集成电路封装技术演稿课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,集成电路封装技术及其特性分析,课题,8,集成电路封装技术及其特性分析,集成电路产业,设计、制造、封装,据估计我国集成电路的年消费将达到,932,亿美圆，约占世界市场的,20%,，其中的,30%,将用于电子封装，则年产值将达几千亿人民币，,现在每年全国大约需要,180,亿片集成电路，但我们自己制造，特别是封装的不到,20%,先进封装技术的发展使得日本在电子系统、特别是日用家电消费品的小型化方面一度走在了世界之前,集成电路产业设计、制造、封装 据估计我国集成电路,電子原件封裝形式縮寫,1,BGA,球栅阵列封装,2,CSP,芯片缩放式封装,3,COB,板上芯片贴装,4,COC,瓷质基板上芯片贴装,5,MCM,多芯片模型贴装,6,LCC,无引线片式载体,7,CFP,陶瓷扁平封装,8,PQFP,塑料四边引线封装,9,SOJ,塑料,J,形线封装,10,SOP,小外形外壳封装,11,TQFP,扁平簿片方形封装,12,TSOP,微型簿片式封装,13,CBGA,陶瓷焊球阵列封装,14,CPGA,陶瓷针栅阵列封装,15,CQFP,陶瓷四边引线扁平,16,CERDIP,陶瓷熔封双列,17,PBGA,塑料焊球阵列封装,18,SSOP,窄间距小外型塑封,19,WLCSP,晶圆片级芯片规模封装,20,FCOB,板上倒装片,電子原件封裝形式縮寫1BGA 球栅阵列封装11TQFP,集成电路（,IC,）封装的作用和类型,IC,封装的定义：,IC,的封装是微电子器件的两个基本组成部分之一：,芯片（管芯）,+,封装（外壳） 微电子器件,chip (die) package packaging device,封装给管芯（芯片）和印制电路板（,PWB,）之间,提供电互连、机械支撑、机械和环境保护及导热,通道。,集成电路（IC）封装的作用和类型 IC封装的定义：IC,封装的作用,电功能：传递芯片的电信号,散热功能：散发芯片内产生的热量,机械化学保护功能：保护芯片与引线,防潮,抗辐照,防电磁干扰,封装的作用电功能：传递芯片的电信号散热功能：散发芯片内产生的,IC,芯片,引线架,导线丝,铝膜,外引线,封装树脂,塑料基板,塑料封装,DIP,工艺,导电粘胶,超声键合可在较低的温度下使金属丝发生塑性变形，,完成固相结合。,引线键合,成本较低,IC芯片引线架导线丝铝膜外引线封装树脂塑料基板塑料封装DIP,双列直插式封装结构,DIP,双列直插式封装结构DIP,DIP,双列直插式封装,DIP(DualIn,line Package),是指采用双列直插形式封装的集成电路芯片，绝大多数中小规模集成电路,(IC),均采用这种封装形式，其引脚数一般不超过,100,个。,采用,DIP,封装的,CPU,芯片有两排引脚，需要插入到具有,DIP,结构的芯片插座上。当然，也可以直接插在有相同焊孔数和几何排列的电路板上进行焊接。,DIP,封装的芯片在从芯片插座上插拔时应特别小心，以免损坏引脚。,DIP,封装具有以下特点,:,1.适合在,PCB(,印刷电路板)上穿孔焊接,操作方便,2.芯片面积与封装面积之间的比值较大，故体积也较大。,Intel,系列,CPU,中,8088,就采用这种封装形式，缓存,(Cache),和早期的内存芯片也是这种封装形式。,DIP双列直插式封装 DIP(DualInline Pac,PGA,背面,Pin Grid Array,平面栅阵电极封装,集成电路管脚的不断增加，可达,3000,个管脚，使得只在四周边设置引脚遇到很大困难,PGA背面Pin Grid Array平面栅阵电极封装集成电,PGA,插针网格阵列封装,PGA(Pin Grid Array Package),芯片封装形式在芯片的内外有多个方阵形的插针，每个方阵形插针沿芯片的四周间隔一定距离排列。根据引脚数目的多少，可以围成2-5圈。安装时，将芯片插入专门的,PGA,插座。为使,CPU,能够更方便地安装和拆卸，从486芯片开始，出现一种名为,ZIF,的,CPU,插座，专门用来满足,PGA,封装的,CPU,在安装和拆卸上的要求,ZIF(Zero Insertion Force Socket),是指零插拔力的插座。把这种插座上的扳手轻轻抬起，,CPU,就可很容易、轻松地插入插座中。然后将扳手压回原处，利用插座本身的特殊结构生成的挤压力，将,CPU,的引脚与插座牢牢地接触，绝对不存在接触不良的问题。而拆卸,CPU,芯片只需将插座的扳手轻轻抬起，则压力解除，,CPU,芯片即可轻松取出。,PGA,封装具有以下特点：,1.,插拔操作更方便，可靠性高。,2.,可适应更高的频率。,Intel,系列,CPU,中，,80486,和,Pentium,、,Pentium Pro,均采用这种封装形式。,PGA插针网格阵列封装 PGA(Pin Grid Array,一、微电子封装技术的发展趋势,直插式,三次重大变革,表面贴装式,芯片尺寸封装,DIP,SMT,CSP,一、微电子封装技术的发展趋势直插式三次重大变革表面贴装式芯片,封装技术的第一次重大变革,表面贴装技术,插装技术,20,世纪,70,年代中期,封装技术的第一次重大变革表面贴装技术插装技术20世纪70年代,DIP,SOP,：,small out-line package,表面贴装（,SMT,）技术之一,薄型化,手机、笔记本电脑、数码摄象机的薄型化、小型化,引脚向外弯曲,1,、,SOP,小型平面引线式封装,Surface Mount technology,DIPSOP：small out-line package表,2,、,SOJ,引脚向内弯曲,small out-line J-lead package,小型平面,J,形引线式封装,2、SOJ引脚向内弯曲small out-line J-le,3,、,QFP,背面,引脚向外弯曲,：,quad flat package,四周平面引线式封装,3、QFP背面引脚向外弯曲：quad flat packag,QFP,塑料方型扁平式封装和,PFP,塑料扁平组件式封装,QFP（Plastic Quad Flat Package）,封装的芯片引脚之间距离很小，管脚很细，一般大规模或超大型集成电路都采用这种封装形式，其引脚数一般在100个以上。用这种形式封装的芯片必须采用,SMD（,表面安装设备技术）将芯片与主板焊接起来。采用,SMD,安装的芯片不必在主板上打孔，一般在主板表面上有设计好的相应管脚的焊点。将芯片各脚对准相应的焊点，即可实现与主板的焊接。用这种方法焊上去的芯片，如果不用专用工具是很难拆卸下来的。,PFP（Plastic Flat Package）,方式封装的芯片与,QFP,方式基本相同。唯一的区别是,QFP,一般为正方形，而,PFP,既可以是正方形，也可以是长方形。,QFP/PFP,封装具有以下特点：,1.,适用于,SMD,表面安装技术在,PCB,电路板上安裝布線。,2.,适合高频使用,.,3.,操作方便，可靠性高。,4.,芯片面积与封装面积之间的比值较小。,AK-51,WI-FI,等機種上用到,.,QFP塑料方型扁平式封装和PFP塑料扁平组件式封装 QFP（,QFP,的实用水平，封装尺寸为,40mm,40mm,，端子间距为,0.4mm,端子数,376,QFP,是目前表面贴装技术的主要代表,周边端子型封装,QFP,的最大问题是引脚端子的变形，难保证与印刷电路板的正常焊接，需要熟练的操作者，日本半导体用户掌握着高超的技能，处理微细引脚的多端子,QFP,得心应手,QFP的实用水平，封装尺寸为40mm40mm,封装技术的第二次重大变革,QFP,贴装技术,20,世纪,90,年代初中期,BGA,贴装技术,封装技术的第二次重大变革QFP贴装技术20世纪90年代初中期,4,、,BGA,Ball Grid Array,球状栅阵电极封装,背面,焊料微球凸点,4、BGABall Grid Array球状栅阵电极封装背面,BGA,球栅阵列封装,当,IC,的管脚数大于,208 Pin,时，传统的封装方式有其困难度。因此，除使用,QFP,封装方式外，现今大多数的高脚数芯片皆转而使用,BGA(Ball Grid Array Package),封装技术。,BGA,封装具有以下特点：,1.I/O,引脚数虽然增多，但引脚之间的距离远大于,QFP,封装方式，提高了成品率。,2.,虽然,BGA,的功耗增加，但由于采用的是可控塌陷芯片法焊接，从而可以改善电热性能。,3.,组装可用共面焊接，可靠性大大提高。,WI-FI,上使用,BGA球栅阵列封装 当IC的管脚数大于208 Pin时，传统,IC,芯片,引线架,导线丝,内引线,封装树脂,焊料微球凸点,BGA,基板,IC芯片引线架导线丝内引线封装树脂焊料微球凸点BGA基板,回流焊,回流焊,:,通过掩膜预先将适量的焊料置于印制板上需要钎焊的地方，然后将需要装载的元件贴装在印制板相应的电极上，再利用各种加热方式对整个印制板进行加热，使焊料熔化，实现元件电极与对应预涂焊点的互联,印制板,回流炉,回流焊回流焊:通过掩膜预先将适量的焊料置于印制板上需要钎焊的,焊料微球凸点,B,、球状电极的不会变形,印制板,C,、熔融焊料的表面张力作用，具有自对准效果，实装可靠性高，返修率几乎为零,A,、与,QFP,相比，可进一步小型化、多端子化，,400,端子以上不太困难。,球栅阵列型封装,BGA,的优点,D,、实装操作简单，对操作人员的要求不高,焊料微球凸点B、球状电极的不会变形印制板C、熔融焊料的表面张,2,BGA,的分类：（按基板和封装外形） 多层陶瓷基板（,CBGA,）：带盖板密封型，或点胶密封， 倒装焊裸芯片，非密封型； 有机基板,BGA,：多层,PCB,基板、模塑包封,BGA,PBGA,， 多层载带基板、金属盖板,BGA,TBGA,； 金属基板,BGA,：,MBGA,，采用表面阳极氧化铝基板， 单层或双层薄膜金属实现封装内互连。 各种,BGA,剖面结构见附、图,14,。 各种小型或超小型,BGA,则属,CSP,。,2BGA的分类：（按基板和封装外形） 多层陶瓷,IBM,的,SRAM,芯片,（,FC-PBGA,）,IBM的SRAM芯片（FC-PBGA）,图,18,几类芯片尺寸封装结构示意图,图18 几类芯片尺寸封装结构示意图,BGA,是目前高密度表面贴装技术的主要代表,日本厂家把主要精力投向,QFP,端子间距精细化方面，但是未能实现,0.3mm,间距的多端子,QFP,，因为日本厂家认为,BGA,实装后，对中央部分的焊接部位不能观察。,美国公司的实际应用证明，,BGA,即使不检测焊点的质量，也比经过检测的,QFP,合格率高两个数量级,美国康柏公司,1991,年率先在微机中的,ASIC,采用了,255,针脚的,PBGA,，从而超过,IBM,公司，确保了世界第一的微机市场占有份额。,BGA是目前高密度表面贴装技术的主要代表,封装技术的第三次重大变革,芯片尺寸封装技术,BGA,贴装技术,20,世纪,90,年代中期,封装技术的第三次重大变革芯片尺寸封装技术BGA贴装技术20世,20,世纪,90,年代，日本开发了一种接近于芯片尺寸的超小型封装，这种封装被称为,chip size package,，将美国风行一时的,BGA,推向,CSP,将成为高密度电子封装技术的主流趋势,尺寸芯片封装,CSP,chip size package,裸芯片封装,尺寸芯片封装概念,双列直插式封装（,DIP,）的裸芯片面积与封装面积之比为,1:80,表面贴装技术,SMT,中的,QFP,为,1:7,，,CSP,小于,1:1.2,20世纪90年代，日本开发了一种接近于芯片尺,尺寸芯片封装原理,芯片尺寸封装,CSP,CSP,：,Chip Scale Package,，芯片尺寸封装。,1.,定义：,IC,封装所占,PCB,面积,1.2,倍（或,1.5,倍或,2,倍）,芯片面积的多种封装形式的统称。,它是由现有的多种封装形式派生的、外形尺寸,相当于或稍大于芯片的、各种小型封装的总称。,它不是以结构形式来定义的封装。各类,BGA,、,MiniBGA,、,FBGA,（节距,0.5mm,）都可属于,CSP,。,外引脚都在封装体的下面，但可为：焊球、焊凸点、,焊盘、框架引线，品种形式已有,50,种以上。,（详见“芯片尺寸封装”一书）。,尺寸芯片封装原理芯片尺寸封装CSP,尺寸芯片封装,CSP,分类,1,、平面栅阵端子型,CSP,裸芯片,焊料微球凸点,2,、周边端子型,CSP,尺寸芯片封装CSP分类1、平面栅阵端子型CSP裸芯片焊料微球,集成电路封装技术演稿课件,图,18,CSP,的主要类型,图18 CSP的主要类型,3.,JEDEC,中的,CSP,标准 已有,14,个，比,BGA,（,8,个）多，名称上采用了“窄节距” “焊球阵列”,FBGA,，薄型、超薄型、小尺寸、窄节距,BGA,和薄、超小型“无引线封装”,SON,（,4,个）。 焊点节距范围为：,0.40,，,0.50,，,0.65,，,0.75,，,0.80,，,1.00 mm,。,CSP,与,BGA,的根本区别在于封装面积和芯片面积之比,S,P,/S,d,1.2,，而不在于节距,0.5mm,。 正方形和矩形分立为两类：（,S-,，,R-,） 焊球直径有：,0.17,，,0.30,，,0.40,，,0.45,，,0.50 mm,。 焊盘尺寸有：,0.400.70,，,0.300.50,，,0.350.70 mm,2,， 多数取,0.300.50 mm,2,。 封装总体高度有：,0.5,，,0.8,，,0.9,，,0.95,，,1.00,，,1.20,，,1.70 mm,等，多数取,1.20 mm,。,3.JEDEC中的CSP标准 已有14个，比BGA,IC,芯片,引线架,导线丝,内引线,封装树脂,焊料微球凸点,IC,芯片,CSP,BGA,基板,IC芯片引线架导线丝内引线封装树脂焊料微球凸点IC芯片CSP,CSP,芯片尺寸封装工艺,1,、导电丝焊接组装技术,2,、倒扣组装技术,CSP芯片尺寸封装工艺1、导电丝焊接组装技术2、倒扣组装技术,1,、导电丝焊接组装技术,芯片,芯片,芯片,印制板,粘胶,超声热压焊引线,金属布线,铝膜,模塑树脂,1、导电丝焊接组装技术芯片芯片芯片印制板粘胶超声热压焊引线金,2,、倒扣组装技术,在裸芯片上的电极上形成焊料凸点，通过钎焊将芯片以,电极面朝下,的倒状方式实装在多层布线板上，由于不需要从芯片向四周引出,I/O,端子，可布置更多的端子，互联线的长度大大缩短，减小了,RC,延迟，可靠性提高,芯片,芯片,Flip ship,回流焊,芯片,树脂下填充,2、倒扣组装技术 在裸芯片上的电极上形成焊料凸点,4,、,CSP,发展新趋势,1,、,MCM,组装,2,、三维封装,4、CSP发展新趋势1、MCM组装2、三维封装,1,、,MCM,组装,Multi chip module,芯片,封装体,芯片,封装外壳,印制板,单芯片封装电路板,多芯片封装电路板,可大幅度减小封体积,将多个,裸芯片,不加封装，直接装载于同一印制板上并封装于同一壳体内，与一般单芯片封装的,SMT,相比，面积减小了,36,倍，重量减轻了,3,倍以上，由于减小了引线长度故可明显改善信号延迟、降低高频损耗,1、MCM组装Multi chip module芯片封装体芯,IC,芯片,内引线,封装树脂,印制板,绝缘胶,焊料微球,2,、三维封装,IC芯片内引线封装树脂印制板绝缘胶焊料微球2、三维封装,(a),(a),(b),(b),(c),(c),(d),(d),(e) SBGA,的横截面结构示意图（局部,）,图,14,各类,BGA,的横截面结构示意图,(e) SBGA的横截面结构示意图（局部）图14 各,各种封装类型,示意图,各种封装类型,THE END,Thanks,THE END Thanks,