电子封装复习题24道最新

1、这是最后一次课赵宁老师给的 24 道题，其中黄色标记是不会的和不确定的，有知道答案的 同学请告诉我一下。1. 电子封装的定义 电子封装是指将具有一定功能的集成电路芯片，放置在一个与之相适应的外壳容器中， 为芯片提供一个稳定可靠的工作环境；同时，封装也是芯片各个输出、输入端的向外过 渡的连接手段，以及起将器件工作所产生的热量向外扩散的作用，从而形成一个完整的 整体，并通过一系列的性能测试、筛选和各种环境、气候、机械的试验，来确保器件的 质量，使之具有稳定、正常的功能。2. 简述电子封装的等级 从整个封装结构讲，电子封装包括零级封装、一级封装、二级封装、三级封装和四级封 装。零级封装：芯片上互连；

2、一级封装：将芯片封装成器件；二级封装： 是指将电子元器件(包括已封装的芯片)安装到印刷电路板上。 主要钎焊方 法包括通孔插装技术、表面贴装技术、芯片直接安装技术；三级封装：子系统组装，将二级封装插到电路板上； 四级封装：整机电子系统如电子计算机的组装。3. 半导体制造的前工程和后工程是指什么？前工程 ：从整块硅圆片入手，经过多次重复的制膜、氧化、扩散，包括照相制版和光刻 等工序，制成三极管、集成电路等半导体组件卫电极等， 开发材料的电子功能，以实现 所要求的元器件特性。后工程 ：从由硅圆片切分好的一个一个的芯片入手，进行装片、固定、键合连接、塑料 灌封、引出接线端子、按印检查等工序，完成作为器

3、件、部件的封装体，以确保元器件 的可靠性并便于与外电路连接。4. 简述电子封装中强制使用无铅焊料的原因 环保和健康的要求 国内外立法的要求 全球无铅化的强制要求(1) 无铅钎料的熔点较高。比Sn37Pb提高3444 oC。高的钎焊温度使固/液界面反应加剧。(2) 无铅钎料中 Sn 含量较高。(SnAg中96.5% Sn , SnPb中63%Sn),因为Pb不参与固/液和固/固界面反应，高 Sn含量使固/液、固/固界面反应均加速。(3) 小尺寸钎料在大电流密度的作用下会导致电迁移的问题。5. 研发过程中关注的无铅焊料的主要性能指标(1) 无毒化，无铅钎料中不含有毒、有害及易挥发性的元素。(2)

4、低熔点，无铅钎料的熔点应尽量接近传统的Sn-Pb共晶钎料的熔点(183C),熔化温度间隔愈小愈好。(3) 润湿性，无铅钎料的润湿铺展性能应达到 Sn-Pb 共晶钎料的润湿性，从而易于 形成良好的接头。(4) 力学性能，无铅钎料应具有良好的力学性能，焊点在微电子连接中一个主要作 用是机械连接。(5) 物理性能， 作为微电子器件连接用的无铅钎料，应具有良好的导电性、 导热性、延伸率，以免电子组件上的焊点部位因过热而造成损伤，从而提高微电子器件的可靠性。(6) 成本，从 Sn-Pb 钎料向无铅钎料转化，必须把成本的增加控制在最低限度。因此应尽量减少稀有金属和贵重金属的含量，以降低成本。6. 请说明电

5、子封装结构中热管理的重要性电子元器件封装集成度的迅速提高，芯片尺寸的不断减小以及功率密度的持续增加,使得电子封装过程中的散热、冷却问题越来越不容忽视。而且，芯片功率密度的分布不 均会产生所谓的局部热点，采用传统的散热技术已不能满足现有先进电子封装的热设计、 管理与控制需求，它不仅限制了芯片功率的增加，还会因过度冷却而带来不必要的能源 浪。电子封装热管理是指对电子设备的耗热元件以及整机或系统采用合理的散热技术 和结构设计优化，对其温度进行控制，从而保证电子设备或系统正常、可靠地工作。7. 热阻的概念热阻：热流通道上的温度差与通道上的耗散热功率之比。由于热导方程与欧姆定律 形式上的相似性，可以用类

6、似于电阻的表达式来定义热阻式中， T是温差，q为芯片产生的热量。该式适用于各种热传递形式的计算。8. 有机封装基板主要性能的要求有哪些？(1) 具有极高耐热性(2) 具有极高吸湿性(3) 具有低热膨胀性(4) 具有低介电常数特性9. 试述电解铜箔的生产制造过程及主要性能指标电解铜箔是覆铜板(CCL及印制电路板(PCB制造的重要的材料。电解铜箔生产工序简 单，主要工序有三道：溶液生箔、表面处理和产品分切。性能指标：电解铜箔的抗剥离强度，电解铜箔的抗氧化性能，抗腐蚀性等。10. 画图并说明目前芯片连接的3种主要方法WB/TAB/FC三种基本方式A 和线 WB)引线键合(WB :是将芯片焊区与电子封

7、装外壳的I/O引线或基板上的金属布线旱区用金属细丝相连接的技术工艺。材料性能要求：低电阻，化学稳定，结合力强，电导率高，可塑性好，易焊接。焊区金属：Al或Au金属丝：Au, Al , Si-AI金属丝直径：10um-100um金属丝长度：1.5-3mm弧圈高度：0.75mm焊接方式：热压焊，超声键合和热超声焊（金丝球焊）载带自动焊（TAB :是将芯片焊区与电子封装外壳的I/O引线或基板上的金属布线旱区用具有引线图形金属箔丝相连接的技术工艺。倒装焊（FCB :是芯片面朝下，芯片焊区与基板焊区直接互连的一种方法。tab内引线健合D倒裳坪(FCB)11.画图并说明BGABGA的全称是Ball Gri

8、d Array，是集成电路采用有机载板的一种封装法。它具有：封装 面积减少功能加大，引脚数目增多PCB板溶焊时能自我居中，易上锡可靠性高电性能好，整体成本低等特点。BG呵分为CBGA陶瓷BGA)、PBGA塑料BGA) TBGA载带BGA)和 Micro BGA微型BGA。其中PBGA!最常见的BGA寸装类型，也是目前应用最广泛的 BGA#件，主要应 用于通信类以及消费类电子产品，具有良好的热综合性能及电性能、较高的互联密度、较低的焊接工面性要求等优点 。焊球 通孔基板图1 riSGA结构模型影响装配质量的重要因素有：(1) 装配前预处理。BGA多为国外进口器件，如果采用铝箔密封干燥包装，包装袋

9、里除了干 燥剂之外还有湿度指示卡， 指示卡上的色环标记会清晰地表示不同潮湿敏感等级的器件 是否需要烘烤。 贴片精度的保证。贴片的主要目的是使 BG上的每个焊球与PCBk的每个对应的焊盘对正 3 , BGA的贴片无法用肉眼直观地看出其位置是否准确，针对贴片机自动贴片以及返 修工作站贴片，只能凭借一定的工艺经验来确定贴片的正确性。(3)再流焊温度曲线的设定。 再流焊是形成焊点，实现器件和印制板机械电气互联的最终工 序，也是整个装配过程最难控制的环节，获得合适的温度曲线对于BGA的良好焊接非常重要。12. 简述IC技术发展的 SOC (System on Chip技术信息系统核心的芯片集成，是将系统

10、关键部件集成在一块芯片上；从广义角度讲,SoC 是一个微小型系统。一个SoC芯片内嵌有基本软件模块或可载入的用户软件等。系统级芯片形成或产生过程包含以下三个方面：1) 基于单片集成系统的软硬件协同设计和验证；2) 再利用逻辑面积技术使用和产能占有比例有效提高即开发和研究IP核生成及复用技术，特别是大容量的存储模块嵌入的重复应用等；3) 超深亚微米(VDSM)、纳米集成电路的设计理论和技术。SoC设计的关键技术主要包括总线架构技术、IP核可复用技术等，此外还要做嵌入式软件移植、开发研究。SOC是集成电路发展的必然趋势，1技术发展的必然2. IC产业未来的发展。13. 简述IC技术发展的 SIP

11、(System on Package技术系统级封装与在电路板上采用多个芯片的系统设计相比，使用SIP实现的方案更小、更轻、更薄，另一个好处是这样可以减少或消除客户对高速电路设计的需求。另一项与 此相关的优势是 SIP产生的EMI噪音更小。SIP节省了电路板空间，因此也附带降低了电 路板成本。甚至与 SoC相比，SIP的开发周期更短而开发成本更低随着组件、制程和制造方法的发展和改进，SIP技术有望为众多电子产品提供更大的容量以及更加多样化的 系统解决方案。随着不断提供能更好满足客户需求的产品，SIP产品将在PC周边、光盘、硬盘、娱乐系统和工业设备以及导航系统等许多领域得到广泛应用。14. 什么是

12、加速测试？什么是加速因子？为确保封装的可靠性，在产品出厂之前要经过大量的试验来验证。理想的做法是在 与实际应用完全相同的环境下进行实验。但通常电子产品的设计寿命都很长，这样不切 实际。即使时间不是问题，在实验室里模拟实际环境也是不可能的。加速实验：为在适当的环境下、合理的时间内进行可靠性试验，这就需要进行加速实验。热、力、电与环境湿度等因素构成了加速实验的基本要素。加速因子：加速因子(AF)定义为正常使用环境寿命与加速实验寿命之比。加速因子是非常重要的一个参数。目前，这是一个非常热门的研究领域。15. 用Weibull分布函数描述产品的失效行为时，参数入和B的物理意义？P t P 1t Pf(

13、t) = ( )exp-()(1) 銅初威布尔分布参数。参数 3称为形状因子，它决定了平均失效时间附近的失效 频率；淋为寿命参数，在t= A时，63. 2%的器件失效。(2) 有了威布尔分布，只需要少量的实验数据就可以得到关于器件可靠性的解析模型， 从而可以估计在任何时间内的失效概率。(3) 更重要的是，一旦知道威布尔分布中的参数值，就可以通过数据来比较器件的性能。 比如，一组器件的 適比另一组大，这说明 M直大的一组器件的平均寿命要长。16. 简述电子封装中3种主要的失效机理(1) 化学失效：如腐蚀和超强应力腐蚀；(2) 物理失效：如扩散和分层；如电迁移。(3) 热形变失效：如疲劳和蠕变。1

14、7. 目前主流的无铅钎料合金Sn-3.5Ag , Sn-3Ag-3.5Cu从微观组织上属于何种强化？哪种合金的蠕变抗力高？并解释为什么？属于沉淀析出(弥散)强化；强化相的蠕变抗力高；蠕变抗力的大小次序：Sn-37PbS n-0.7CuS n-3.5AgS n3.8Ag-0.7Cu蠕变温度相同，表观应力指数na随着合金中第二相体积分数的增加而增大18. 简述微小无铅焊点中的电迁移现象电迁移现象的物理本质是在电流流经焊点的过程中，大量的自由电子与焊点中的离子或原子发生非弹性碰撞，在碰撞过程中，电子会将一部分动量传递给原子。在大量电子的 连续作用下.焊点中的原子发生宏观迁移，原子迁移的方向通常与电子

15、流动的方向一致。当大量原子在电子流的作用下由阴极涌向阳极并且在阳极积累时，会导致阳极原子产生晶格压应力，而随着空位浓度的不断增大阴极原子产生晶格拉应力。阳极在不断增大 的压应力作用下，会产生凸起(hillocks)、挤出、晶须(whiskers)，甚至出现塑性变形等现象。阴极由于原不断减少，原子之间的间距增大，在晶格拉应力的持续作用下就会诱发 空洞(viods)，形成裂纹。而整个品格为了保持系统原有的平衡状态会随之产生反向背应 (back stress),但反向背应力通常要小于电迁移作用力。19. 现有一个板上倒装芯片，芯片通过四周的焊点与基板焊在一起，芯片与基底之间没有填充材料，如图所示假定

16、芯片和基底之间的刚度远大于焊球的刚度，问温度变化 T后,焊点的最大剪切应变是多大？这里认为封装之前没有任何应力和应变。(计算),21r4: ick：firV t * tiFR4-111120. 为什么说无铅化的强制要求使钎焊技术界面反应加速？请以Sn-3Ag-0.5Cu (熔点217 C)和Sn-37Pb (熔点183 C)为例对比说明。(1) 无铅钎料的熔点较高。 比Sn37Pb提高3444C。高的钎焊温度使固/液界面反应加剧。(2) 无铅钎料中 Sn含量较高。(SnAg中96.5% Sn , SnPb中63%Sn),因为Pb不参与固/液 和固/固界面反应，高 Sn含量使固/液、固/固界面反

17、应均加速。(3) 小尺寸钎料在大电流密度的作用下会导致电迁移的问题。21. 为什么说无铅工艺带来大量可靠性的问题？(1) 尺寸效应使接头承受更大的应力和电流密度；(2) 尺寸效应使界面IMC所占焊点的体积百分数增加；(3) 尺寸效应影响到界面反应，以及可靠性。在50微米范围内，材料的模量,CTE强度和塑性差异较大；(5) 基体金属的溶解导致焊点的成分、组织和性能变化；(6) 较高的钎焊工艺温度，使界面反应加速，热应力更严重。22. 简述焊接过程中生成的界面金属间化合物对焊点力学性能产生的影响。在400-600um直径SAC/Cu焊点中，Ag3Sn化合物形态基本呈树枝网状，而在 300um以 下

18、直径SAC/Cu焊点，Ag3Sn相则基本呈颗粒分布，可见随着焊点体积的减小，Ag3Sn化合物有逐渐细化的趋势。第二相质点呈树枝网状分布将使材料的脆性增强，而弥散分布 的颗粒状第第二相质点不仅具有第二相强化作用，而且能使材料保持良好的塑性，材料 的力学性能较好。因此， Ag3Sn 化合物形态在不同体积焊点中的差异必将引起不同体积 焊点力学行为的显著变化。别外，界面处的Cu6Sn5 化合物层也有细微差别，小体积焊点的 Cu6Sn5 比大体积焊点更加细密，这将大大增加金属间化合物层与钎料基体的接触 面积，也会提高焊点的剪切强度。因此，小体积焊点的剪切强度要高于大体积焊点。在 焊点内部发现的六棱柱状的 C 化合物，也将对焊点裂纹扩展产生一定的阻碍作用。23. 简述钎焊界面反应体积效应。 小焊球金属间化合物厚度大，晶粒尺寸大。 （老师上课的时候提到过，没记下来） 界面反应体积效应的定义：对微小体积的焊点，焊点体积的变化