集成电路的封装工艺与技术.pptx

集成电路 封装工艺与技术 韩 焱 CONTENT 封装材料 金属 陶瓷 塑料 工艺流程 FOL EOL 封装技术 TSOP BGA CSP 封装材料 金属封装材料 陶瓷封装材料 塑料封装材料 金属封装材料 金属的热导率和强度较高、加工性能好，因此较早被运用到封装材 料中。 传统金属 Al和Cu 热导率高、易加工，但热膨胀系数与硅相差较大，器件因较大热应力而失效。 W 热导率高、热膨胀系数与硅相近，但与硅的浸润性差、焊接性差，且成本较高。 新型金属 Si-Al-C合金 提高硅含量，可降低热膨胀系数和合金密度；硅颗粒较小时，合金的抗弯曲强度 高。 Cu-C 纤维纵向热导率高，热膨胀系数很小，因此具有优异的热性能，且有明显的各向异 性。 陶瓷封装材料 陶瓷封装材料主要包括：Al2O3、SiC以及AlN 三种，Al2O3是目前应用最成熟的陶瓷封装材 料。 Al2O3 优点：有好的绝缘性，好的化学稳定性和力学性 能，价格低 缺点：热膨胀系数和介电常数比硅高，且热导率 较低，限制其在高频、高功率封装领域的应用 SiC 优点：热导率很高，热膨胀系数较低，电绝缘性 能好，强度高。 缺点：介电常数太高，只能用于低频封装 AlN 优点：电性能和热性能优良，可用于高功率、大 尺寸封装 缺点：制备工艺复杂，成本高昂 应用领域 陶瓷封装耐湿性好、机械强度 高，热膨胀系数小、热导率高 气密性好。 塑料封装材料 EMC 用环氧模塑料EMC封装超大规 模集成电路在国内外已经成为 主流，目前95%以上的微电子 器件都是塑封器件。 常见的环氧树脂 主要成分比例 %作用 环氧树脂5-30胶黏剂 酚醛树脂5-15固化剂 促进剂1促进环氧与固化剂反应 填料60-90 降低膨胀系数 提高散热性能 邻甲酚型环氧树脂： 具有较高的热稳定性 和化学稳定性。 萘型环氧树脂： 具有高耐热性和低粘 度。 双酚A型环氧树脂： 具有低收缩性和低挥 发成分。 多官能团型环氧树脂： 具有优良的热稳定性和快速 固化性。 塑料封装材料 EMC 反应原理 应用领域 因为塑料封装成本低、工艺简 单且可靠性高。 环氧树脂+酚醛树脂热固性塑料 三种封装材料的对比 金属封装材料 热导率高，但热膨胀系数不匹配。金属封装性能没有陶瓷封装好。 陶瓷封装材料 气密性好、热导率高、热膨胀系数较匹配。 塑料封装材料 密度小、介电性能好、成本低；但热导率不高、热膨胀系数不匹配。 工艺流程 IC封装结构图 FOL 前段工艺 EOL 后段工艺 IC封装结构图 引线框架 金线 银浆 环氧树脂 （塑料封装） 芯片焊盘 IC封装工艺流程图 硅片 磨片 晶圆安装 晶圆切割晶圆清洗 光检 芯片粘接 银浆固化引线焊接 光检 注塑 激光打字高温固化 电镀 电镀退火 成型、光检 FOLEOL FOL工艺流程 硅片 磨片 晶圆安装 晶圆切割 晶圆清洗光检 芯片粘接 银浆固化 引线焊接 光检 磨片 FOL工艺流程 硅片 磨片 晶圆安装 晶圆切割 晶圆清洗光检 芯片粘接 银浆固化 引线焊接 光检 晶圆安装、切割、清洗 FOL工艺流程 硅片 磨片 晶圆安装 晶圆切割 晶圆清洗光检 芯片粘接 银浆固化 引线焊接 光检 芯片粘接、银浆固化 FOL工艺流程 硅片 磨片 晶圆安装 晶圆切割 晶圆清洗光检 芯片粘接 银浆固化 引线焊接 光检 引线焊接、光检 EOL工艺流程 注塑 激光打字 高温固化 电镀、退 火 成型、光 检 注塑、激光打字 EOL工艺流程 注塑 激光打字 高温固化 电镀、退 火 成型、光 检 高温固化 固化的作用为在注塑后保护IC内部结构，消除内部应 力。 固化温度：175+/-5C；固化时间：8小时 EOL工艺流程 注塑 激光打字 高温固化 电镀、退 火 成型、光 检 电镀、退火 EOL工艺流程 注塑 激光打字 高温固化 电镀、退 火 成型、光 检 成型、光检 将一条片的引脚框架切割成单独的单元。 封装技术 TSOP BGA CSP 衡量芯片封装技术先进与否的重要 指标是芯片面积与封装面积之比，这个 比值越接近1越好。 TSOP 封装技术 TSOP的全称为Thin Small Outline Package ，意为薄型小尺寸封装。TSOP于80年代出 现，主要用于内存封装。 TSOP封装技术的一个典型特征就是在封装 芯片的周围做出引脚。采用SMT技术（表 面安装技术）在PCB板上安装布线。 采用TSOP技术，寄生参数小，适合高频应 用，操作比较方便，可靠性也比较高。 BGA 封装技术 技术产生原因 20世纪90年代，芯片集成度不断提高 ，I/O引脚数急剧增加，功耗也随之增大， 对集成电路封装的要求也更加严格。 BGA是英文Ball Grid Array Package的 缩写，即球栅阵列封装。 技术特点 BGA封装的I/O端以圆形或柱状焊点按阵 列形式分布在封装下面。 1. I/O引脚数较多，但引脚间距并不小，从 而提高了组装成品率 2. 虽然功耗增加，但BGA能用可控塌陷芯 片法焊接，从而可以改善它的电气性能； 3. 可以使内存在体积不变的情况下，内存 容量提高两到三倍 4. 寄生参数减小，信号传输延迟小，可靠 性高 CSP 封装技术 CSP，全称为Chip Scale Package，即芯片 级封装。作为新一代的芯片封装技术，在 BGA、TSOP的基础上，CSP的性能又有了 革命性的提升。 CSP封装可以让芯片面积与封装面 积之比超过1：1.14。 绝对尺寸仅有32平方毫米，约为普 通的BGA的1/3，仅仅相当于TSOP内存 芯片面积的1/6。 这样在相同体积下，内存条可以装 入更多的芯片，从而增大单条容量。 技术优势 CSP封装更薄，大大提高了内存芯 片在长时间运行后的可靠性，芯片速度 也随之得到大幅度的提高。CSP的