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文档简介
集成电路芯片封装技术,1、集成电路芯片封装与微电子封装,课程引入与主要内容,2、芯片封装技术涉及领域及功能,3、封装技术层次与分类,微电子封装技术=集成电路芯片封装技术,封装技术的概念,微电子封装:ABridgefromICtoSystem,微电子封装的概念,狭义:芯片级ICPackaging广义:芯片级+系统级:封装工程,电子封装工程:将基板、芯片封装体和分立器件等要素,按电子整机要求进行连接和装配,实现一定电气、物理性能,转变为具有整机或系统形式的整机装置或设备。,微电子封装过程=电子整机制作流程,芯片封装涉及的技术领域,芯片封装技术涉及物理、化学、化工、材料、机械、电气与自动化等学科。所涉及材料包括金属、陶瓷、玻璃和高分子材料等。芯片封装技术整合了电子产品的电气特性、热特性、可靠性、材料与工艺应用和成本价格等因素,是以获得综合性能最优化为目的的工程技术。,封装涉及的技术领域,微电子封装的功能,1、电源分配:传递电能-配给合理、减少电压损耗,2、信号分配:减少信号延迟和串扰、缩短传递线路,3、提供散热途径:散热材料与散热方式选择,4、机械支撑:结构保护与支持,5、环境保护:抵抗外界恶劣环境(例:军工产品),确定封装要求的影响因素,成本,外形与结构,产品可靠性,性能,类比:人体器官的构成与实现,微电子封装技术的技术层次,第一层次:零级封装-芯片互连级(CLP),第二层次:一级封装SCM与MCM(Single/MultiChipModule),第三层次:二级封装组装成SubsystemCOB(ChiponBoard)和元器件安装在基板上,第四层次:三级微电子封装电子整机系统构建,微电子封装技术分级,三维(3D)封装技术,传统二维封装基础上向三维z方向发展的封装技术。,实现三维封装的方法:【1】埋置型元器件埋置或芯片嵌入【2】有源基板半导体材料做基板WaferScaleIntegration【3】叠层法将多个裸芯片或封装芯片在垂直方向上互连抑或是MCM叠层:散热与基板选择,封装的分类,按封装中组合IC芯片数目分:SCP和MCP(包括MCM),按密封材料分:陶瓷封装和高分子材料封装(塑封),按器件与电路板互连方式分:引脚插入型(PTH)和表面贴装型(SMT),按引脚分布形态分:单边、双边、四边和底部引脚SIP、DIP、SOP、QFP、MCP、PGA,封装型式的发展,发展方向:轻、薄、短、小,DIPSPIPSKDIPSOPTSPUTSOPPGABGALeadonChip:芯片上引线封装,封装技术与封装材料,例:陶瓷封装与塑料封装均可制作DIP与BGA类芯片,但两类芯片的可靠性和成本不同。,封装形态、封装工艺、封装材料由产品的电特性、导热性能、可靠性需求、材料工艺技术和成本价格等因素决定。封装形态与封装工艺技术、封装材料之间不是一一对应关系。,封装材料,芯片封装所采用的材料主要包括金属、陶瓷、高分子聚合物材料等。,问题:如何进行材料选择?,依据材料的电热性质、热-机械可靠性、技术和工艺成熟度、材料成本和供应等因素。表1.2-表1.4,介电系数:表征材料绝缘程度的比例常数,相对值,通常介电系数大于1的材料通常认为是绝缘材料。热膨胀系数(CTECoefficientofexpansion)物体由于温度改变而有胀缩现象,等压条件下,单位温度变所导致的体积变化,即热膨胀系数表示。介电强度:是一种材料作为绝缘体时的电强度的量度。定义为试样被击穿时,单位厚度承受的最大电压。物质的介电强度越大,它作为绝缘体的质量越好。,封装材料性能参数,W/S,Laptop,Cellular,SMART“Watch”&Bio-sensor,电子整机的发展趋势,微电子封装技术的演变,PastBulkycomponentsBulkysystems,CurrentThinfilmcomponentsMiniaturizedmodules,FutureEmbeddedcomponentsPackagesizedsystems,微电子封装技术的演变,微电子封装技术的演变,微电子封装技术的演变,微电子封装技术发展的驱动力,一、IC发展对微电子封装的推动,IC发展水平的标志:集成度和特征尺寸IC发展方向:大芯片尺寸、高集成度、小特征尺寸和高I/O数。,二、电子整机发展对微电子封装的拉动,电子整机的高性能、多功能、小型化和便携化、低成本、高可靠性要求促使微电子封装由插装向贴装发展,并持续向薄型、超薄型、窄节距发展,进一步由窄节距四边引脚向面阵列引脚发展。,微电子封装技术发展的驱动力,三、市场发展对微电子封装的驱动,“吞金业”向“产金业”转变,产品性价比要求不断提升、电子产品更新加速剧烈,电子产品更新加速剧烈,驱动微电子封装技术发展的是整个微电子技术产业,微电子封装技术的发展趋势,一、微电子产业在曲折中迅速发展“硅周期”世界电子元器件行业的生产、销售和效益出现的高峰和低谷交替周期性(4-5年)波动。生产电子元器件企业的国际化程度越高,受“硅周期”影响越深。,“道路是曲折的,前途是光明的”,微电子封装的发展趋势,二、国际半导体技术发展路线和“摩尔定律”,“摩尔定律”:集成电路特征尺寸每三年缩小1/3,集成度(即DRAM单个芯片上的晶体管数)每两年增加一倍。1965年,戈登摩尔(GordonMoore),当前,集成电路技术仍按照摩尔定律发展。,一、芯片尺寸越来越大:片上功能的增加,实现芯片系统。,二、工作频率越来越高运算速度的提高,提高了对封装技术的要求。,三、发热量日趋增大途径:降低电源电压;增加散热通道(成本与重量),四、引脚数越来越多造成单边引脚间距缩短。,微电子封装的发展趋势-IC发展趋势,一、封装尺寸小型化(更轻和更薄)超小型芯片封装形式的出现顺应了电子产品的轻薄短小的发展趋势。,解决办法:新型封装型式和微纳技术的采用。获得芯片尺寸的最小化:IC芯片尺寸最小化?,圆片级封装技术(WLP):使封装完成后的IC芯片尺寸尽可能接近圆片级裸芯片尺寸,,微电子技术发展对封装的要求,二、适应更高得散热和电性能要求,1、IC功能集成度增大,功耗增加,封装热阻增大2、电信号延迟和串扰等现象严重,解决途径:1、降低芯片功耗:双极型-PMOS-CMOS-?2、增加材料的热导率:成本,微电子技术发展对封装的要求,三、集成度提高适应大芯片要求,CTE失配热应力和热变形,解决途径:1、采用低应力贴片材料:使大尺寸IC采用CTE接近Si的陶瓷材料,但目前环氧树脂封装仍为主流2、采用应力低传递模压树脂消除封装过程中的热应力和残留应力。3、采用低应力液态密封树脂,微电子技术发展对封装的要求,四、高密度化和高引脚数,高密度和高I/O数造成单边引脚间距缩短、封装难度加大:焊接时产生短路、引脚稳定性差,解决途径:采用BGA技术和TCP(载带)技术成本高、难以进行外观检查等。,微电子技术发展对封装的要求,五、适应恶劣环境密封材料分解造成IC芯片键合结合处开裂、断路解决办法:寻找密封替代材料,六、适应高可靠性要求军工、空间电子产品的高稳定要求。,七、考虑环保要求无铅产品的使用克服了铅污染,但是对焊接温度和封装耐热性提出了更高要求,芯片可返修性、低成本,微电子技术发展对封装的要求,微电子封装技术的发展特点,微电子封装向高密度和高I/O引脚数发展,引脚由四引出向面阵列发展。,微电子封装向表面安装式封装(SMP)发展,适应表面安装技术(SMT),从陶瓷封装向塑料封装发展,从注重发展IC芯片向先发展后道封装再发展芯片转移,国内微电子封装产业的发展现状,高起点、微电子封装技术产业链构建迅速,封装技术发展快速与封装材料业发展落后并存,封装技
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