第三章 微电子封装形式的分类

1、第三章：微电子封装形式分类、3.1概论3.2封装材料、封装老虎钳、封装结构分类3.2.1金属封装(M) 3.2.2塑料封装(P) 3.2.3陶瓷封装(C) 3.3通过封装因此，封装技术是非常重要的技术的一环。 最初的半导体晶体管一出现，在云同步，封装技术的发展也开始了。 3.1概论、解老虎钳和封装的发展进展、电子管的安装、19001950年、1900年真空晶体管的发明、世界开始进入电子时代1918年，各种无线设备开始普遍采用电子管1920年，以酚层压板为连接基板1936年， 提倡“印刷电路”概念的美国国家标准局以将PWB应用于电子管电路中为前提，就材料、配线方法、搭载零配件等提出了包括26项在

2、内的提案，涉及涂布法、喷涂法、化学沉积法、模具法、粉末烧结法等6个工艺，其中多为现在的PWB技术雏形， 适用于包含晶体管密封时期(19501960年)的晶体管连接的TO (圆筒壳体)型封装方式1958年，平面晶体管制造技术1958年，第一IC集成电路(IC) 1958年，晶体管树脂模1960年， 杜邦公司开发Ag-Pd系厚膜浆20世纪六十年代，厚膜浆实用化20世纪，零配件插入时期(19601975年)，1961年，氧化铝流延片材10层叠共烧技术，金属化通孔工艺法的多层板制造工艺技术1962年，薄膜晶体管型1963年，扁平封装问题1969年陶瓷扁平封装六十年代、环氧玻璃布基铜箔层压板、环氧树酯多

3、层热塑性薄膜基材六十年代开始、平面能源宝球状焊锡端子、芯片用铸塑树脂封装六十年代后半、氧化铝多层基板70年代中期、1000以下玻璃陶瓷电路板、零配件插入时期(19601975年)、 70年代，连续自动化辊(盘)式操作的新工艺以聚酰亚胺薄膜录音带为载体的带有载体的IC密封塑料封装的dip平坦形态塑料封装引线型DIP PWB (特别是多层板)用材料和生产技术的开发，特别是层压粘合方法、半固化法(半固化法) 薄膜电镀等方面的SMT技术可用于电视射频波头、VTR等混合集成电路热敏头，满足表面贴装技术(SMT )时期(1975年1月)、70年代中期、SMT要求，PWB实质上是柔性刚性基板厚膜无电解电镀技

4、术， 比开发了通孔镀敷技术18m铜箔百叶帘孔及层间布线孔金属化技术1977的氮化铝基板具有更低介电常数特性的1982年，实用化的SiC型陶瓷电路板、玻璃陶瓷电路板、表面贴装技术(SMT )时期(1975年1月)， 从1980年开始，大头针网格阵列封装PGA问世，1991年，塑料BGA、BGA进入了真正的实用阶段的海外专门人才，一般将QFP、TSOP为代表的周边引线型封装的出现视为SMT的“第一次革命”，在1990年代中期正式把以BGA(CSP )为代表的平面网格阵列配置引线型封装视为SMT的“第二次革命”的62层玻璃陶瓷低温共烧多层基板(LTCC) 1986年，接触型集成电路卡诞生，高密度密封

5、时期(1990年代初)，1990年，日本IBM，SLC层叠多层板。以感光性树脂为绝缘层，根据光电微影技术制作微细的通孔的崭新的技术。 开创了PCB行业新时代的20世纪80年代末90年代初，多芯片零配件技术兴起的1992年开始，通用电气圈套公司的3D MCM开拓了实现系统整合的新道路，开创了发展三次元立体封装的先例。 1996年，索尼、电子数码搭载了20个CSP封装老虎钳，高密度封装时代(1990年代初)，1997年，日本首次将CSP产品投放市场。 CSP是实现高密度、微小型化的封装，是21世纪初高密度封装技术发展的主流。 1997年，不含元素溴、不含锑的绿色型PCB基材开始工业化，投入市场。

6、半导体IC的金属布线在IC芯片整体中所占的面积越来越大，金属布线问题在其后成为IC发展的关牛鼻子点的1998年，新发明了Motorola、IBM、六层铜布线工艺的1998年，日本、美国、福摩萨、 芯片封装技术已成为环氧CLAY纳米级复合材料应用于铜板的成果的专利，经过几代变迁，芯片面积与封装面积之比越来越接近1，引线数量增加，引线间距减少，重量减少，应用频率高，耐温性能更好，可靠性提高因此，我们去买芯片，仔细询问某芯片采用什么样的封装方式，采用什么样的封装形式，并且这个封装形式有什么样的技术特征和优势？ 本章介绍了几种主要的芯片封装形式、分类方法及特点。 3.2微电子封装形式分类，微电子封装形

7、式根据封装材料，主要可分为4种形式：金属封装、塑料封装、陶瓷封装和金属陶瓷封装；根据气密性可分为气密封装和非气密封装。 典型的封装形式3.2.1金属封装(m )和1 .金属封装的概念金属封装是采用金属作为壳体或基座并且将芯片直接或经由基板安装到壳体或基座的电子封装形式。 为了不受脱老虎钳性能的影响，金属封装的信号和电源引线多采用玻璃-金属密封工艺和金属陶瓷密封工艺。 由于金属封装具有良好的散热性和电磁防护性，因此经常作为可靠的要求和客制化的专用气密封装使用。 目前主要有： (1)光伏器件封装：带光窗型、带透镜型、带光纤型；(2)微波组件和混合电路封装：双列直插型、扁平型；(3)特殊元件封装：沉

8、积基质系；(2)在组装过程中，温度始终保持高温按照一定的降温曲线，按照各阶段的工艺，必须减小后工艺步骤对前工艺的影响(3)密封盖和壳体的密封面是否出现间隙，不能准确对位，引起脱老虎钳的密封问题(4)减少水蒸气等有害瓦斯气体成分复盖工艺：复盖工艺是金属封装中比较特殊的工艺，目前常见的复盖工艺有平行缝焊、激光封焊和低温焊等。 (1)平行缝焊平行缝焊封接法是指，使用两端部倾斜角45角的圆柱形电极，以一定的压力将金属盖板和金属焊接环按压在云同步上进行电焊的气密性封接方法。 此方法请勿采用形状复杂的外形。 平行缝焊法、平行缝焊的焊环形状、平行缝焊是一种可靠的密封方式，盖板和焊环等平行密封材料对密封中的气

9、密性和气密性成材率有重要影响。因此，高品质的平行缝焊罩必须具备(a )罩的热胀冷缩定系数与基座焊环相符，接近陶瓷体的特性，(b )焊接熔点温度尽可能低，(c )耐腐蚀性能优异，(d )尺寸误差小，(e )平坦、清洁、毛刺小，毛刺小(2)一种气密性密封方法，其在多层布线的设定位置进行激光密封，银焊料作为密封金属基体的结合环，将金属壳体固定在结合环上，通过使两者成为紧贴状态的激光束的能量，使焊接环和金属壳体溶解于云同步，在蒸发制冷后完成。 该方法是一种气密性封装技术，与上述平行缝焊接封装技术相比，可用于大型MCM和外形复杂的MCM，保证了高可信。 激光密封技术，(3)低温焊接低温焊接是指通过焊接将

10、金属外壳固定在多层布线板上，将IC芯片与外部空气隔绝。 为了实现基于钎焊的气密密封，要求钎焊与被钎焊材料之间具有良好的润湿性。 通常使用Sn63/Pb37 (锡铂)共晶焊料。 3、金属封装的特点金属封装精度高、尺寸严格的五金制品以冲击、挤压为主，便于大批量生产、廉价、性能优良的芯片容易定径套，应用灵活、可靠、体积大。 金属封装形式多样，加工灵活，可与某些零配件(混合集成的A/D或D/A转换器等)集成，适用于低I/O数的单芯片和多芯片封装(震荡器、放大器、混料器、鉴频器、DC/DC转换器等)的4 (1)根据芯片或陶瓷电路板的热胀冷缩系数，减少或避免热应力的产生；(2)提供非常好的热传导性和散热；

11、(3)非常好的导电性，降低传输时延；(4)良好的EMI/RFI (电磁干扰作用/无线射频干扰作用)屏蔽能力； 一盏茶的强度和硬度，良好的加工或成型性能(6)镀敷性、焊接性和耐腐蚀性，容易实现与芯片、外壳大板块、印刷大板块的可靠结合，密封和环境保护(7)低成本。 5、传统金属封装材料的金属材料选择与金属封装的质量和可靠性直接相关，常用的传统金属封装材料有Al、Cu、Mo、w、钢及CuW、Ni-Fe、CuMo和CuW合金等。 这些个都具有优良的热传导性，比硅材料具有更高的热胀冷缩系数。 新型金属封装材料近年来新开发出了许多金属基复合材料，它们是以Mg、Al、Cu、Ti等金属或金属间化合物为基础，以

12、粒子、晶须、短纤维或连续纤维为增强体的复合材料。 与以往的金属密封材料相比，主要具有以下优点： (1)通过改变增强体的种类、体积分数、排列方式，或者通过改变母材合金，可以改变材料的热物理性质，满足密封散热的要求，简化密封的设定；(2)材料制造灵活、成本低廉特别是可以直接成形，避免了昂贵的加工费用和加工造成的材料损失；(3)特别开发的低密度、高性能金属类复合材料非常适用于航天。 随着电子封装的高性能、低成本、低密度和集成化方向的发展，对金属封装材料的要求越来越高，金属基复合材料起着越来越重要的作用，因此金属基复合材料的研究和使用是今后的重点和无线热点之一。 3.2.2塑料封装(p )、1 .塑料

13、封装的概念和特征塑料封装是指用环氧树酯、塑料、硅酮树脂等有机树脂材料复盖半导体老虎钳或电路芯片，加热固化来完成封装，与外界隔绝。 一般认为是非气密性封装。 目前，塑料封装产品约占IC封装市场的95%，可靠性高，在3GHz以下的工序中被大量使用。塑料包装的主要特点：工艺简单，成本低廉，易于自动化大生产。 2 .塑料密封材料标准的塑料密封材料主要有70%的填充材料(主要是二氧化硅)、18%的环氧树酯、固化剂、偶联剂、离型剂、防火剂和着色剂等。 上述各原料成分的应用与哪些因素有关： (1)应用中的热胀冷缩系数、介电常数、密封性、吸湿性、强韧性等残奥表的要求；(2)提高强度、降低价格等因素。 3 .塑

14、料包装的工艺流程塑料包装，除非另有说明，否则指传递成型包装。 具体的工艺流程包括硅晶片的薄型化、切割、芯片安装、合十礼引线接合、传递成型、后固化、去毛刺、上焊锡、斜切、刻印等多个工序。 有时将工序分为前后工序，塑料封入前的工序步骤称为组装或前工序，塑料封入后的工艺步骤称为后工序。 典型的塑料密封工艺，4 .树脂为营销对象的方法(1)用涂布法毛笔、刷子等浸泡环氧树酯和有机硅润滑脂，直接涂布在半导体芯片和芯片零配件上，加热固化完成密封。 (2)滴灌法是将黏性系数较低的环氧树酯、硅树脂等液态树脂用注射器和布液器滴灌到与配线基板微连接的半导体芯片上，使其加热硬化密封。 (3)浸渍法将完成了微互联的半导

15、体芯片或芯片零配件浸渍在充满环氧树酯或酚醛树脂液体的浴槽中，浸渍一定时间后，提起，加热固化，完成封装。 (4)浇铸法(模制注入法)将完成了微互联的半导体芯片和芯片零配件装入比其稍大的尺寸的模具和树脂壳体中，构成模块，向其中的间隙注入环氧树酯和酚醛树脂等液态树脂，加热固化，完成密封。 (5)流动浸渍法将完成了微互联的线路板预加热的状态下，装满环氧树酯和二氧化硅粉末的混合粉体，浸渍在位于流化态的流动浴槽中，浸渍一定时间，等待粉体附着到一定厚度后，加热固化，完成封装。 比较各种树脂密封方法的特点，5 .模塑成形的缺陷所有模塑制品无论是采用先进的传递模塑密封，还是采用传统的单注射密封，模塑成形缺陷总是普遍存在，而且不能完全消除，成形缺陷主要有(2)孔/孔6 .塑料包装的类型从工程应用的角度可以将塑料包装分为大头针插入型、表面贴装技术型、载体录音带自动焊接(TAB )型等多种类型IC集成电路常用的塑料包装PDIP:塑料双列直插式封装(2) psop 3360塑料小型封装(4)pqfp:四边，plcc 3360无模引线芯片载体ppggaging PBGA:塑料球栅阵列(