集成电路封装-材料、方法与工艺 课件 第一章-绪论

集成电路芯片封装概述课程简介集成电路技术的高速发展使得电子学科与机械、材料、控制等学科结合得越来越紧密，先进封装技术是后摩尔时代现有技术中最成熟和技术演化不确定性最小的解决方案。本课程主要内容包括：电子封装概述芯片键合外引线焊接技术塑封技术先进封装技术本课程旨在让同学们对芯片制造过程有和封装有所了解，对各自学科专业如何和电子制造相结合有所认识。一、电子制造总览二、封装及其职责三、封装分级和种类四、封装的发展趋势电子制造总览制造是一个涉及制造工业中产品设计、物料选择、生产计划、生产过程、质量保证、经营管理、市场销售和服务的一系列相关活动和工作的总称广义仅指从原材料或半成品经过加工和装配后形成最终产品的过程，即产品的加工工艺过程狭义电子制造本质上是电子设计得以物理实现并作为产品进入产业的过程电子制造的定义电子制造的两个前提：物料与装备电子制造物料即被加工的材料；而用于加工这些材料的工具则为电子制造装备电子制造物料与装备共同构成电子制造的两大物质前提电子材料（半导体晶圆，树脂，光刻胶，金属靶材…）电子制造的起点，一部分作为工艺实现过程中的消耗品；另一部分被加工成为中间产物，即电子元器件与电子基板。电子元器件（芯片，直插电容，贴片电阻…）电子产品的基本组成单元。电子基板（印制电路板，陶瓷基板…）用于实现电子元器件组装与连接的基础。电子制造的两个前提：物料与装备物料基础半导体制造装备硅单晶制造设备电路设计及CAD设备制板设备芯片制造设备封装与测试设备半导体工程设备…电子制造的两个前提：物料与装备装备基础电真空器件及平板显示器生产装备显像（显示）管制造设备真空开关管制造设备液晶显示器件制造设备PDP制设备VFD（真空荧光显示屏）制造设备电子枪制造设备…印制电路板生产装备基板加工设备压合、钻孔成形设备湿制程设备检测设备电镀设备压膜、曝光、显影、制板机…电子制造的两个前提：物料与装备装备基础组装及整机装联设备SMT焊膏印刷机喷涂设备贴片机自动光学检测设备（AOI）自动X射线检测设备（AXI）各种辅助设备…附：电子制造中的常用设备电子制造材料工程基体工程装配工程测试工程电子元器件制造浆料制备球磨机超细粉碎机粘接剂制备振动筛丝网印刷机挤制设备迭片印刷机切块机烧结炉排粘机激光调阻机涂端头机烧银炉导线成形机自动插片机焊接机模塑包封机激光打标机装袋机编带机自动测试机容量分类机综合测量仪老化机温测仪集成电路制造单晶炉划片机研磨机等离子清洗机气相磊晶光刻机电子束曝光机扩散炉等离子体硅蚀刻反应离子蚀刻晶圆挂、喷镀设备引线框架电镀线芯片切割机贴膜机固晶机引线键合机载带键合机倒装焊接键合机平行封焊机真空液晶灌注机整平封口设备激光打标机自动探针测试测厚仪可焊性测试仪老化机电子整机产品制造与电子元器件制造中的材料工程类似PCB曝光机贴膜机热压机PCB钻孔机电镀系统热风带平机裁扳机印刷机自动插件机贴片机波峰焊机选择性波峰焊机再流焊炉通孔再流炉焊机ICT飞针ICTAIO激光系统AXI测厚仪可焊性测试仪厚膜混合集成电路制造与电子元器件制造的材料工程和基体工程相似采用SMT/THT组装装配过程微组装技术与集成电路制造中的材料工程和基体工程相似可采用SMT/THT组装装配过程封装及其职责封装是将制造所得晶片妥善安置、包封固定，并引出外部电学连接通路使晶片成为元器件产物的过程广义的封装也包括将这些元件进一步组成板卡系统与成形产品的过程电子封装的定义与内容电子设计、半导体制造与电子封装共同组成电子产业的主要内容。三者在具体实现时相对独立，但终究是联系紧密，相互接应的一个整体。电子制造是电子设计得以物理实现的环节，而半导体制造和电子封装则是其中的最重要部分。电子封装是电子制造中的重要环节1.为芯片提供机械支撑和环境保护，减少各类环境因素（机械、化学、电磁等）的影响2.接通半导体芯片的电流通路，如信号的输入与输出通路；3.提供良好的散热通路，散逸半导体芯片产生的热。电子封装的职能保护芯片/器件并提供电学与散热通路，确保其长期正常工作对被包封的晶片而言，狭义的封装至少承担着以下重要职能：为什么说电子封装是电子制造过程中的重要环节？没有封装，就无谈半导体芯片的长期稳定运作，也就无谈电子产品的最终实现。前道工序——从硅原材料制作成带有不同功能的晶片(die)的过程晶圆(wafer)制作化学气相淀积(ChemicalVaporDeposition)掩模(Mask)制作光刻(Lithography)氧化(Oxidation)离子注入(IonImplanting)扩散(Diffusion)溅射(Sputtering)承担着保护已成型晶片，并为其提供电学与散热通路的重要职能封装是典型的后道工序电子封装的定位后道工序——在晶圆流片后的划片、贴片、封装等工序电子封装（ElectronicPackaging）是后道工序的核心直接影响电子产品的电气、热学、光学和机械性能一般而言，对成熟的封装技术至少有以下要求：①优良的电性能、热性能、机械性能和光学性能②良好的长期可靠性③较低的工艺实现成本电子封装的定位封装分级和种类狭义的封装是晶片被包封成为元器件的过程零级封装：晶片之间的相互连接一级封装：晶片与封装基板互连并被包封，形成元器件广义的封装也包括后续的电子组装过程二级封装：前述层级所得的元器件连入PCB或板卡（Card）上形成板卡系统三级封装

：电路板或卡板连入整机母板上形成产品的子系统封装分级示意图封装层级零级封装后得到晶片零级封装将未包封的晶片连接起来形成电学互连系统零级封装指将晶片安装于封装基板之前，在晶片之间进行的互相连接。零级封装的产物是单个晶片（Die），或多个晶片组成的电学互连系统。典型的零级封装方法有引线键合（WireBonding，WB）、载带自动键合（TapeAutomatedBonding，TAB）与焊球植入（SolderBumping）等。一级封装是将晶片稳固地安装在封装基板或引线框架上，实现晶片焊盘与基板或框架内引脚的互连。其目的是为晶片提供保护性的包封结构，同时为其提供与外部进行电学互连的途径。一级封装的产物为电子元器件。目前球栅阵列封装（BallGridArray，BGA）是一级封装的主流技术。一级封装后获得封装完成的电子元器件一级封装将晶片包封起来形成电子元器件二级封装后形成电子系统的插卡、插板或主板二级封装将元器件组装起来形成板卡系统将一级封装完成的电子元件及其他组件安装在印制线路板（PCB）表面形成板卡系统，即为二级封装。通孔插装（THT,ThroughHoleTechnology）与表面贴装（SMT,SurfaceMountingTechnology）为二级封装的两大主要技术。三级封装后得到母板三级封装将板卡组装起来形成产品的子系统三级封装是将印刷电路板组装到一个主板上，形成一个子系统（主板）的过程。小结注：有的分级还会出现四级封装，指将多个子系统组装成一个完整的电子产品封装的发展趋势与集成电路产业的发展需求相同步，空间优化，即小型化与紧凑化，也是封装技术的发展趋势。CSPSOPSOJS-SOPTQFPTABPLCCQFPDIP/PGABGAMCMTSOP年1970s1980s1990s2000后DIP封装的发展趋势：小型化封装的发展趋势：依应用场景各取所需许多传统的封装方式因为其低成本和可靠性依然在产品中广泛使用。相对地，先进的封装技术更多地应用于高端产品，如高性能微芯片中。台积电和日月光投控几乎垄断了AI芯片封装市场（如英伟达、AMD订单），日月光市占率达27.6%（2023年），计划在美国、墨西哥和日本建厂，强化全球布局半导体封装市场预计年增10%以上，2030年规模达900亿美元中国台湾美国投入390亿美元补贴本土芯片制造，目标将全球半导体产能占比从12%提升至20%。英特尔在德国、波兰等地投资超400亿欧元建厂，并扩建美国本土封装设施美国欧盟计划投入430亿欧元，目标2030年将全球芯片产能占比从不足10%提升至20%。意法半导体与三安光电合资建设碳化硅器件封装厂，总投资32亿美元欧洲韩国封装产业先进封装技术（如2.5D/3D集成）起步较晚，2023年全球市占率仅6%，韩国政府计划到2026年吸引550万亿韩元投资，并通过税收优惠和技术保护（如芯片工程师行程追踪）强化产业链安全韩国全球竞争快速发展封装