导电链电子封装材料教学模塑料模塑的基本工艺热固性：在加热固化后不会再次受热软化;热塑性：在加热塑化后如果再次受热还会再次软化.模塑料通常为热固性塑料.电子封装材

17、料教学模塑料电子封装材料教学模塑料模塑料的基本构成基体（10-30%）（高分子化合物树脂）环氧树脂硅酮树脂1,2-聚丁二烯酯树脂添加剂（60-90%）固化剂催化剂填充剂（SiO2）阻燃剂脱模剂染色剂主要生产厂家日本：住友；日东；日立化成；美国：Plaskon Hysol(Cookson)中国：中科院化学所电子封装材料教学模塑料模塑料的类型普通型快速固化型无后固化型高热导型低应力型低辐射型低膨胀型低翘曲型普通型模塑料结晶二氧化硅型填料热导率高、线膨胀系数大、成本低分立器件、LSI熔融二氧化硅型填料线膨胀系数小、热导率低、成本较高VLSI、大尺寸分立器件电子封装材料教学模塑料低应力型模塑料固化过程

18、产生的收缩应力温度变化时的热应力热应力导致失效:开裂温度变化时的热应力弹性模量线膨胀系数玻璃化转变温度电子封装材料教学封装基板与外壳材料基板材料的性能电介电常数、功耗、电阻、热热导率、热膨胀系数、热稳定性、物理表面平整度、表面光洁度化学化学稳定、低孔隙率、高纯度电子封装材料教学封装基板与外壳材料氧化铝（Al2O3）陶瓷良好的介电性能、高的机械强度、高热稳定性、高化学稳定性应用最广90-99%Al2O3性能与Al2O3含量相关添加剂（黑色、紫色、棕色）瓷电子封装材料教学封装基板与外壳材料其它陶瓷基板材料氧化铍（BeO）热导率8倍于氧化铝，用于功率器件;贵毒氮化铝（AlN）高热导率，用于替代氧化铍

19、;与Si相近的热膨胀系数;低价（与氧化铍比较）;电子封装材料教学封装基板与外壳材料其它陶瓷基板材料滑石和镁橄榄石用于厚膜电路低介电常数低强度低价玻璃、石英、蓝宝石电子封装材料教学封装基板与外壳材料电子封装材料教学封装基板与外壳材料多层陶瓷基板材料HTCCHigh Temperature Co-fired Ceramic1500CMo-Mn or W as the metallizationLTCCLow Temperature Co-fired Ceramic 850-900CAg-Pd,Au,Ag or CuHigher wiring density电子封装材料教学封装基板与外壳材料电子封装材料教学封装基板与外壳材料金属底座与外壳材料金属封装的特点是：散热好、气密性好、机械强度高。CuMoCuWWSteel and Stainless SteelKovar and 4J50电子封装材料教学封装基板与外壳材料电子封装材料教学焊接材料软钎焊（450C）Sn-Pb 低温焊料硬钎焊电子封装材料教学焊接材料电子封装材料教学焊接材料电子封装材料教学焊接材料电子封装材料教学焊接材料电子封装材料教学此课件下载可自行编辑修改，供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！