1、Microsystem packaging PCK全册配套精品完整课件全册配套精品完整课件(共共755页）页） Microsystem packaging 绪论绪论 封装技术封装技术 Microsystem packaging outlineoutline l课程基本情况 l芯片封装的发展现状与趋势 l封装技术发展简述 l集成电路封测产业 l Microsystem packaging 课程结构课程结构 l 课程共课程共3636学时学时 l 教学周共教学周共1818周，其中上课周，其中上课1616周，另外周，另外2 2周，期末报周，期末报 告告 l 上课形式上课形式 教师教师LectureLe
2、cture课堂讨论课堂讨论 补充材料文献补充材料文献 Microsystem packaging 考核方式考核方式 l 考试课考试课 l 考核方式：考核方式：Report+Report+书面报告；书面报告； l 课程成绩评分：课程成绩评分： Participation 20Participation 20，Final Final report 80report 80 l 上课时间：每周一下午上课时间：每周一下午1212节节 l 地点：地点：H6208 Microsystem packaging 课程内容课程内容 l 课程将面向微电子封装及电子组装制造产业课程将面向微电子封装及电子组装制造产业
3、l 介绍微电子封装的基本概念及封装的基本工艺，介绍微电子封装的基本概念及封装的基本工艺， 及先进的封装技术及先进的封装技术 BGABGA，SOCSOC，MCMMCM、TVSTVS等等 无铅焊接技术无铅焊接技术 三维封装三维封装 MEMSMEMS封装等研究和开发热点封装等研究和开发热点 l 介绍封装的选择，设计和封装可靠性及失效分析介绍封装的选择，设计和封装可靠性及失效分析 。 Microsystem packaging 课程内容课程内容 l Lecture 1 Lecture 1 绪论：课程概述、封装基本概念、封装功能及发展趋势绪论：课程概述、封装基本概念、封装功能及发展趋势 l Lectur
4、e 2 Lecture 2 传统集成电路封装技术：传统封装技术流程介绍传统集成电路封装技术：传统封装技术流程介绍 l Lecture 3 Lecture 3 芯片互连技术：一级封装的互连技术芯片互连技术：一级封装的互连技术 l Lecture 4 Lecture 4 可靠性设计基础与热控制基础可靠性设计基础与热控制基础 l Lecture 5 Lecture 5 新型封装技术：倒装焊技术新型封装技术：倒装焊技术 l Lecture 6Lecture 68 8 新型封装技术：焊球阵列封装和芯片尺寸封装、圆片级、新型封装技术：焊球阵列封装和芯片尺寸封装、圆片级、 多芯片封装技术和三维封装技术多芯片
5、封装技术和三维封装技术 l Lecture 9 Lecture 9 分立、集成和嵌入的无源元件基础分立、集成和嵌入的无源元件基础 l Lecture 10 Lecture 10 印刷电路板基础印刷电路板基础 l Lecture 11 Lecture 11 电路板组装制造：表面安装技术及封装基板基本制造工艺电路板组装制造：表面安装技术及封装基板基本制造工艺 l Lecture 12 Lecture 12 封装中的材料：微电子封装材料、电子产品无铅化及绿色制造封装中的材料：微电子封装材料、电子产品无铅化及绿色制造 l Lecture 13 Lecture 13 封装的密封与包封基础封装的密封与包封
6、基础 l Lecture 14Lecture 14、1515微电子封装设计微电子封装设计 l Lecture 16 Lecture 16 微电子封装中的失效分析微电子封装中的失效分析 Microsystem packaging 教材与参考资料教材与参考资料 l 教材：教材： Rao.R.TummalaRao.R.Tummala编著，黄庆安等译，编著，黄庆安等译，微系统封微系统封 装基础装基础，东南大学出版社，东南大学出版社. 2004.8. 2004.8 l 讲义、电子教案讲义、电子教案 l 要参考资料要参考资料: : 微电子封装技术微电子封装技术，中国科学技术大学出版社，中国科学技术大学出版
7、社 R.R.TammulaR.R.Tammula等编著，微电子封装手册，贾松良等译校，等编著，微电子封装手册，贾松良等译校， 电子工业出版社，电子工业出版社，2001.8 2001.8 C.Y Chang, S.M.Sze, ULSI Technolony, chapter10, C.Y Chang, S.M.Sze, ULSI Technolony, chapter10, McGraw-Hill, 1995 McGraw-Hill, 1995 王先春、贾松良等，集成电路封装试验手册，电子工业出王先春、贾松良等，集成电路封装试验手册，电子工业出 版社，版社， Microsystem packa
8、ging 集成电路产业链集成电路产业链 集成电路产业（半导体产业）是影响工业发展乃至经济成长的 重要因素。 过去10年半导体产业发展和全球GDP的增长具有相当密切的联动性； 中国半导体产业的景气周期与全球经济的关联性也与日俱增。 Microsystem packaging 集成电路产业链集成电路产业链 l 集成电路产业，有一条巨大的产业链，带动了整 个电子制造业的发展 Microsystem packaging 全产业竞争链全产业竞争链 Microsystem packaging 封测产业封测产业 Microsystem packaging 中国的半导体市场中国的半导体市场 除美、日以外的第三
9、大信息产品制造国除美、日以外的第三大信息产品制造国 l 据美国半导体行业协会（据美国半导体行业协会（SIASIA）预测）预测 中国电子产品的生产值将从中国电子产品的生产值将从20022002年的年的13001300亿美亿美 元上升到元上升到20062006年的年的25202520亿美元，四年内将翻一亿美元，四年内将翻一 番番 元器件采购值四年内将增长约三倍：从元器件采购值四年内将增长约三倍：从20022002年年 的的350350亿美元上升到亿美元上升到20062006年的年的10001000亿美元亿美元 Microsystem packaging 2007年，我国已成为世界电子信息产品第一制
10、造大国 （工信部） 2004年中国IC市场占全球市场的比重仅为20.0，2007年 上升到32.4%，2011年接近40%； 中国作为全球最大的IC市场，重要性凸现。 投资来源的多样化 国家、地方政府、境外企业、私营企业、社会集资 中长期规划 核心电子器件、高端通用芯片及基础软件产品（01专项） 极大规模集成电路成套装备与关键工艺（02专项） “两弹一星”与“两件一芯” 中国的半导体市场中国的半导体市场 Microsystem packaging 中国的半导体产业中国的半导体产业 快速增长期半导体产业的投资在迅速增加快速增长期半导体产业的投资在迅速增加 l 20022002年年 2003 20
11、03年年6 6月月: :中国半导体产业合同投资额中国半导体产业合同投资额 12501250亿元亿元( (已完成投资已完成投资450450亿元亿元) )新建投产、在建、拟新建投产、在建、拟 建建6 6英寸以上英寸以上ICIC圆片厂项目圆片厂项目2222个，总投资额个，总投资额125.3125.3亿美亿美 元。元。 l 新建、在建、拟建半导体封装测试项目约新建、在建、拟建半导体封装测试项目约1010个个, ,总投总投 资额资额3030亿美元。亿美元。 l 新设立设计企业约新设立设计企业约300300家家, ,包括：包括： Motorola Motorola、IBMIBM、 CanonCanon、T
12、ITI、PhilipsPhilips、InfineonInfineon等国际大公司在华设等国际大公司在华设 立研究院或合资设计公司，投资总额已超过立研究院或合资设计公司，投资总额已超过1515亿人民亿人民 币。币。 Microsystem packaging 上海上海ICIC产业发展目标产业发展目标 Microsystem packaging Whos Who in IC PackagingWhos Who in IC Packaging In 2004 STATS merged with ChipPAC to become #3 日月光日月光 矽晶科技矽晶科技 金朋金朋 安靠安靠 新科封装新
13、科封装 测试有限测试有限 公司公司 Microsystem packaging 中国的半导体封装业中国的半导体封装业 l 中国正在成为世界中国正在成为世界ICIC封装基地之一。封装基地之一。 l 世界半导体封装产值的世界半导体封装产值的90%90%在亚洲，主要在东亚和东南亚的在亚洲，主要在东亚和东南亚的 日本、马来西亚、台湾、菲律宾、韩国。日本、马来西亚、台湾、菲律宾、韩国。 l 20062006中国大陆是第中国大陆是第4 4位。位。 l 中国的半导体封装产量年增长率约为中国的半导体封装产量年增长率约为40%40%50%50%，产值年增，产值年增 长率约为长率约为25%25%。 2011年在我
14、国集成电路设计、芯片制造和封装测试三 大产业中，封装测试业的规模仍保持最大，占整个产 业的41.25%。 Microsystem packaging 中国是世界半导体封装业的重要基地中国是世界半导体封装业的重要基地 亚洲亚洲日本日本马来西亚马来西亚台湾台湾 菲律菲律 宾宾 中国大陆中国大陆韩国韩国 200320039090% 22.9% 22.9% 1 1 17.6%17.6% 2 2 11.3% 11.3% 4 4 11.5%11.5% 3 3 5.1%5.1% 7 7 10.2%10.2% 5 5 2006200691.391.3% 17.1% 17.1% 1 1 17.0% 17.0%
15、2 2 13.0% 13.0% 3 3 11.0%11.0% 4 4 11.0%11.0% 4 4 10.5%10.5% 6 6 新加坡新加坡香港香港印尼印尼泰国泰国欧洲欧洲美洲美洲美国美国 200320037.5% 7.5% 6 6 2.2%2.2%1.1%1.1%0.7%0.7%3.2%3.2%6.8%6.8%3.9%3.9% 20062006 7.0% 7.0% 7 7 2.0%2.0%1.5%1.5%1.2%1.2%2.6%2.6%6.1%6.1%3.3%3.3% Microsystem packaging 中国的半导体封装业中国的半导体封装业 l 由上表可知：半导体封装产业主要在东亚
16、和东南亚；半导由上表可知：半导体封装产业主要在东亚和东南亚；半导 体封装产值最大的是日本和马来西亚。体封装产值最大的是日本和马来西亚。 l 20012001年中国封装产值排在第七位，到年中国封装产值排在第七位，到20062006年有可能进入并年有可能进入并 列第四位。列第四位。 l 国际上排名前十位的半导体厂，已有九个在大陆设立封装国际上排名前十位的半导体厂，已有九个在大陆设立封装 厂厂 l 世界上排名前四名的封装代加工厂都已在中国设厂世界上排名前四名的封装代加工厂都已在中国设厂.Amkor .Amkor TechnologiesTechnologies、日月光（、日月光（ ASEASE）、矽
17、品科技（）、矽品科技（SPILSPIL）、金）、金 朋（朋（ChipPac-STATSChipPac-STATS） l 我国半导体封装测试企业超过我国半导体封装测试企业超过180180家，主要机子在长三角家，主要机子在长三角 、其次为珠三角、京津环渤海地区、其次为珠三角、京津环渤海地区 l 工业急需封装测试技术人才工业急需封装测试技术人才 Microsystem packaging 2011年底，国内有一定规模的IC封装测试企业中，本土企业 或内资控股企业23家，其余均为外资、台资及合资企业。 集中在长江三角洲、 珠江三角洲、京津环 渤海地区 Microsystem packaging 200
18、02000年以来，已建或在建、拟建的部分封装测试年以来，已建或在建、拟建的部分封装测试 企业企业 项目项目项目类型项目类型总投资总投资 威宇科技威宇科技封装、测试封装、测试( (已投入已投入$5000$5000万万) )2 2亿美元亿美元 桐辰科技桐辰科技数膜混合，电路测试数膜混合，电路测试30003000万美元万美元 IntelIntel快闪存储器封装测试快闪存储器封装测试3 3亿美元亿美元 IBM IBM 表面分层电路和高精度芯片载体表面分层电路和高精度芯片载体3 3亿美元亿美元 Amkor Amkor 集成电路封装测试集成电路封装测试36003600万美元万美元 华威电子华威电子 集成电
19、路，封装测试集成电路，封装测试29902990万美元万美元 苏州矽品科技苏州矽品科技封装封装(SPIL) (SPIL) ，测试（京隆），测试（京隆）2 2亿美元亿美元 苏州飞索苏州飞索封装、测试封装、测试1.081.08亿美元亿美元 Microsystem packaging 国内正在建或扩建的大型半导体封装测试企业国内正在建或扩建的大型半导体封装测试企业 单位单位 扩产产品扩产产品投资投资扩产产能扩产产能 北京瑞萨四通北京瑞萨四通 ICIC、TrTr50005000万块万块/ /月月 江苏长电江苏长电ICIC、TrTr7.167.16亿亿ICIC：4. 54. 5亿块亿块/ /年年 TrTr
20、：5050亿支亿支/ /年年 南通富士通南通富士通ICIC1.81.8亿亿ICIC：2 2亿块亿块/ /年年 扬州晶来扬州晶来Tr Tr 0.80.8亿亿TrTr：3535亿支亿支/ /年年 苏州国家半导体苏州国家半导体 IC IC $ 2$ 2亿亿 苏州苏州 InfineonInfineonDRAM DRAM $ 3.75$ 3.75亿亿 第一期，第一期，3 3亿块亿块/ /年年 苏州嘉盛半导体苏州嘉盛半导体 IC IC $ 1.2$ 1.2亿亿 Microsystem packaging 20022002年国内销售额过亿元的年国内销售额过亿元的ICIC封装企业封装企业1818个个 l 国内
21、目前封装年产值过国内目前封装年产值过 10 10 亿元的有亿元的有 2 2 家（家（ MotorolaMotorola、SamsungSamsung），过），过 5 5 亿元的有亿元的有 9 9 家；家； l 年封装年封装ICIC产值超亿块的已有产值超亿块的已有 1212 家，超过家，超过 1010 亿块的亿块的 有有3 3家（江苏长电、深圳赛意法、上海金朋）；家（江苏长电、深圳赛意法、上海金朋）； l 一般国内企业的产品档次低，平均封装单价在一般国内企业的产品档次低，平均封装单价在 0.10.60.10.6元元/ /块；块； l 新型封装、特殊封装、军用品封装的平均封装单价高新型封装、特殊封
22、装、军用品封装的平均封装单价高 Microsystem packaging 序号序号企业名称企业名称 产量（万块）产量（万块） 销量（万销量（万 块）块） 销售额销售额 （亿元）（亿元） 平均单价平均单价 （元（元/ /块）块） 1 1天津摩托罗拉天津摩托罗拉 290502905029050 29050 58.54 58.54 20.15 20.15 2 2苏州三星苏州三星23000 23000 12.32 12.32 5.36 5.36 3 3 苏州日立苏州日立( (瑞萨瑞萨) ) 7.90 7.90 4 4 北京三菱四通北京三菱四通10548 10548 10548 10548 7.83
23、7.83 7.26 7.26 5 5 江苏长江苏长电电（上市）（上市） 108046108046106839 106839 6.49 6.49 0.601 0.601 6 6 深圳赛意法深圳赛意法109461 109461 109255 109255 5.93 5.93 0.543 0.543 7 7 南通富士通南通富士通 624506245062450 62450 5.81 5.81 0.930 0.930 8 8 上海金朋上海金朋 114200114200 5.61 5.61 0.491 0.491 Microsystem packaging 企业名称企业名称 产量产量销量销量销售额销售额
24、平均单价平均单价 序号序号 ( (万块万块) ) ( (万块万块) )( (亿元亿元) )( (元元/ /块块) ) 9 9无锡华晶无锡华晶 519465194651033 51033 4.43 4.43 0.868 0.868 10 10 上海松下上海松下 955895589560 9560 4.36 4.36 4.56 4.56 11 11 首钢首钢NEC NEC 664666468552 8552 3.05 3.05 3.56 3.56 12 12 上海贝岭上海贝岭 821582158083 8083 3.04 3.04 3.76 3.76 13 13 绍兴华越绍兴华越 62675626
25、7542803 42803 2.67 2.67 0.625 0.625 14 14 无锡华芝无锡华芝 31993199 2.04 2.04 6.37 6.37 15 15 苏州超微苏州超微( (飞索飞索) ) 2.02 2.02 16 16 上海阿法泰克上海阿法泰克 494034940349403 49403 1.51 1.51 0.306 0.306 17 17 西安微电子所西安微电子所 543554355450 5450 1.23 1.23 2.25 2.25 18 18 天水天水华天华天460564605646055 46055 1.10 1.10 0.239 0.239 Microsy
26、stem packaging 各类先进封装已开始大量生产各类先进封装已开始大量生产 l 国内企业生产的产品档次较低，以国内企业生产的产品档次较低，以DIPDIP、SOPSOP、QFPQFP 为主合资、独资企业生产的产品相对先进为主合资、独资企业生产的产品相对先进 生产生产PBGAPBGA的有：的有：上海上海 IntelIntel、威宇、威宇、AmkorAmkor、IBMIBM、金、金 朋；朋；天津天津 MotorolaMotorola、苏州飞索、三星、矽品、苏州飞索、三星、矽品(SPIL)(SPIL)、 深圳深圳赛意法赛意法 生产生产CSPCSP的有：的有：IntelIntel、飞索、三星等、
27、飞索、三星等 多层叠式封装：多层叠式封装：IntelIntel、飞索、三星、矽品、飞索、三星、矽品 即将生产即将生产BGABGA、CSPCSP的有：苏州英飞凌的有：苏州英飞凌(Infineon)(Infineon)、江、江 苏长电、南通苏长电、南通- -富士通等富士通等 Microsystem packaging 国内大学的封装研究与教育国内大学的封装研究与教育 l TsH Univ.TsH Univ.， 主要进行系统级封装、微系统封装的设计与技术研究主要进行系统级封装、微系统封装的设计与技术研究 ，已经开展了圆片级封装、倒装焊凸点、，已经开展了圆片级封装、倒装焊凸点、MEMSMEMS微麦克微
28、麦克 风、无铅焊料、以及封装时效分析等方面的研究。风、无铅焊料、以及封装时效分析等方面的研究。 材料系，主要进行封装材料及多层基板的研究；力学材料系，主要进行封装材料及多层基板的研究；力学 系；清华大学系；清华大学- -伟创力联合实验室。伟创力联合实验室。 l HUSTHUST、HITHIT、BUSTBUST、FDUFDU、SJTUSJTU、CSUCSU、DUTDUT、etc etc l SIMITSIMIT、IMRIMR Microsystem packaging 课程开设意义课程开设意义 1. 1. 封装是半导体三大产业之一：封装是半导体三大产业之一： ICIC设计；芯片制造；设计；芯片制
29、造； 封装测试。在目前中国，封装测试业的产值已占整个半封装测试。在目前中国，封装测试业的产值已占整个半 导体产值的导体产值的70%70%以上。以上。 封装测试封装测试 70% IC制造制造 17% IC设计设计 13% 我国集成电路的年消费将我国集成电路的年消费将 达到达到932亿美圆，约占世亿美圆，约占世 界市场的界市场的20% 每年全国大约需要每年全国大约需要180亿片集成电路，但我们自己制造，亿片集成电路，但我们自己制造， 特别是封装的不到特别是封装的不到20% Microsystem packaging 课程开设的意义课程开设的意义 2.2.微电子封装是器件的基本组成部分：微电子封装是
30、器件的基本组成部分： 芯片封装芯片封装 器件器件（封装工艺）（封装工艺） 传统集成电路，封装的成本相对较低；但是在某些器件中，传统集成电路，封装的成本相对较低；但是在某些器件中， 封装成本已接近器件成本的封装成本已接近器件成本的1/21/2； 在在MEMS/MEMS/微系统中，封装可能比芯片制造更加困难，成本可微系统中，封装可能比芯片制造更加困难，成本可 能上升为能上升为70%70%90%90%； 封装已经成为新器件商业化的瓶颈。封装已经成为新器件商业化的瓶颈。 3.3.器件失效中，约有器件失效中，约有1/31/3与封装有关。与封装有关。 器件破坏性物理分析（器件破坏性物理分析（DPADPA）
31、试验中的不合格品，约有）试验中的不合格品，约有1/21/2与与 封装有关。封装有关。 Microsystem packaging 课程开设的意义课程开设的意义 4.4.封装技术是一门综合性、多学科的高技术涉及：材料、力封装技术是一门综合性、多学科的高技术涉及：材料、力 学、电子、热学、可靠性等从产业的角度出发，需要多学学、电子、热学、可靠性等从产业的角度出发，需要多学 科交叉的综合人才。科交叉的综合人才。 l材料材料 l半导体工艺半导体工艺 l介质薄膜介质薄膜 l金属金属 l封装封装 l设计与可靠性等设计与可靠性等 Microsystem packaging 32 多学科交叉（多学科交叉（I
32、I） l 材料科学与工程材料科学与工程 封装体（外壳、基板封装体（外壳、基板) ) 散热片（散热片（Heat sinkHeat sink） 键合材料、封接材料键合材料、封接材料 互连材料（引线丝、焊料）互连材料（引线丝、焊料） 材料与环境之间的相互作用材料与环境之间的相互作用 腐蚀、疲劳、断裂、扩散、质量传输、焊接等腐蚀、疲劳、断裂、扩散、质量传输、焊接等 l 电子工程电子工程 导体、半导体、绝缘体导体、半导体、绝缘体 有源及无源器件有源及无源器件 电源与功率管理电源与功率管理 信号传输信号传输 Microsystem packaging 33 多学科交叉（多学科交叉（IIII） l 力学与机
33、械工程力学与机械工程 应力问题应力问题 应力的产生、积累和释放应力的产生、积累和释放 应力对电性能及材料特性的影响应力对电性能及材料特性的影响 热问题热问题 热的产生、传输热的产生、传输 对电性能及材料特性的影响对电性能及材料特性的影响 热力影响热力影响 Microsystem packaging 34 多学科交叉（多学科交叉（IIIIII） l 工业工程（系统工程）工业工程（系统工程） o可靠性可靠性 老化、加速实验老化、加速实验 多因素耦合失效机理多因素耦合失效机理 o生产控制（制造业共同面临的问题）生产控制（制造业共同面临的问题） 质量控制质量控制 Microsystem packagi
34、ng 35 多学科交叉（多学科交叉（IVIV） l 目前的趋势是集成电路芯片成本下降，导致封装目前的趋势是集成电路芯片成本下降，导致封装 的成本在元件成本中的比例开始提升；的成本在元件成本中的比例开始提升； l 由于信号速度、成本、可靠性等方面的原因，封由于信号速度、成本、可靠性等方面的原因，封 装设计变得比以前更为重要；多学科交叉成为封装设计变得比以前更为重要；多学科交叉成为封 装设计成功的关键因素。装设计成功的关键因素。 Microsystem packaging 绪论绪论- -芯片封装的发展现状与趋势芯片封装的发展现状与趋势 什么是封装，为什么要封装（什么是封装，为什么要封装（*） 封装
35、的发展史封装的发展史 常见的封装术语（常见的封装术语（*） 封装的分类（封装的分类（*） 封装公司，市场，发展趋向的介绍封装公司，市场，发展趋向的介绍 绪论目的绪论目的 Microsystem packaging Microsystem packaging 什么是封装技术什么是封装技术 l 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 上不知，粘贴固定及连接，引出接线端子并通过可塑性绝缘介上不知，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，构成整体立体结构的工艺。质灌封固定，构成整体立体结构的工艺。 l 封装给管芯
36、（芯片）和印制电路板（封装给管芯（芯片）和印制电路板（PWB）之间提供电互连、）之间提供电互连、 机械支撑、机械和环境保护及导热通道。机械支撑、机械和环境保护及导热通道。 Microsystem packaging 什么是封装技术什么是封装技术 ICIC封装的定义封装的定义 l ICIC封装是微电子器件两个基本组成部分之一：芯片（管芯封装是微电子器件两个基本组成部分之一：芯片（管芯 ）+ + 封装（外壳）封装（外壳） 狭义封装概念狭义封装概念 Microsystem packaging 封装的基本功能封装的基本功能 (1) (1) 电源分配电源分配 (2) (2) 信号分配信号分配 (3) (
37、3) 热耗散：使结温处于控制范围之内热耗散：使结温处于控制范围之内 (4) (4) 防护：对器件的芯片和互连进行机械、电磁、防护：对器件的芯片和互连进行机械、电磁、 化学等方面的防护化学等方面的防护 电互连和线间电隔离电互连和线间电隔离 封封 装装 的的 四四 种种 主主 要要 功功 能能 Microsystem packaging 封装对芯片性能的影响封装对芯片性能的影响 41 The package is the bottleneck to the system performance Microsystem packaging ICIC封装基础封装基础 Microsystem packa
38、ging 封装的分级封装的分级微系统微系统 l 微系统是基于微电子学、光子学、微系统是基于微电子学、光子学、RFRF、MEMSMEMS和封装技术的和封装技术的 微小与集成系统。微小与集成系统。 l 包括消费、计算、通信、汽车等各种各样的集成功能以及包括消费、计算、通信、汽车等各种各样的集成功能以及 敏感与微机械功能。敏感与微机械功能。 Microsystem packaging 封装的分级封装的分级微系统微系统 1.1. 微电子：微电子：第一次技术第一次技术 浪潮浪潮 2.2. 射频（射频（RFRF）和无线）和无线： 第二次技术浪潮第二次技术浪潮 3.3. 光子学：光子学：的三次技术的三次技术
39、 浪潮浪潮 4.4. 微机械机电系统（微机械机电系统（ MEMSMEMS）：）：第四次技术第四次技术 浪潮浪潮 Microsystem packaging 封装的分级封装的分级 系统封装系统封装 Microsystem packaging 封装的分级封装的分级微系统封装微系统封装 IC wafer IC packaging PCB system 零级封装：芯片上的互连零级封装：芯片上的互连 一级封装：器件级封装一级封装：器件级封装 二级封装：二级封装：PCB (PWB)PCB (PWB)级封装；级封装； 三级封装：分机柜内母板的组装；三级封装：分机柜内母板的组装； 四级封装：分机柜四级封装：分
40、机柜 Microsystem packaging 封装的分级封装的分级微系统封装微系统封装 本课程讨论的封装是主要是指本课程讨论的封装是主要是指 “一级封装一级封装”，即，即ICIC器器 件的封装与二级封装，即件的封装与二级封装，即PCBPCB封装。封装。 Microsystem packaging SingulationMoldingSolder Ball Attach 一级封装一级封装Packaging Process SawingWire Bonding Die Die Attach Wafer Wire PackingFinal Test Solder Ball Molding Com
41、pound Wafer 切割切割贴片贴片打线打线 ;引线节距不断缩小引线节距不断缩小 引线布置从封装的两侧发展到封装的四周到封引线布置从封装的两侧发展到封装的四周到封 装的底面装的底面 这使单位封装体积的硅密度和引线密度都大大提高这使单位封装体积的硅密度和引线密度都大大提高 Microsystem packaging IC(电子电子)封装发展封装发展 封装密度封装密度 面阵列面阵列 薄和轻以及可加工的圆片级封装薄和轻以及可加工的圆片级封装. Microsystem packaging 封装的分类封装的分类 封装分类有很多标准封装分类有很多标准 1. IC芯片的数目芯片的数目 2. 封装的材料封
42、装的材料 3. IC元件与电路板的结合方式元件与电路板的结合方式 4. 管脚分布状态管脚分布状态 5. 封装的外貌封装的外貌 。 Microsystem packaging 1. 按封装中组合的芯片数分类按封装中组合的芯片数分类 单晶片封装（单晶片封装（Single Chip Package,SCP) 多晶片模组封装多晶片模组封装(Multichip Module,MCM) Microsystem packaging 1. 按封装中组合的芯片数分类按封装中组合的芯片数分类 集成电路芯片的数目集成电路芯片的数目 单芯片封装（单芯片封装（Single chip packages, SCP) 多芯片
43、封装（多芯片封装（Multichip packages, MCP) 多芯片组件（多芯片组件（Multichip Module, MCM) 通常通常MCP指层次较低的多芯片封装，而指层次较低的多芯片封装，而MCM指层次指层次 较高的多芯片封装较高的多芯片封装 Microsystem packaging 按封装材料划分为：按封装材料划分为： 金属封装 陶瓷封装 塑料封装 金属封装主要用于军工或航天技术，无商业金属封装主要用于军工或航天技术，无商业 化产品；化产品； 陶瓷封装优于金属封装，也用于军事产品，陶瓷封装优于金属封装，也用于军事产品， 占少量商业化市场；占少量商业化市场； 塑料封装用于消费电
44、子，因为其成本低，工塑料封装用于消费电子，因为其成本低，工 艺简单，可靠性高而占有绝大部分的市场份艺简单，可靠性高而占有绝大部分的市场份 额；额； 2. 按封装的材料来分类按封装的材料来分类 Microsystem packaging 2. 按封装的材料来分类按封装的材料来分类 按主要使用材料来分按主要使用材料来分 裸芯片裸芯片 金属封装金属封装 陶瓷封装陶瓷封装 1% 1% 2 % 2 % 塑料封装塑料封装 92 % 92 % l 历史的发展过程：最早是金属封装，然后是陶瓷历史的发展过程：最早是金属封装，然后是陶瓷 封装，最后是塑料封装。封装，最后是塑料封装。 6% 6% 7% 7% CQF
45、P Microsystem packaging 2. 按封装的材料来分类按封装的材料来分类 金属封装基本工艺金属封装基本工艺 陶瓷封装（陶瓷封装（Ceramic Package) 塑料封装塑料封装(Plastic Package) Microsystem packaging 2. 按封装的材料来分类按封装的材料来分类 按封装的气密性：按封装的气密性： l 金属和陶瓷封装是气密封装，塑料封装是非气密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。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，如 军用、宇航等军用、宇航等 塑料封装只能
46、用于塑料封装只能用于 “ “不太严酷不太严酷”的环境；的环境； 金属、陶瓷封装是金属、陶瓷封装是 “空封空封”，封装不与芯片表面，封装不与芯片表面 接触，塑封是接触，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（ HICHIC），部分军品及需空封器件。），部分军品及需空封器件。 Microsystem packaging 3. 按按IC元件与电路板结合方式分类元件与电路板结合方式分类 ICIC的封装按照器件使用时的组装方的封装按照器件使用时的组装方 式（二级封装）可分为：式（二级封装）可分为： l通孔插装式通孔插装式 PTH PTH
47、（Pin through Pin through holehole） l表面安装式表面安装式 SMT SMT （Suface mount Suface mount technologytechnology） Microsystem packaging 3. 按按IC元件与电路板结合方式分类元件与电路板结合方式分类 目前表面安装式封装已占目前表面安装式封装已占IC封装总量的封装总量的(70 80)%。 Microsystem packaging 表面贴装元件表面贴装元件SMC(SMD)SMC(SMD) Microsystem packaging SMTSMT优点优点 组装密度高、产品体积小、重量
48、轻。一般体积缩小组装密度高、产品体积小、重量轻。一般体积缩小 40%60%，重量减轻，重量减轻60%80% 可靠性高，抗振能力强。可靠性高，抗振能力强。 高频特性好，减少了电磁和射频干扰高频特性好，减少了电磁和射频干扰。 易于实现自动化，提高生产效率。易于实现自动化，提高生产效率。 Microsystem packaging 封装技术的第一次重大变革封装技术的第一次重大变革 表面贴装技术表面贴装技术 插装技术插装技术 20世纪世纪70年代中期年代中期 Microsystem packaging 一级封装的主要类型一级封装的主要类型 lSMT 一一 级级 封封 装装 的的 各各 种种 类类 型型
49、 lTHT Microsystem packaging 典型传统封装类型典型传统封装类型 l DIP(双列直插封装双列直插封装) 是最早的封装类型是最早的封装类型,引脚数引脚数848.铜引线框连出引脚铜引线框连出引脚. lSOP(小外形封装小外形封装) 比比DIP更节省空间更节省空间,引脚不采用直插式引脚不采用直插式,更适合于表面安装更适合于表面安装 技术进行贴装技术进行贴装. lQFP(四边引脚扁平封装四边引脚扁平封装) 芯片四周都有引线框芯片四周都有引线框,一般引脚数一般引脚数48128，最多可达，最多可达304. 周边型封装周边型封装: Microsystem packaging DIP
50、(Dual in-line package)-双列直插式封装双列直插式封装 几种现代常见的封装术语几种现代常见的封装术语 Microsystem packaging IC芯片芯片 引线架引线架 导线丝导线丝 铝膜铝膜 外引线外引线 封装树脂封装树脂 塑料基板塑料基板 塑料封装塑料封装DIP工艺工艺 导电粘胶导电粘胶 超声键合可在较低的温度下使金属丝发生塑性变形，超声键合可在较低的温度下使金属丝发生塑性变形， 完成固相结合。完成固相结合。 引线键合引线键合 成本较低成本较低 Microsystem packaging 几种现代常见的封装术语几种现代常见的封装术语 DIP(Dual in-line
