微电子封装-考试重点解析

术语解释术语解释 ACA各向异性到点胶 BGA焊球阵列 C4可控塌陷芯片连接 CBGA陶瓷焊球阵列 CCGA陶瓷焊柱阵列 CSP芯片尺寸封装 Dip双列直插式封装 FCB倒装焊 FPBGA窄节距焊球阵列 KGD优质芯片 LCC无引脚片式载体 LCCC无引脚陶瓷片式载体 LCCP有引脚片式载体封装 MCM多芯片组件 MCP多芯片封装 PGA针栅阵列 PQFP塑料四边引脚扁平封装 SIP单列直插式封装 系统级封装 SMP表面安装封装 SOP小外形封装 系统级封装 system on in a package TAB载带自动焊 THT通孔插装技术 UBM凸点下金属化 WB引线键合 WLP圆片级封装 1 1 微电子封装技术的发展特点微电子封装技术的发展特点 1 微电子封装向高密度和高 I O 引脚数发展 引脚由四边引出向面阵排列发展 2 微电子封装向表面安装式封装 SMP 发展 以适合表面安装技术 SMT 3 以陶瓷封装向塑料封装发展 4 以注重发展 IC 芯片向先发展后道封装再发展芯片转移 2 2 微电子封装的发展趋势微电子封装的发展趋势 1 I O 引脚数将更多 2 更高的电性能和热性能 3 更轻 更薄 更小 4 更便于安装 使用和返修 5 可靠性会更高 6 性价比会更高 而成本却更低 达到物美价廉 3 3 芯片粘接芯片粘接 1 Au Si 合金共熔法 2 Pb Sn 合金片焊接法 3 导电胶粘接法 4 有机树脂基粘接法 4 4 芯片互联技术芯片互联技术 1 WB 引线键合 2 TAB 载带自动焊 3 FCB 倒装焊 5 5 微电子封装的功能微电子封装的功能 1 电源分配 2 信号分配 3 散热通道 4 机械支撑 5 环境保护 6 WB6 WB 的分类与特点的分类与特点 1 热压焊 2 超声焊 3 金丝球焊 7 Au Al7 Au Al 焊接的问题及其对策焊接的问题及其对策 金铝接触加热到 300 会生成紫色的金属间化合物 接触电阻更大 更具脆性 因为 呈白色俗称白斑 由于这类化合物各项参数的不同 反应时会产生物质移动 从而在交界 层形成可见的 柯肯德尔空洞 引起器件焊点脱开而失效 对策 避免在高温下长时间焊压 器件的使用温度也应尽可能低一些 8 TAB8 TAB 的分类和标准的分类和标准 1 TAB 单层带 成本低 制作工艺简单 耐热性能好 不能筛选和测试芯片 2 TAB 双层袋 可弯曲 成本较低 设计自由灵活 可制作高精度图形 能筛选和测 试芯片 带宽为 35mm 时尺寸稳定性差 3 TAB 三层带 Cu 箔与 PI 粘接性好 可制作高精度图形 可卷绕 适与批量生产 能 筛选和测试芯片 制作工艺较复杂 成本较高 4 TAB 双金属带 用于高频器件 可改善信号特性 9 9 固态工艺涂点制作的结构图固态工艺涂点制作的结构图 P44P44 2 14B2 14B 2 152 15 10 10 芯片凸点的制作工艺芯片凸点的制作工艺 蒸发 建设法 电镀法 化学镀法 机械打球法 激光法 置球和模板印刷法 移置法 叠层制作法和柔性凸点制作法 11 11 电镀凸点制作法电镀凸点制作法 1 Si3N4 钝化 检测并标记 Si 圆片 IC2 蒸发 溅射 Ti W Au 3 光刻出电极窗口多层金属化4 闪溅金属层 5 涂 贴 厚光刻胶 膜 6 光刻电镀凸点窗口 7 电镀 Au 凸点8 去除胶膜 腐蚀闪溅 Au 或 Cu 1212 各类 各类 FCBFCB 的工艺方法的比较的工艺方法的比较 FCBFCB 工艺方法工艺方法关键工艺技术关键工艺技术主要特点和适用范围主要特点和适用范围 热压 FCB高精度热压 FCB 机 调 平芯片与基板的平行度 FCB 时加热温度高 压力大 对凸点高度一致性 和基板平整度要求高 适用于硬凸点芯片 FCB 再流 FCB控制焊料量和再流焊的 温度 FCB 时可自对准 可控制焊料塌陷程度 对凸点 高度一致性和基板平整度要求较低 适于使用 SMT 对焊料凸点芯片 FCB 环氧树脂光固化 FCB 光敏树脂的收缩力和 UV 光固化 利用树脂的收缩应力 FCB 为机械接触 应力小 适于微小凸点芯片 FCB ACA FCB 避免横向短路和 UV 光 固化 到点例子压缩在凸点与基板焊区间 只上下到点 适于各类要求低温度的显示器 COG 的 FCB 13 13 倒装焊接后的芯片下填充倒装焊接后的芯片下填充 倒装焊后 在芯片与基板间填充环氧树脂 不但可以保护芯片免受环境如湿气 离子保护芯片免受环境如湿气 离子 等污染等污染 利于芯片在恶劣的环境下正常工作 而且可以使芯片耐受机械振动和冲级耐受机械振动和冲级 特别 是填充树脂后可以减少芯片与基板 尤其减少芯片与基板 尤其 PWBPWB 间热膨胀失配的影响 间热膨胀失配的影响 即可见小芯片凸点见小芯片凸点 连接处的应力和应变连接处的应力和应变 此外 由于填充使应力和应变再分配 从而可避免远离芯片中心和 四角的凸点连接处的应力和应变过于集中 这些最终可使填充芯片的可靠性比无填充芯片可靠性比无填充芯片 的可靠性提高的可靠性提高 10 10010 100 倍 倍 14 14 插装元器件的分类插装元器件的分类 圆柱形外壳封装 TO 矩形单列直插式封装 SIP 双列直插式封装 DIP 针栅阵列封装 PGA 15 15 封帽工艺封帽工艺 见见 P92P92 9393 1616 塑料封装吸潮开裂的机理塑料封装吸潮开裂的机理 塑封开裂过程分为水汽吸收聚蓄期 水汽蒸发膨胀期和开裂萌生扩张期 水汽是引起塑封器件开裂的外部因素 而塑封器件结构所形成的热失配才是引起塑封 器件开裂的根本性内在因素 塑料封装吸潮开裂的对策塑料封装吸潮开裂的对策 1 从封装结构的改进上增强抗开裂的能力 2 对塑封器件进行适宜的烘烤是防止焊接时开裂的有效措施 a 高温烘烤法 125 相对湿度 50 24 小时 优缺点 周期短 引脚可焊性下降 b 低温烘烤法 40 50 相对湿度 5 196 小时优缺点 安全可靠 时间长 3 合适的包装和良好的贮存条件是控制塑封器件吸潮的必要手段 17 BGA17 BGA 的封装类型和结构的封装类型和结构 主要有 PBGA 塑封 BGA CBGA 陶瓷 BGA CCGA 陶瓷焊柱阵列 TBGA 载带 BGA MBGA 金属 BGA FCGBA 倒装 BGA EBGA 带散热 BGA CBGACBGA 的优点的优点 可靠性高 电性能优良 共面性好 焊点形成容易 对湿气不敏感 封装密度高 和 MCM 工艺相容 连接芯片和元件返修性好 CBGACBGA 的缺点的缺点 1 由于基板和环氧树脂印制电路板的热膨胀系数不同 因此热匹配性差 CBGA FR4 基 板组装时 热疲劳寿命短 2 封装成本高 CCGA 采用 10 Sn 90 Pb 焊柱代替焊球 焊柱较之焊球可降低封装部件和 PWB 连接时的应力 这种封装清洗容易 耐热性能好喝可靠性较高的特点 18 X18 X 射线断层检测射线断层检测 X 射线断层工艺过程检测系统不仅能探测严重的焊点连接缺陷 而且能精确地检测 BGA 焊点的形状和关键尺寸 详细阅读 P130 19 CSP19 CSP 封装技术封装技术 JEDEC 规定 LSI 芯片封装面积小于或等于 LSI 芯片面积的 120 的产品成为 CSP 日本 松下将 LSI 芯片封装每边的宽度比其芯片打 1mm 以内的产品成为 CSP CSP 特点有 1 体积小2 可容纳的引脚最多3 电性能良好4 散热性能优良 20 20 焊球连接缺陷焊球连接缺陷 图见 P146 1 桥连2 连接不充分3 空洞 4 断开5 浸润性差6 形成焊料小球7 误对准 21 PBGA21 PBGA 安装件的焊点可靠性试验安装件的焊点可靠性试验 热应力 应力 应变沿着对角线方向 随着距离芯片中心位置的距离增大而增大 对于 PBGA 安 装件的优化设计 焊球应放在应变 应力小的位置 避免在四角处安防 机械应力 22 MCM22 MCM 布线分析布线分析 MCM 布线的目的是利用衬底中的信号布线完成 I O 引脚的连接 布线的方法主要有 3D 迷宫布线法 分层布线法 SLICE 布线法和四通孔布线法 23 23 多功能芯片组件的通孔多功能芯片组件的通孔 通孔包括盲孔 埋孔 阶梯式通孔 交错式通孔和螺旋式通孔 盲孔连接外信号层与内埋层 埋孔连接两个内埋层 阶梯式通孔以阶梯形式在基板中 展开 一个通孔不应在另一个通孔下方 交错式通孔的排列 一个通孔可以在另一个通孔 的正下方 他们之间至少由一个介质层隔开 螺旋式通孔与交错式通孔相似 必须由两个 介质层隔开 图见 P174 24 24 热分析的数学方法 热阻计算 见热分析的数学方法 热阻计算 见 P178P178 25 25 两类冷却技术的比较两类冷却技术的比较 见见 P185P185 26 26 基板材料的功能及要求基板材料的功能及要求 功能 1 互连和安装裸芯片或封装芯片的支撑作用 2 作为道题图形和无源元件的绝缘介质 3 将热从芯片上传导出去的导热媒体 4 控制高速电路中的特性阻抗 串扰以及信号延迟 要求 1 电性能 高的电绝缘电阻 低的 一致的介电常数 2 热性能 热稳定性好 热导率高 各种材料的热膨胀系数相近 3 机械性能 孔隙度低 平整性好 强度较高 弯度小 4 化学性能 化学稳定性好 制作电阻或道题相容性好 27 27 几种主要基板材料几种主要基板材料 氧化铝氮化铝有机多层基板材料共烧陶瓷基板材料硅基板材料金刚石 六种材料特性于 P215 224 金刚石有最高的热导率 低的介电常数 高的热辐射阻值和优良的钝化性能 是已知 材料中最硬和化学稳定性最好的材料 28 MCM28 MCM 金属材料金属材料 MCM 金属化分为基本和辅助两种 基本金属化起电器和导热作用 如构成信号线的导带 接地端 电压输出端 通 孔互连 热沉和散热片 辅助金属化作为扩散阻挡层 粘接助剂 腐蚀和氧化阻挡层以及将期间连接起来 的媒体 例如焊料 MCM 金属化要求具备的特性 工程特性工程特性制造特性制造特性 电导率高材料成本低 热导率高设备及维护成本低 与介质及基板的 CTE 匹配性好材料及设备的利用率高 与介质的粘接性好易于重复制作 抗金属迁移和电迁移细线和窄间距易于加