封装技术介绍.doc

塑料封装技术 摘要 塑料封装是指对半导体器件或电路芯片采用树脂等材料的一类封装，塑料封装一般被认为是非气密性封装。它的主要特点是工艺简单、成本低廉、便于自动化大生产。塑料产品约占IC封装市场的95%，并且可靠性不断提高，在3GHz以下的工程中大量使用。标准塑料材料主要有约70%的填充料、18%环氧树脂、外加固化剂、耦合剂、脱模剂等。各种配料成分主要取决于应用中的膨胀系数、介电常数、密封性、吸湿性、强韧性等参数的要求和提高强度、降低价格等因素。 Plastic packaging is a means of semiconductor devices or circuit chips such as resin used for a class of packaging materials, plastic packaging generally found to be non-hermetic package. Its main feature is a simple process, low-cost and easy to automate large-scale production. IC packaging plastic products account for about 95% of the market, and continuously improve the reliability, and 3GHz in the following widely used in the project. Standard plastic materials, about 70% of the principal filler, epoxy resin and 18%, plus curing agent, coupling agent, such as release agent. The main components of a variety of ingredients depending on the application of expansion coefficient, dielectric constant, tightness, moisture absorption, strength and toughness, and other parameters of the requirements and increase the intensity, lower prices and other factors.关键字 塑料封装技术 发展引言电子封装技术是微电子工艺中的重要一环，通过封装技术不仅可以在运输与取置过程中保护器件还可以与电容、电阻等无缘器件组合成一个系统发挥特定的功能。按照密封材料区分电子封装技术可以分为塑料和陶瓷两种主要的种类。陶瓷封装热传导性质优良，可靠度佳，塑料的热性质与可靠度虽逊于陶瓷封装，但它具有工艺自动化自动化、低成本、薄型化等优点，而且随着工艺技术与材料的进步，其可靠度已有相当大的改善，塑料封装为目前市场的主流。封装技术的方法与原理 塑料封装的流程图如图所示，现将IC芯片粘接于用脚架的芯片承载座上，然后将其移入铸模机中灌入树脂原料将整个IC芯片密封，经烘烤硬化与引脚截断后即可得到所需的成品。塑料封装的化学原理可以通过了解他的主要材料的性能与结构了解。常用塑料封装材料有环氧树脂、硅氧型高聚物、聚酰亚胺等 环氧树脂是在其分子结构中两个活两个以上环氧乙烷换的化合物。它是稳定的线性聚合物，储存较长时间不会固化变质，在加入固化剂后才能交联固化成热固性塑料。硅氧型高聚物的基本结构是硅氧交替的共价键和谅解在硅原子上的羟基。因此硅氧型高聚物既具有一般有机高聚物的可塑性、弹性及可溶性等性质，又具有类似于无极高聚物石英的耐热性与绝缘性等优点。聚酰亚胺又被称为高温下的“万能”塑料。它具有耐高温、低温，耐高剂量的辐射，且强度高的特点。塑料封装技术的发展 塑封料作为IC封装业主要支撑材料，它的发展，是紧跟整机与封装技术的发展而发展。 整机的发展趋势：轻、小（可携带性）；高速化；增加功能；提高可靠性；降低成本；对环境污染少。封装技术的发展趋势：封装外形上向小、薄、轻、高密度方向发展；规模上由单芯片向多芯片发展；结构上由两维向三维组装发展；封装材料由陶封向塑封发展；价格上成本呈下降趋势。 随着高新技术日新月异不断发展对半导体应用技术不断促进，所以对其环氧封装材料提出了更加苛刻的要求，今后环氧塑封料主要向以下五个方面发展： 1 向适宜表面封装的高性化和低价格化方向发展。为了满足塑封料高性化和低价格，适宜这种要求的新型环氧树脂不断出现，结晶性树脂，因分子量低，熔融粘度低，但熔点高具有优良的操作性，适用于高流动性的封装材料。目前已经有的结晶性环氧树脂，为了得到适用于封装材料的熔点范围，多数接枝了柔软的分子链段，但是成型性和耐热性难以满足封装材料的要求，所以必须开发新的结晶性的环氧树脂。 2 向适宜倒装型的封装材料方向发展 。最近随着电子工业的发展，作为提高高密度安装方法，即所谓裸管芯安装引起人们的高度重视。在裸管芯倒装法安装中，为了保护芯片防止外界环境的污染，利用液体封装材料。在液体封装料中，要求对芯片和基板间隙的浸润和充填，因这种浸润和充填最终是通过毛细管原理进行的，因此要求树脂具有非常高的流动性，同时无机填充率要降低。但液体封装料与芯片之间的应力会增大，因此要求塑封料必须具有低的线膨胀系数，现在国外采用具有萘环结构的新型环氧树脂制备塑封料。 3 BGA、CSP等新型封装方式要求开发新型材料。裸管芯安装方法，虽然是实现高密度化封装的理想方法，但目前仍有一些问题，如安装装置和芯片质量保证等，出现了一种新的封装方式即 BGA或CSP，这是一种格子接头方式的封装，不仅可以实现小型化、轻量化而且可达到高速传递化，目前这种封装形式正处于快速增长期。但这种工艺成型后在冷却工艺出现翘曲现象，这是因为基板与封装材料收缩率不同引起的。克服方法是尽量使封装料与基板线膨胀系数接近，从封装材料和基板粘合剂两方面均需开发新型塑封料的同时提高保护膜与材料的密着性。 4 高散热性的塑封料。随着电子仪器的发展，封装材料散热性的课题已提出，因为塑封料基体材料 环氧树脂属于有机高分子材料，基于分子结构的不同，热传导性的改善受到局限，因此从引线框架的金属材料着手，采用42#铜合金，因为有比较高的热传导率，铜合金引线框架表面有一层氧化膜，因此要求塑封料与之有良好的粘接密着性。国外有些厂家正在研究开发，通过引入链段，提高范德瓦尔引力，以提高塑封料与铜框架的引力。 5 绿色环保型塑封料：随着全球环保呼声日益高涨，绿色环保封装是市场发展的要求，上海常祥实业采用不含阻燃剂的环氧树脂体系或更高填充量不含阻燃剂的绿色环保塑封料已经全面上市。也有一些国外公司正在试用含磷化合物,包括红磷和瞵。 总之，随着集成电路向高超大规模、超高速、高密度、大功率、高精度、多功能方向的迅速发展及电子封装技术由通孔插装（PHT）向表面贴装技术发展，封装形式由双列直插（DIP）向（薄型）四边引线扁平封装（TQFP/QFP）和球栅阵列塑装（PBGA）以及芯片尺寸封装（CSP）方向发展，塑封料专家刘志认为：塑封料的发展方向正在朝着无后固化、高纯度、高可靠性、高导热、高耐焊性、高耐湿性、高粘接强度、低应力、低膨胀、低粘度、易加工、低环境污染等方向发展。二封装技术发展八大趋势1 IC封装正从引线封装向球栅阵列封装发展。2 BGA封装正向增强型BGA、倒装片积层多层基板BGA、带载BGA等方向进展，以适应多端子、大芯片、薄型封装及高频信号的要求。3 CSP的球栅节距正由1.0mm向0.8mm、0.5mm，封装厚度正向0.5mm以下的方向发展，以适应超小型封装的要求。4 晶圆级的封装工艺(wafer level package，WLP)则采用将半导体技术与高密度封装技术有机结合在一起，其工艺特点是：在硅圆片状态下，在芯片表面再布线，并由树脂作绝缘保护，构成球形凸点后再切片。由此可以获得真正与芯片尺寸大小一致的CSP封装，以降低单位芯片的生产成本。5 为适应市场快速增长的以手机、笔记本电脑、平板显示等为代表的便携式电子产品的需求，IC封装正在向着微型化、薄型化、不对称化、低成本化方向发展。6 为了适应绿色环保的需要，IC封装正向无铅化、无溴阻燃化、无毒低毒化方向快速发展。7 为了适应多功能化需要，多芯片封装成为发展潮流，采用两芯片重叠，三芯片重叠或多芯片叠装构成存储器模块等方式，以满足系统功能的需要。8 三维封装可实现超大容量存储，有利于高速信号传播，最大限度地提高封装密度，并有可能降低价格，因此，它将成为发展高密度封装的一大亮点。其它封装技术1 多芯片（MCP）封装。多芯片封装（MCP，Multichip Package），许多FLASH就是采用这种封装，通常把ROM和RAM封装在一块儿。多芯封装（MCP）技术是在高密度多层互连基板上，采用微焊接、封装工艺将构成电子电路的各种微型元器件(裸芯片及片式元器件)组装起来，形成高密度、高性能、高可靠性的微电子产品(包括组件、部件、子系统、系统)。它是为适应现代电子系统短、小、轻、薄和高速、高性能、高可靠、低成本的发展方向而在PCB和SMT的基础上发展起来的新一代微电子封装与组装技术，是实现系统集成的有力手段。2 PGA（Pin Grid Array）与PAC（Pad Array Carrier）。图1-8（a）描述了LCC（Leadless Chip Carrier）与PAC的差别。显然，随着有源器件I/O管脚的增加，对于I/O管脚分布在四周的封装形式，其整个尺寸也以惊人的速度庞大起来，这与封装尺寸最小化趋势背道而驰。从图1-8（b）可以看出不同封装形式的管脚数与芯片表面积的变化关系。很明显，对于大规模和超大规模集成电路，当半导体元器件的I/O管脚数超过100时，PGA和PAC封装具有不可替代的优势。3球形阵列封装BGA是封装形式的一大进步，封装材料有塑料或陶瓷等。PBGA的焊球一般为可回流的共晶合金Sn62Pb36Ag2或Sn63Pb37，在焊接时自对中能力很好；CBGA和TBGA的焊球为Sn10Pb60，熔点温度很高（304度左右），在回流焊时不会融化，其自对中能力较差。随着无铅化的逐步实施，大部分BGA器件开始采用SnAgCu作为引脚材料。4倒装芯片 (Flip-Chip)。倒装芯片是一种IC芯片与下一级封装连接的技术。IC的活化面对着基板，在封装效率方面，倒装芯片技术达到了减少芯片尺寸的终点。倒装芯片的图电技术包括镀金属凸点、金柱、金属柱加聚合物、铜柱、焊料凸点和聚合物凸点等。倒装芯片的键合工艺包括热压、各向异性导电胶（ACA）、各向同性导电胶（ICA）、非导电胶和焊接等。结论封装技术作为信息产业的重要基础在在