1、1一、封装工艺一、封装工艺二、芯片互连二、芯片互连三、封装材料三、封装材料四、封装类型四、封装类型第第8章章芯片封装与装配技术芯片封装与装配技术2 封装是封装是IC芯片生产完成后不可缺少的一道工序，是器芯片生产完成后不可缺少的一道工序，是器件到系统的桥梁。封装环节对微电子产品的质量和竞争力件到系统的桥梁。封装环节对微电子产品的质量和竞争力都都有极大的影响。封装主要有以下功能：功率分配（电源分有极大的影响。封装主要有以下功能：功率分配（电源分配）、信号分配、散热通道、环境保护及机械支撑。配）、信号分配、散热通道、环境保护及机械支撑。3封装工艺封装工艺 IC封装步骤因产品而异，但其基本流程是不会有
2、大的变封装步骤因产品而异，但其基本流程是不会有大的变化的。化的。1Laminater（贴膜）（贴膜） 用辊轴采取适当力用辊轴采取适当力度在晶圆的正面贴上一度在晶圆的正面贴上一层保护膜（通常为蓝色层保护膜（通常为蓝色的紫外光贴膜）以防止的紫外光贴膜）以防止具有在打磨时受到污染具有在打磨时受到污染 或磨损电路。或磨损电路。42.Backlap/Grinding（背面打磨）（背面打磨） 对晶圆进行打磨，把晶圆的厚度磨至需求厚度，通常对晶圆进行打磨，把晶圆的厚度磨至需求厚度，通常达到晶圆厚度为达到晶圆厚度为230m、320m、80m，而电路本，而电路本身基本为身基本为10m的程度。的程度。563Tap
3、e remove（去膜）（去膜） 给给UV tape照射适当的紫外光以消除粘性，再利用照射适当的紫外光以消除粘性，再利用remove tape将其揭开。将其揭开。4Tape mount（贴膜）（贴膜） 为了防止在切割时晶为了防止在切割时晶圆发生分裂影响后续工艺，圆发生分裂影响后续工艺，用胶膜和钢圈把晶圆固定用胶膜和钢圈把晶圆固定起来。起来。75Sawing/Dicing（切割）（切割） 沿晶圆上的沿晶圆上的street，用金刚石切刀切至，用金刚石切刀切至wafer厚度的厚度的95%，使其分裂成独立的芯片。将切刀装在高速旋转的轴，使其分裂成独立的芯片。将切刀装在高速旋转的轴上，靠机械力量将上，靠
4、机械力量将wafer划开。划开。86Inspection（检测）（检测） 用高倍显微镜检查出不良的用高倍显微镜检查出不良的die，目的是减少后续工序，目的是减少后续工序的次品。的次品。7Die attach（芯片粘贴）（芯片粘贴） 利用粘合剂把利用粘合剂把die和和lead frame粘贴在一起，以保证粘贴在一起，以保证两者之间电气、机械的可靠连接。在两者之间电气、机械的可靠连接。在die attach前须对切前须对切割好的割好的wafer进行紫外光照射，目的是减小胶膜的粘性，进行紫外光照射，目的是减小胶膜的粘性，以方便将以方便将die从胶膜上取走。从胶膜上取走。9108Oven cure（烘
5、赔）（烘赔） 采用高频加热方式，对粘贴上采用高频加热方式，对粘贴上die的的lead frame在烘在烘培箱中进行分段加热，使粘合剂固化。培箱中进行分段加热，使粘合剂固化。119Wire bonding（WB，金线键合），金线键合） 用高纯度的金线或铝线把用高纯度的金线或铝线把die上的焊点和上的焊点和lead frame上的引线连接起来，使上的引线连接起来，使die同外部电路导通。在同外部电路导通。在WB之前会之前会先用等离子气体冲击先用等离子气体冲击die和和lead frame表面，除去杂质。表面，除去杂质。1210Inspection（检测）（检测） 用低倍显微镜检查出不良的用低倍显微
6、镜检查出不良的W/B产品。产品。1311Molding（压模）（压模） 为了防止周遭环境对为了防止周遭环境对die的影响，用的影响，用EMC将将W/B后的后的产品封装起来，完成后的产品即可称为产品封装起来，完成后的产品即可称为package。EMC在在常温下也会缓慢固化，且水分会影响常温下也会缓慢固化，且水分会影响EMC的成型质量，所以的成型质量，所以一般一般EMC需保存在低温干燥的环境中。需保存在低温干燥的环境中。141512Mold cure（烘赔）（烘赔） 加热以加速加热以加速EMC的固化速度。的固化速度。13Plating（电镀）（电镀） 为了保护为了保护lead不受外界环境影响，在其
7、表面镀上一层不受外界环境影响，在其表面镀上一层保护膜。保护膜。14Marking/Laser（印字）（印字） 在在molding产品的正面用激光打印上代表产品名称、产品的正面用激光打印上代表产品名称、生产日期、商标、生产地之类的字样。其目的是防止不同生产日期、商标、生产地之类的字样。其目的是防止不同产产 品的混乱、根据流水码在市场中查找不良品等。品的混乱、根据流水码在市场中查找不良品等。1615Trim（引脚切割）和（引脚切割）和 Form（引脚成型）（引脚成型） trim 是将是将dambar、epodxy切除。切除。17 form是将引脚弯曲成型并使各个是将引脚弯曲成型并使各个packag
8、e独立独立化。化。1816Inspection（检验）（检验） 通过外观检测，去除不良品。通过外观检测，去除不良品。 以上的流程适用于插装型产品及引脚型的表面贴装产以上的流程适用于插装型产品及引脚型的表面贴装产品，而对于品，而对于BGA类产品由于它们不需要类产品由于它们不需要Trim、Form，所，所以工艺也不同。一个简单的以工艺也不同。一个简单的BGA产品的主要流程为产品的主要流程为 19芯片互连芯片互连 芯片互连也称为引线键合工艺，其目的是使芯片与外部芯片互连也称为引线键合工艺，其目的是使芯片与外部的封装框架间电气导通，以确保信号传递的畅通，这样才能的封装框架间电气导通，以确保信号传递的畅
9、通，这样才能发挥芯片既有的功能。发挥芯片既有的功能。1.Wire bonding（1）WB工艺流程工艺流程 W/B是将芯片上的焊点与是将芯片上的焊点与lead frame或基板上的焊或基板上的焊区用金属导线连接起来的技术。只有在区用金属导线连接起来的技术。只有在die上通过保护层暴上通过保护层暴露出的金属接触孔才能进行露出的金属接触孔才能进行bonding；这些区域称为；这些区域称为contact或者或者pad。20金线键合金线键合 示意图示意图 21WB完成剖面图完成剖面图 22（2）WB的焊接方式的焊接方式 焊接方式主要有热压焊、超声焊、金丝球焊三种。焊接方式主要有热压焊、超声焊、金丝球焊
10、三种。 热压焊是利用加热、加热压焊是利用加热、加压的方式使接触区的金属发压的方式使接触区的金属发生形变，同时破坏其上的氧生形变，同时破坏其上的氧化层，使金属丝和接触区的化层，使金属丝和接触区的金属面之间产生原子间的吸金属面之间产生原子间的吸引作用，达到互连的目的。引作用，达到互连的目的。23 超声焊是利用超声波发生器产生的能量，经过换能器引超声焊是利用超声波发生器产生的能量，经过换能器引起劈刀作机械振起劈刀作机械振动，在劈刀上同动，在劈刀上同时施加压力。在时施加压力。在机械振动和压力机械振动和压力共同作用下，铝共同作用下，铝丝和金属铝层间相互摩擦，破坏两者表面原有的极薄氧化丝和金属铝层间相互摩
11、擦，破坏两者表面原有的极薄氧化层。在施加压力的作用下实现了两个纯净金属面间的紧密接层。在施加压力的作用下实现了两个纯净金属面间的紧密接 触，达到键合的目的。触，达到键合的目的。24 金丝球焊是具有代表性的焊接技术。底座加热到金丝球焊是具有代表性的焊接技术。底座加热到300以上，金丝穿过陶瓷以上，金丝穿过陶瓷或红宝石劈刀中毛细管，用或红宝石劈刀中毛细管，用氢气火焰将金丝端头烧成球氢气火焰将金丝端头烧成球后再用劈刀将金丝球压在金后再用劈刀将金丝球压在金属电极上实现键合。属电极上实现键合。 25焊接方式焊接方式压力（牛顿）压力（牛顿）温度温度超声能量超声能量线线热压焊热压焊（T/C）0.51.5 N
12、/点点300-500C不需要不需要Au超声焊超声焊 (U/ S)0.1 N/点以上点以上25C需要需要Au、Al金丝球焊金丝球焊 ( T/S)0.070.09 N/点点100C需要需要Au三种焊接方式的其他内容作了相应的比较三种焊接方式的其他内容作了相应的比较 26（3）引线材料）引线材料 金属导线的选择会影响到焊接质量、器件可靠性等方金属导线的选择会影响到焊接质量、器件可靠性等方面。理想的材料应达到下面的要求：可与半导体材料间形成面。理想的材料应达到下面的要求：可与半导体材料间形成良好的欧姆接触；化学性能稳定；与半导体材料间有很强的良好的欧姆接触；化学性能稳定；与半导体材料间有很强的结合力；
13、导电性能良好；容易焊接；在键合过程中可保持一结合力；导电性能良好；容易焊接；在键合过程中可保持一定的形状。定的形状。 Au、Al是键合时选择的两种材料。是键合时选择的两种材料。Au的化学稳定性、的化学稳定性、抗拉性、延展性好，容易加工成丝，因此成为热压焊、金丝抗拉性、延展性好，容易加工成丝，因此成为热压焊、金丝球焊的首选材料。但因金与铝之间容易形成金属间化，球焊的首选材料。但因金与铝之间容易形成金属间化，27合物，所以在使用合物，所以在使用Au丝时要避免金铝系统。丝时要避免金铝系统。Al线具有良线具有良好的导电性，与半导体间也可形成和好的欧姆接触，成本也好的导电性，与半导体间也可形成和好的欧姆
14、接触，成本也低，但因其材质太软不易拉丝和键合，一般不采用纯铝丝。低，但因其材质太软不易拉丝和键合，一般不采用纯铝丝。标准的铝丝为加入标准的铝丝为加入1%硅的硅铝丝、加入硅的硅铝丝、加入0.51%镁的镁镁的镁铝丝。但其机械强度远比金差，且表面易氧化。是超声波键铝丝。但其机械强度远比金差，且表面易氧化。是超声波键合最常见的理想材料。合最常见的理想材料。28 焊点的形状也因材料、焊接方式的不同而分为球形和焊点的形状也因材料、焊接方式的不同而分为球形和楔形两种。楔形两种。球形球形 楔形楔形29 楔形在键合时，将底座加热至楔形在键合时，将底座加热至300C左右，劈刀加热左右，劈刀加热至至150C左右，对
15、准位置，劈刀加左右，对准位置，劈刀加2550g的压力即可的压力即可完成键合。完成键合。 球形在键合时，将底座加热至球形在键合时，将底座加热至300C左右，对准位置，左右，对准位置，劈刀加劈刀加50g左右的压力即可完成键合。左右的压力即可完成键合。方式方式工具工具线线尺寸（线径的倍数）尺寸（线径的倍数）最高速度最高速度球形球形T/C,T/S CapillaryAu 2.5- 410条线条线/秒秒楔形楔形T/S,U/S Wedge Au、Al 1.1- 25条线条线/秒秒两种焊点的适用范围及焊接情况两种焊点的适用范围及焊接情况 302.倒装焊（倒装焊（FC，Flip Chip） 倒装焊是芯片与基板
16、直接安装互连的一种方法。倒装焊是芯片与基板直接安装互连的一种方法。W/B互连法是芯片面朝上互连，而互连法是芯片面朝上互连，而FC则是芯片面朝下，芯片上则是芯片面朝下，芯片上的焊区直接的焊区直接与基板上的与基板上的焊区互连。焊区互连。31 倒装芯片起源于可控塌陷芯片互连技术。该技术首先采倒装芯片起源于可控塌陷芯片互连技术。该技术首先采用铜，然后在芯片与基板之间制作高铅焊球。铜或高铅焊球用铜，然后在芯片与基板之间制作高铅焊球。铜或高铅焊球与基板之间的连接通过易熔焊料来实现。与基板之间的连接通过易熔焊料来实现。FC不仅仅是一种高不仅仅是一种高密度芯片互连技术，它还是一种理想的芯片粘接技术，在密度芯片
17、互连技术，它还是一种理想的芯片粘接技术，在PGA，BGA和和CSP中都得到了广泛的应用。由于中都得到了广泛的应用。由于FC的互连的互连线非常短，而且线非常短，而且IO引出端分布于整个芯片表面，同时引出端分布于整个芯片表面，同时FC也适合使用也适合使用SMT的技术手段来进行批量化的生产，因此的技术手段来进行批量化的生产，因此FC 将是封装以及高密度组装技术的最终发展方向。将是封装以及高密度组装技术的最终发展方向。32（1）焊锡凸点）焊锡凸点 焊料凸点不仅起到了焊料凸点不仅起到了IC和电路板机和电路板机械互连的作用，还为两者提供了电和热械互连的作用，还为两者提供了电和热的通道。凸点由的通道。凸点由
18、UBM和焊料球两部分组和焊料球两部分组成。成。UBM是焊盘和焊球之间的金属过渡层，位于圆片钝化是焊盘和焊球之间的金属过渡层，位于圆片钝化层的上部。作为焊料球的基底，层的上部。作为焊料球的基底，UBM与圆片上的金属化层与圆片上的金属化层有着非常好的粘附特性，与焊料球之间也有着良好的润湿特有着非常好的粘附特性，与焊料球之间也有着良好的润湿特性。性。UBM在焊球与在焊球与IC金属焊盘之间作为焊料的扩散层，金属焊盘之间作为焊料的扩散层，UBM作为氧化阻挡层还起着保护芯片的作用。作为氧化阻挡层还起着保护芯片的作用。33 常用的焊锡凸点制备方法有蒸发法和电镀法。选择蒸发常用的焊锡凸点制备方法有蒸发法和电镀
19、法。选择蒸发法时，先用光刻工艺在圆片上形成法时，先用光刻工艺在圆片上形成UBM阻挡层，随后在其阻挡层，随后在其上蒸发上蒸发Sn-Pb合金焊料球，通过回流焊工艺形成球形的焊合金焊料球，通过回流焊工艺形成球形的焊料球。电镀法制备时，料球。电镀法制备时，UBM溅射到整个晶圆的表面，随后溅射到整个晶圆的表面，随后涂覆光刻胶，通过后续的光刻在焊盘处形成开口。通过电镀涂覆光刻胶，通过后续的光刻在焊盘处形成开口。通过电镀法在开口处形成焊料，剥去光刻胶，腐蚀掉暴露在外的法在开口处形成焊料，剥去光刻胶，腐蚀掉暴露在外的UBM，通过回流焊形成焊球。，通过回流焊形成焊球。 凸点高度的一致性对组装后的成品率有着很大的
20、影响，凸点高度的一致性对组装后的成品率有着很大的影响， 可利用破坏性凸点剪切强度试验来控制制备凸点工艺。可利用破坏性凸点剪切强度试验来控制制备凸点工艺。34（2）FC的填充技术的填充技术 对对FC可靠性影响最大的是芯片和基座之间可靠性影响最大的是芯片和基座之间CTE匹配匹配度，导致焊点出现裂缝。常用的解决办法是在二者之间填充度，导致焊点出现裂缝。常用的解决办法是在二者之间填充流动的环氧树脂来减小应力，可将应力减小流动的环氧树脂来减小应力，可将应力减小10倍以上。倍以上。35 倒装芯片最基本的步骤包括：制作芯片封装凸点、切倒装芯片最基本的步骤包括：制作芯片封装凸点、切片、将芯片倒装在基板或载体上
21、、芯片与基板再流焊、在片、将芯片倒装在基板或载体上、芯片与基板再流焊、在芯片与基板之间进行底部填充、老化、制作芯片与基板之间进行底部填充、老化、制作BGA焊球、将焊球、将最终的封装组装到另一块印制电路板上。最终的封装组装到另一块印制电路板上。 当前仅有少数芯片是利用当前仅有少数芯片是利用FC技术组装，但随着微电子技术组装，但随着微电子及电子封装技术的快速发展，特别是与及电子封装技术的快速发展，特别是与SMT工艺相互结合工艺相互结合后，后，FC终将会得到为迅速的发展并最终成为一种成熟的工终将会得到为迅速的发展并最终成为一种成熟的工艺技术。艺技术。363.卷带自动结合（卷带自动结合（TAB） 卷带
22、自动结合技术是先将裸体芯片以镀金或镀锡铅的突卷带自动结合技术是先将裸体芯片以镀金或镀锡铅的突块反扣结合在卷带脚架的内脚上，经自动测试后，再以卷带块反扣结合在卷带脚架的内脚上，经自动测试后，再以卷带架的外脚结合在电路板的焊垫上，这种以卷带式脚架为中间架的外脚结合在电路板的焊垫上，这种以卷带式脚架为中间载体，而将裸体芯片直接组装在载体，而将裸体芯片直接组装在 PCB上的技术，称为上的技术，称为“TAB技术技术”。3738封装材料封装材料 芯片封装需要使用的材料很多，芯片封装需要使用的材料很多，mold材料、材料、lead frame材料等。材料等。1.mold材料材料 mold材料的主要功能是将键
23、合好的芯片加以包装，避材料的主要功能是将键合好的芯片加以包装，避免外界环境对其造成影响。免外界环境对其造成影响。mold材料有塑料、陶瓷、金材料有塑料、陶瓷、金属，常用的是固态环氧树脂。属，常用的是固态环氧树脂。39（1）金属封装）金属封装 金属封装的优点是坚固耐用、导热性金属封装的优点是坚固耐用、导热性好、扛机械损伤能力强。重要的是，有电磁好、扛机械损伤能力强。重要的是，有电磁屏蔽功能，可防止外界电磁波的干扰。因此，屏蔽功能，可防止外界电磁波的干扰。因此，在军事及航空航天领域得到了广泛的应用。由于金属价格昂在军事及航空航天领域得到了广泛的应用。由于金属价格昂贵，可塑性差，不能满足多引线小型化
24、封装的要求且工艺难贵，可塑性差，不能满足多引线小型化封装的要求且工艺难度高。所以，除了小的晶体管外在民用器件方面用之甚少。度高。所以，除了小的晶体管外在民用器件方面用之甚少。 传统金属封装材料包括传统金属封装材料包括Al、Cu、Mo、W、及、及CuW 和和CuMo等。等。40（2）陶瓷封装）陶瓷封装 陶瓷材料具有良好的热导性和绝缘性能。陶瓷致密性陶瓷材料具有良好的热导性和绝缘性能。陶瓷致密性高，对水分子有很好的阻隔能力，成为气密性封装的主要材高，对水分子有很好的阻隔能力，成为气密性封装的主要材料。但因其脆性较高，易受到应力的破坏；工艺温度也很料。但因其脆性较高，易受到应力的破坏；工艺温度也很高
25、，且成本较高，故仅用于那些对可靠性要求特别高的芯高，且成本较高，故仅用于那些对可靠性要求特别高的芯片，使用范围很窄。陶瓷封装的基本流程与金属封装相似。片，使用范围很窄。陶瓷封装的基本流程与金属封装相似。41 封装对陶瓷材料的基本要求是致密性好、介电强度封装对陶瓷材料的基本要求是致密性好、介电强度高、热阻小、与金属外引线及芯片的高、热阻小、与金属外引线及芯片的CTE匹配、电阻率高。匹配、电阻率高。陶瓷外壳是根据期间要求的封装形式，将陶瓷浆料压模成陶瓷外壳是根据期间要求的封装形式，将陶瓷浆料压模成型，经过高温烧结而成的。为了方便型，经过高温烧结而成的。为了方便DA和焊接，对其外壳和焊接，对其外壳还
26、作了局部金属化处理，金属材料的选择对陶瓷外壳质量的还作了局部金属化处理，金属材料的选择对陶瓷外壳质量的影响很大。陶瓷封装的类型很多，总的来说有双列直插结构影响很大。陶瓷封装的类型很多，总的来说有双列直插结构和扁平结构两种。和扁平结构两种。42（3）塑料封装）塑料封装 用一些树脂或特殊塑料来封装芯片的方法就是塑料封用一些树脂或特殊塑料来封装芯片的方法就是塑料封装。塑料封装的散热性、气密性都较陶瓷封装和金属封装差装。塑料封装的散热性、气密性都较陶瓷封装和金属封装差一些，但它价格低、重量轻、工艺简单、可满足小型化封一些，但它价格低、重量轻、工艺简单、可满足小型化封装，且适合自动化量产，已成为封装技术
27、的主流。装，且适合自动化量产，已成为封装技术的主流。43 塑封材料必须具有以下特征：绝缘性好；温度适应能力塑封材料必须具有以下特征：绝缘性好；温度适应能力强；吸水性和渗水性很低；抗辐射能力强；强；吸水性和渗水性很低；抗辐射能力强；CTE很小；化学很小；化学稳定性好；和基板材料之间粘附性良好；致密性好；成本稳定性好；和基板材料之间粘附性良好；致密性好；成本低。用于塑封器件的材料有有机硅和树脂两大类，目前业界低。用于塑封器件的材料有有机硅和树脂两大类，目前业界是以热固性环氧树脂类为主的。是以热固性环氧树脂类为主的。 热固性环氧树脂，粘接性极好、电学性质优良、机械强热固性环氧树脂，粘接性极好、电学性
28、质优良、机械强度好、成型后收缩性小、耐化学腐蚀性好、有一定的抗辐射度好、成型后收缩性小、耐化学腐蚀性好、有一定的抗辐射抗潮湿能力，承受温度可高达抗潮湿能力，承受温度可高达150。但与硅酮树脂相比，。但与硅酮树脂相比，其高频性能和抗湿性都稍差一些。其高频性能和抗湿性都稍差一些。44 有机硅酮树脂介电性能良好、化学性能稳定，尤其在高有机硅酮树脂介电性能良好、化学性能稳定，尤其在高温、潮湿的恶劣环境下，上是以环氧树脂为主要材料，环温、潮湿的恶劣环境下，上是以环氧树脂为主要材料，环氧树脂虽为主体材料，但仅占到氧树脂虽为主体材料，但仅占到EMC总量的总量的25%30%，为了满足整体的性能需求，还需再加入
29、，为了满足整体的性能需求，还需再加入填充剂、硬化剂、加速剂、耐燃剂等多种添加剂。填充剂、硬化剂、加速剂、耐燃剂等多种添加剂。 无机填充剂常常选二氧化硅，其作用是强化封装基底、无机填充剂常常选二氧化硅，其作用是强化封装基底、降低降低CTE、提高散热能力和抗热应力的能力，无机填充剂一、提高散热能力和抗热应力的能力，无机填充剂一般占总量的般占总量的65%75%左右；耦合基常常选用硅甲烷环氧左右；耦合基常常选用硅甲烷环氧树脂或氨基硅甲烷，其作用是增加无机填充剂和树脂树脂或氨基硅甲烷，其作用是增加无机填充剂和树脂45材料间的粘结性；加速剂和硬化剂为含有胺基、酚基、酸基、材料间的粘结性；加速剂和硬化剂为含
30、有胺基、酚基、酸基、酸酐基或硫醇基的高分子树脂，它的作用是加速酸酐基或硫醇基的高分子树脂，它的作用是加速mold过过程中树脂材料的交联反应，改善程中树脂材料的交联反应，改善EMC粘滞和流变特性；粘滞和流变特性；阻燃剂以前通常选用溴化环氧树脂或氧化锑，目前，含氮、阻燃剂以前通常选用溴化环氧树脂或氧化锑，目前，含氮、磷类及金属氢氧化物的绿色环氧塑封材料、无阻燃剂型绿磷类及金属氢氧化物的绿色环氧塑封材料、无阻燃剂型绿色环氧塑封料已经走入市场，并且已经逐步主导市场领域色环氧塑封料已经走入市场，并且已经逐步主导市场领域了，阻燃剂的作用就是阻止燃烧连锁反应的发生。了，阻燃剂的作用就是阻止燃烧连锁反应的发生
31、。 46 业界正在推行无铅化，采用无铅焊工艺将使业界正在推行无铅化，采用无铅焊工艺将使EMC耐焊耐焊温度达到温度达到250-280，这对环氧塑封料的可靠性提出更高，这对环氧塑封料的可靠性提出更高的要求。回流焊温度的提高引起的气压的升高，有可能引起的要求。回流焊温度的提高引起的气压的升高，有可能引起的缺陷：环氧塑封料与模具的缺陷：环氧塑封料与模具/框架或基底之间的分层；由于框架或基底之间的分层；由于压力过高引起的环氧塑封料或硅片的开裂。因此，必须进行压力过高引起的环氧塑封料或硅片的开裂。因此，必须进行配方的调整，以满足半导体封装成型工艺的要求。配方的调整，以满足半导体封装成型工艺的要求。 塑封器
32、件由于材料本身以及封装工艺方面的优势，应用塑封器件由于材料本身以及封装工艺方面的优势，应用非常广泛，产品类型也是相当丰富，如非常广泛，产品类型也是相当丰富，如PDIP、PLCC、PQFP、PBGA等。等。472.lead frame材料材料 IC封装的两个主要类别是引线框架式封装和基板式封封装的两个主要类别是引线框架式封装和基板式封装，引线框架封装技术已经相当成熟，应用范围也很广泛，装，引线框架封装技术已经相当成熟，应用范围也很广泛，主要用于引线键合互连的芯片。主要用于引线键合互连的芯片。48 引线框架是芯片散热、导电的途径，芯片业靠其来机械引线框架是芯片散热、导电的途径，芯片业靠其来机械支撑
33、。引线框架应具有高热传导性、高导电性、足够的机械支撑。引线框架应具有高热传导性、高导电性、足够的机械强于良好的成型性、易焊接、抗腐蚀、耐热等特性。引线框强于良好的成型性、易焊接、抗腐蚀、耐热等特性。引线框架的材料主要有架的材料主要有Alloy42和铜合金两大类。和铜合金两大类。材料材料CTEppm/热导率热导率W/m电导率电导率%ICAS强度强度GPaAlloy42 (Fe58-Ni42)4.315.8930.64铜合金铜合金16.517.715038030920.340.62引脚框架材料的特性比较引脚框架材料的特性比较 49 Alloy42与硅和氧化铝的与硅和氧化铝的CTE相当匹配，又有良好
34、的强相当匹配，又有良好的强度和韧性，且无需镀镍便可电镀，因此广泛应用于封装中。度和韧性，且无需镀镍便可电镀，因此广泛应用于封装中。对于铜合金，因为它的对于铜合金，因为它的CTE与与EMC的的CTE非常接近而成为非常接近而成为塑封器件的常选塑封器件的常选LEAD FRAME材料。材料。材料材料Alloy42 (Fe58-Ni42)铜合金铜合金应用应用DRAM /SRAM / FlashMain DRAM：sTSOP / TSOP DDP优点优点工艺简单、不易变形工艺简单、不易变形良好的电、热传导性良好的电、热传导性缺点缺点热传导率低、电导率低热传导率低、电导率低容易氧化、可塑性差、易变形容易氧化
35、、可塑性差、易变形 两种材料的优缺点比较两种材料的优缺点比较 50封装类型封装类型 芯片的封装类型已经历了插针式、表贴式、阵列式、多芯片的封装类型已经历了插针式、表贴式、阵列式、多芯片式等好几代的变迁。从芯片式等好几代的变迁。从DIP、QFP、PGA、BGA到到MCM，技术指标一代比一代先进，包括芯片面积与封装面，技术指标一代比一代先进，包括芯片面积与封装面积之比越来越接近于积之比越来越接近于1，适用频率变高，耐温性能变强，引，适用频率变高，耐温性能变强，引脚数增多、间距减小，重量减小，可靠性提高等等。脚数增多、间距减小，重量减小，可靠性提高等等。51521.插针式插针式 插针式的按外形结构来
36、分，有插针式的按外形结构来分，有TO、SIP 、DIP和和PGA 等。这些封装不断缩小，又形成多种小外形封装。等。这些封装不断缩小，又形成多种小外形封装。 （1）TO型封装（晶体管外形封装）型封装（晶体管外形封装） 最早的是最早的是TO型的金属封装晶体管，现在也有塑料封装型的金属封装晶体管，现在也有塑料封装的的TO型器件。随着引脚的增多，型器件。随着引脚的增多，TO型也应用在型也应用在IC芯片芯片上，上，但由于金属不满足小型化的需求，所以现在但由于金属不满足小型化的需求，所以现在TO型的一般只型的一般只用在晶体管上。用在晶体管上。53（2）SIP与与DIP型封装型封装 SIP通常用于薄膜混合集
37、成电路，工艺简单，很适于多通常用于薄膜混合集成电路，工艺简单，很适于多品种、小批量的混合集成电路及品种、小批量的混合集成电路及PWB基板，还便于逐个更基板，还便于逐个更换和返修。常见的是换和返修。常见的是PSIP。 DIP是上个世纪六十年代的具有代表性封装类型，在表是上个世纪六十年代的具有代表性封装类型，在表贴元件出现之前是贴元件出现之前是MSI、SSI的主导封装，至今仍用于很多的主导封装，至今仍用于很多常见的常见的SSI。其引脚个数可从。其引脚个数可从464个，引脚间距有个，引脚间距有2.54mm和和1.78mm两种。两种。DIP有有CDIP、PDIP、 SDIP等。等。54 CDIP结构简
38、单，有底座、盖板、引线框架三部分。底结构简单，有底座、盖板、引线框架三部分。底座和盖板座和盖板CDIP有良好的机械、电性能，可靠性高，引脚有良好的机械、电性能，可靠性高，引脚间距一般为间距一般为2.54mm，体积较大。，体积较大。 PDIP生产效率高、工艺简单、成本低，但气密性差，生产效率高、工艺简单、成本低，但气密性差，屏蔽能力弱，不能长期工作在潮湿的环境下。用于制造屏蔽能力弱，不能长期工作在潮湿的环境下。用于制造PDIP的环氧树脂材料要具备以下特性：的环氧树脂材料要具备以下特性：CTE与其它材料相与其它材料相匹配；在匹配；在-65150的环境下能正常工作；物理、化学性的环境下能正常工作；物
39、理、化学性能良好；绝缘性好；能快速固化；辐射性杂质的含量要低。能良好；绝缘性好；能快速固化；辐射性杂质的含量要低。55（3）PGA封装封装 PGA是在是在DIP、SIP的基础上为了解决高的基础上为了解决高I/O引脚数引脚数和降低封装面积而设计的。和降低封装面积而设计的。PGA的引脚是以的引脚是以2.54mm的间的间距在封装底面上成阵列分布，所以其距在封装底面上成阵列分布，所以其I/O数可高达上百个到数可高达上百个到成千个。成千个。PGA是气密性封装，可靠性高。是气密性封装，可靠性高。但制作工艺复杂、成本高，仅适用于对但制作工艺复杂、成本高，仅适用于对可靠性要求非常高的军用产品。可靠性要求非常高
40、的军用产品。PGA的的引脚排列为后来的引脚排列为后来的BGA以及以及QFP提供了提供了 很大的帮助。很大的帮助。562.表贴式表贴式 由于直插式元件是无法在由于直插式元件是无法在PWB板上进行表面安装的，板上进行表面安装的，所以要对其进行改良，上个世纪所以要对其进行改良，上个世纪80年代，表贴元件就已经年代，表贴元件就已经广泛应用在各个领域了。广泛应用在各个领域了。57（1）SOT封装封装 SOT原是用来代替混合集成电路的芝麻管，安装在混原是用来代替混合集成电路的芝麻管，安装在混合集成电路陶瓷基板上。随着合集成电路陶瓷基板上。随着SMT技术的发展，更多的技术的发展，更多的SOT已经用于已经用于
41、PWB安装上了。安装上了。58SOT23SOT89SOT143外形外形外形尺寸外形尺寸（mm）功耗功耗150300mW0.32W150300mW应用领域应用领域二极管二极管小功率晶体管小功率晶体管场效应晶体管场效应晶体管带电阻网络的复带电阻网络的复合晶体管合晶体管硅功率表面安硅功率表面安装晶体管装晶体管场效应晶体管场效应晶体管高频晶体管高频晶体管1 . 18 . 29 . 21 . 15 . 20 . 35 . 11 . 45 . 4几种常见几种常见 的的SOT 59（2）SOP型封装型封装 SOP是将是将DIP的引脚弯曲成的引脚弯曲成90度所得，其外形尺寸、度所得，其外形尺寸、重量都比重量都
42、比DIP小得多。引脚向外弯曲成鸥翼型的称为小得多。引脚向外弯曲成鸥翼型的称为SOP，向内弯曲成向内弯曲成J型的称为型的称为SOJ。相对。相对SOJ，SOP较容易安装，较容易安装，但占用面积也大。在各类表贴元件中，但占用面积也大。在各类表贴元件中，SOP、SOJ的数量最的数量最大，主要用于大，主要用于MSI、SSI封装，封装，I/O引脚数较少的引脚数较少的LSI也会也会采用采用SOP类封装。类封装。SOP有普通有普通SOP、TSOP、SSOP、VSOP等。等。6061引脚间距（引脚间距（mm）引脚个数引脚个数外形尺寸（外形尺寸（mm）SOP1.276426.05*5.7227.64*15.24S
43、SOP1.0，0.8，0.65，0.510725.0*5.7229.0*15.24TSOP0.65，0.5，0.4，0.316766.0*7.6228.57*18.4SOJ1.2716407.6*8.9 几种几种SOP类封装的尺寸参数类封装的尺寸参数 62（3）PLCC封装封装 PLCC是上个世纪是上个世纪70年代针对年代针对LSI开发的封装类型，四开发的封装类型，四边引脚呈边引脚呈J性，向封装体下弯曲，所以安装密度高。引脚是性，向封装体下弯曲，所以安装密度高。引脚是用用Cu合金做成的，导电、热性能都很好，且引脚具有一定合金做成的，导电、热性能都很好，且引脚具有一定的弹性，这样可缓冲焊接时由于
44、引脚和的弹性，这样可缓冲焊接时由于引脚和PWB板的板的CTE不一不一致所产生的应力。致所产生的应力。 外形上，外形上，PLCC有矩形和方形两种。矩形的引脚数有有矩形和方形两种。矩形的引脚数有18、28、32等，方形的引脚数有等，方形的引脚数有20、28、44、52、 68、84、100、124等，引脚间距为等，引脚间距为1.27mm。6364（4）LCCC型封装型封装 LCCC是没有引脚的，在陶瓷封装体的四周有城堡式的是没有引脚的，在陶瓷封装体的四周有城堡式的镀镀Au凹槽，可直接焊到凹槽，可直接焊到PWB板的插座上。其寄生电感和寄板的插座上。其寄生电感和寄生电容小，适于高频、高速的生电容小，适
45、于高频、高速的LSI芯片，有良好的电性能、芯片，有良好的电性能、热性能、耐腐蚀性，可以可靠的工作在恶劣的环境下，所以热性能、耐腐蚀性，可以可靠的工作在恶劣的环境下，所以常用于军事和高科领域。常用于军事和高科领域。65 LCCC的引脚间距有的引脚间距有1.27mm、1.0mm、0.65mm、0.635mm、0.5mm等。等。LCCC有矩形和方有矩形和方形两种。矩形的引脚数有形两种。矩形的引脚数有18、28、42等，方形的引脚数有等，方形的引脚数有16、24、44、64、84、100、196、240、256等。等。 在使用在使用LCCC时，若直接将器件焊接在电路板上，如果时，若直接将器件焊接在电路
46、板上，如果封装与电路板之间的封装与电路板之间的CTE不匹配，会引起焊点开裂。加上引不匹配，会引起焊点开裂。加上引脚，就可防止开裂。于是有了有引线陶瓷芯片载体，引线是脚，就可防止开裂。于是有了有引线陶瓷芯片载体，引线是附加在城堡中的。但由于其工艺复杂、制造成本高、不适合附加在城堡中的。但由于其工艺复杂、制造成本高、不适合大量生产，所以使用很少。大量生产，所以使用很少。66（5）QFP封装封装 为了满足为了满足LSI、VLSI高高I/O引引数以及数以及SMT高密度、高性能、多功高密度、高性能、多功能、高可靠性的需求，开发了能、高可靠性的需求，开发了QFP。QFP的有鸥翼形、的有鸥翼形、J形。形。
47、PQFP，使用最广泛、价格最低的，使用最广泛、价格最低的QFP，占，占QFP总量的总量的90%以上。引脚间距有以上。引脚间距有1.0mm、0.8mm和和0.65mm。 CQFP，价格较高的气密性，价格较高的气密性QFP，多用于军事装备和航，多用于军事装备和航天设备的尖端高科产品中。引脚间距有天设备的尖端高科产品中。引脚间距有1.27mm、671.0mm、0.8mm和和0.635mm。 TQFP，适用于薄型的电子产品，最小封装厚度可达，适用于薄型的电子产品，最小封装厚度可达1.4mm或更薄。引脚间距有或更薄。引脚间距有0.5mm、0.4mm和和0.3mm。 FQFP，引脚间距为，引脚间距为0.5
48、mm、0.4mm和和0.3mm。翼形引脚翼形引脚QFP的引脚比较纤细，在包装、运输、测试等过程的引脚比较纤细，在包装、运输、测试等过程中容易损坏或破坏共面性。中容易损坏或破坏共面性。 BQFP，其特点是四角有突出的缓冲垫，它比引脚长约，其特点是四角有突出的缓冲垫，它比引脚长约0.05mm，保护了引脚免受损坏。，保护了引脚免受损坏。683.BGA （Ball Grid Array） BGA即球栅阵列，它是在基板的下面按阵列方式引出球即球栅阵列，它是在基板的下面按阵列方式引出球型引脚。当型引脚。当IC的频率超过的频率超过100MHz时，传统封装方式可能时，传统封装方式可能会产生会产生“Crosst
49、alk”现象，而当现象，而当IC的管脚数大于的管脚数大于208 Pin时，传统的封装方式有其困难度。因此，除使用时，传统的封装方式有其困难度。因此，除使用QFP封装方封装方式外，现今大多数的高脚数芯片皆转而使用式外，现今大多数的高脚数芯片皆转而使用BGA封装技术。封装技术。 目前市场上的目前市场上的BGA主要有塑料焊球阵列封装（主要有塑料焊球阵列封装（PBGA)，陶瓷焊球阵列封装陶瓷焊球阵列封装(CBGA)，金属球栅阵列封，金属球栅阵列封 装（装（MBGA），载带焊球阵列封装），载带焊球阵列封装(TBGA)，带散热，带散热69器焊球阵列封装器焊球阵列封装(EBGA)，金属焊球阵列封装，金属焊球
50、阵列封装(Metal BGA)，倒装芯片焊球阵列封装，倒装芯片焊球阵列封装(FCBGA)，小间距焊球阵，小间距焊球阵列封装列封装(FPBGA)，小型球栅阵列封装（，小型球栅阵列封装（Tiny BGA）等）等70（1）PBGA (塑料球栅阵列封装塑料球栅阵列封装) PBGA中的焊球是做在中的焊球是做在PWB基板上的，在基板上的，在DA和和WB后后进行进行MOLD。PWB一般为一般为2-4层有机材料构成的多层板。层有机材料构成的多层板。PBGA封装用的焊球材料是共晶或准共晶封装用的焊球材料是共晶或准共晶Pb-Sn合金。合金。 PBGA的优点是：与环氧树脂电路板的的优点是：与环氧树脂电路板的CTE很
