集成电路封装技术-2.ppt

集成电路封装技术及其特性分析 课题8,集成电路产业,设计、制造、封装,据估计我国集成电路的年消费将达到932亿美圆，约占世界市场的20%，其中的30%将用于电子封装，则年产值将达几千亿人民币，,现在每年全国大约需要180亿片集成电路，但我们自己制造，特别是封装的不到20%,先进封装技术的发展使得日本在电子系统、特别是日用家电消费品的小型化方面一度走在了世界之前,電子原件封裝形式縮寫,1BGA 球栅阵列封装 2CSP 芯片缩放式封装 3COB 板上芯片贴装 4COC 瓷质基板上芯片贴装 5MCM 多芯片模型贴装 6LCC 无引线片式载体 7CFP 陶瓷扁平封装 8PQFP 塑料四边引线封装 9SOJ 塑料J形线封装 10SOP 小外形外壳封装,11TQFP 扁平簿片方形封装 12TSOP 微型簿片式封装 13CBGA 陶瓷焊球阵列封装 14CPGA 陶瓷针栅阵列封装 15CQFP 陶瓷四边引线扁平 16CERDIP 陶瓷熔封双列 17PBGA 塑料焊球阵列封装 18SSOP 窄间距小外型塑封 19WLCSP 晶圆片级芯片规模封装 20FCOB 板上倒装片,集成电路（IC）封装的作用和类型 IC封装的定义：,IC的封装是微电子器件的两个基本组成部分之一： 芯片（管芯）+ 封装（外壳） 微电子器件 chip (die) package packaging device 封装给管芯（芯片）和印制电路板（PWB）之间 提供电互连、机械支撑、机械和环境保护及导热 通道。,封装的作用,电功能：传递芯片的电信号,散热功能：散发芯片内产生的热量,机械化学保护功能：保护芯片与引线,防潮,抗辐照,防电磁干扰,IC芯片,引线架,导线丝,铝膜,外引线,封装树脂,塑料基板,塑料封装DIP工艺,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， 完成固相结合。,引线键合,成本较低,双列直插式封装结构,DIP,DIP双列直插式封装,DIP(DualInline Package)是指采用双列直插形式封装的集成电路芯片，绝大多数中小规模集成电路(IC)均采用这种封装形式，其引脚数一般不超过100个。 采用DIP封装的CPU芯片有两排引脚，需要插入到具有DIP结构的芯片插座上。当然，也可以直接插在有相同焊孔数和几何排列的电路板上进行焊接。 DIP封装的芯片在从芯片插座上插拔时应特别小心，以免损坏引脚。 DIP封装具有以下特点 : 1.适合在PCB(印刷电路板)上穿孔焊接,操作方便 2.芯片面积与封装面积之间的比值较大，故体积也较大。 Intel系列CPU中8088就采用这种封装形式，缓存(Cache)和早期的内存芯片也是这种封装形式。,PGA,背面,Pin Grid Array,平面栅阵电极封装,集成电路管脚的不断增加，可达3000个管脚，使得只在四周边设置引脚遇到很大困难,PGA插针网格阵列封装,PGA(Pin Grid Array Package)芯片封装形式在芯片的内外有多个方阵形的插针，每个方阵形插针沿芯片的四周间隔一定距离排列。根据引脚数目的多少，可以围成2-5圈。安装时，将芯片插入专门的PGA插座。为使CPU能够更方便地安装和拆卸，从486芯片开始，出现一种名为ZIF的CPU插座，专门用来满足PGA封装的CPU在安装和拆卸上的要求 ZIF(Zero Insertion Force Socket)是指零插拔力的插座。把这种插座上的扳手轻轻抬起，CPU就可很容易、轻松地插入插座中。然后将扳手压回原处，利用插座本身的特殊结构生成的挤压力，将CPU的引脚与插座牢牢地接触，绝对不存在接触不良的问题。而拆卸CPU芯片只需将插座的扳手轻轻抬起，则压力解除，CPU芯片即可轻松取出。 PGA封装具有以下特点： 1.插拔操作更方便，可靠性高。 2.可适应更高的频率。 Intel系列CPU中，80486和Pentium、Pentium Pro均采用这种封装形式。,一、微电子封装技术的发展趋势,直插式,三次重大变革,表面贴装式,芯片尺寸封装,DIP,SMT,CSP,封装技术的第一次重大变革,表面贴装技术,插装技术,20世纪70年代中期,DIP,SOP：small out-line package,表面贴装（SMT）技术之一,薄型化,手机、笔记本电脑、数码摄象机的薄型化、小型化,引脚向外弯曲,1、 SOP小型平面引线式封装,Surface Mount technology,2、SOJ,引脚向内弯曲,small out-line J-lead package,小型平面J 形引线式封装,3、QFP,背面,引脚向外弯曲,：quad flat package,四周平面引线式封装,QFP塑料方型扁平式封装和PFP塑料扁平组件式封装,QFP（Plastic Quad Flat Package）封装的芯片引脚之间距离很小，管脚很细，一般大规模或超大型集成电路都采用这种封装形式，其引脚数一般在100个以上。用这种形式封装的芯片必须采用SMD（表面安装设备技术）将芯片与主板焊接起来。采用SMD安装的芯片不必在主板上打孔，一般在主板表面上有设计好的相应管脚的焊点。将芯片各脚对准相应的焊点，即可实现与主板的焊接。用这种方法焊上去的芯片，如果不用专用工具是很难拆卸下来的。 PFP（Plastic Flat Package）方式封装的芯片与QFP方式基本相同。唯一的区别是QFP一般为正方形，而PFP既可以是正方形，也可以是长方形。 QFP/PFP封装具有以下特点： 1.适用于SMD表面安装技术在PCB电路板上安裝布線。 2.适合高频使用 . 3.操作方便，可靠性高。 4.芯片面积与封装面积之间的比值较小。 AK-51,WI-FI等機種上用到.,QFP的实用水平，封装尺寸为40mm40mm，端子间距为0.4mm,端子数376,QFP是目前表面贴装技术的主要代表,周边端子型封装QFP的最大问题是引脚端子的变形，难保证与印刷电路板的正常焊接，需要熟练的操作者，日本半导体用户掌握着高超的技能，处理微细引脚的多端子QFP得心应手,封装技术的第二次重大变革,QFP贴装技术,20世纪90年代初中期,BGA贴装技术,4、BGA,Ball Grid Array,球状栅阵电极封装,背面,焊料微球凸点,BGA球栅阵列封装,当IC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QFP封装方式外，现今大多数的高脚数芯片皆转而使用BGA(Ball Grid Array Package)封装技术。 BGA封装具有以下特点： 1.I/O引脚数虽然增多，但引脚之间的距离远大于QFP封装方式，提高了成品率。 2.虽然BGA的功耗增加，但由于采用的是可控塌陷芯片法焊接，从而可以改善电热性能。 3.组装可用共面焊接，可靠性大大提高。 WI-FI上使用,IC芯片,引线架,导线丝,内引线,封装树脂,焊料微球凸点,BGA,基板,回流焊,回流焊:通过掩膜预先将适量的焊料置于印制板上需要钎焊的地方，然后将需要装载的元件贴装在印制板相应的电极上，再利用各种加热方式对整个印制板进行加热，使焊料熔化，实现元件电极与对应预涂焊点的互联,印制板,回流炉,焊料微球凸点,B、球状电极的不会变形,印制板,C、熔融焊料的表面张力作用，具有自对准效果，实装可靠性高，返修率几乎为零,A、与QFP相比，可进一步小型化、多端子化，400端子以上不太困难。,球栅阵列型封装BGA的优点,D、实装操作简单，对操作人员的要求不高,2BGA的分类：（按基板和封装外形） 多层陶瓷基板（CBGA）：带盖板密封型，或点胶密封， 倒装焊裸芯片，非密封型； 有机基板BGA：多层PCB基板、模塑包封BGAPBGA， 多层载带基板、金属盖板BGATBGA； 金属基板BGA：MBGA，采用表面阳极氧化铝基板， 单层或双层薄膜金属实现封装内互连。 各种BGA剖面结构见附、图14。 各种小型或超小型BGA则属CSP。,IBM的SRAM芯片（FC-PBGA）,图18 几类芯片尺寸封装结构示意图,BGA是目前高密度表面贴装技术的主要代表,日本厂家把主要精力投向QFP端子间距精细化方面，但是未能实现0.3mm间距的多端子QFP，因为日本厂家认为BGA实装后，对中央部分的焊接部位不能观察。,美国公司的实际应用证明，BGA即使不检测焊点的质量，也比经过检测的QFP合格率高两个数量级,美国康柏公司1991年率先在微机中的ASIC采用了255针脚的PBGA，从而超过IBM公司，确保了世界第一的微机市场占有份额。,封装技术的第三次重大变革,芯片尺寸封装技术,BGA贴装技术,20世纪90年代中期,20世纪90年代，日本开发了一种接近于芯片尺寸的超小型封装，这种封装被称为chip size package，将美国风行一时的BGA推向CSP,将成为高密度电子封装技术的主流趋势,尺寸芯片封装,CSP,chip size package,裸芯片封装,尺寸芯片封装概念,双列直插式封装（DIP）的裸芯片面积与封装面积之比为1:80, 表面贴装技术SMT中的QFP为1:7， CSP小于1:1.2,尺寸芯片封装原理,芯片尺寸封装CSP CSP：Chip Scale Package，芯片尺寸封装。 1. 定义：IC封装所占PCB面积1.2倍（或1.5倍或2倍） 芯片面积的多种封装形式的统称。 它是由现有的多种封装形式派生的、外形尺寸 相当于或稍大于芯片的、各种小型封装的总称。 它不是以结构形式来定义的封装。各类BGA、 MiniBGA、FBGA （节距0.5mm）都可属于CSP。 外引脚都在封装体的下面，但可为：焊球、焊凸点、 焊盘、框架引线，品种形式已有50种以上。 （详见“芯片尺寸封装”一书）。,尺寸芯片封装CSP分类,1、平面栅阵端子型CSP,裸芯片,焊料微球凸点,2、周边端子型CSP,图18 CSP的主要类型,3. JEDEC中的CSP标准 已有14个，比BGA（8个）多，名称上采用了“窄节距” “焊球阵列”FBGA，薄型、超薄型、小尺寸、窄节距 BGA和薄、超小型“无引线封装”SON（4个）。 焊点节距范围为：0.40，0.50，0.65，0.75，0.80，1.00 mm。 CSP与BGA的根本区别在于封装面积和芯片面积之比 SP/Sd1.2，而不在于节距0.5mm。 正方形和矩形分立为两类：（S-，R-） 焊球直径有：0.17，0.30，0.40，0.45，0.50 mm。 焊盘尺寸有：0.400.70，0.300.50，0.350.70 mm2， 多数取0.300.50 mm2。 封装总体高度有：0.5，0.8，0.9，0.95，1.00，1.20， 1.70 mm等，多数取1.20 mm。,IC芯片,引线架,导线丝,内引线,封装树脂,焊料微球凸点,IC芯片,CSP,BGA,基板,CSP芯片尺寸封装工艺,1、导电丝焊接组装技术,2、倒扣组装技术,1、导电丝焊接组装技术,芯片,芯片,印制板,粘胶,超声热压焊引线,金属布线,铝膜,模塑树脂,2、倒扣组装技术,在裸芯片上的电极上形成焊料凸点，通过钎焊将芯片以电极面朝下的倒状方式实装在多层布线板上，由于不需要从芯片向四周引出I/O端子，可布置更多的端子，互联线的长度大大缩短，减小了RC延迟，可靠性提高,Flip ship,回流焊,树脂下填充,4、CSP发展新趋势,1、MCM组装,2