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1、第五章第五章 微电子封装技术微电子封装技术封装的作用封装的作用电功能：传递芯片的电信号电功能：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：保护芯片与引线机械化学保护功能：保护芯片与引线防潮防潮抗辐照抗辐照防电磁干扰防电磁干扰集成电路产业集成电路产业设计、制造、封装设计、制造、封装 据估计我国集成电路的年消费将达到据估计我国集成电路的年消费将达到932亿美亿美圆，约占世界市场的圆，约占世界市场的20%，其中的，其中的30%将用于电将用于电子封装，则年产值将达几千亿人民币，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现在每年全国大约需要1
2、80亿片集成电路，但亿片集成电路，但我们自己制造，特别是封装的不到我们自己制造，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、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世界之前IC芯片芯片引线架引线架导线丝导线丝铝膜铝膜外引线外引线封装树脂封装树脂塑料基板塑料基板塑料封装塑料封装DIP工艺工艺导电粘胶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，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。完成固相结合。引线键合引线键合成本较低成本较低双列直插式封装结构双列直插式封装结构
3、DIPPGA背面背面Pin Grid Array平面栅阵电极封装平面栅阵电极封装集成电路管脚的不断增加，可达集成电路管脚的不断增加，可达3000个管脚，个管脚，使得只在四周边设置引脚遇到很大困难使得只在四周边设置引脚遇到很大困难一、微电子封装技术的发展趋势一、微电子封装技术的发展趋势直插式直插式三次重大变革三次重大变革表面贴装式表面贴装式芯片尺寸封装芯片尺寸封装DIPSMTCSP封装技术的第一次重大变革封装技术的第一次重大变革表面贴装技术表面贴装技术插装技术插装技术20世纪世纪70年代中期年代中期DIPSOP：small out-line package表面贴装（表面贴装（SMT）技术之一）技
4、术之一薄型化薄型化手机、笔记本电脑、数码摄手机、笔记本电脑、数码摄象机的薄型化、小型化象机的薄型化、小型化引脚向外弯曲引脚向外弯曲1、SOP小型平面引线式封装小型平面引线式封装Surface Mount technology2、SOJ引脚向内弯曲引脚向内弯曲small out-line J-lead package小型平面小型平面J 形引线式封装形引线式封装3、QFP背面背面引脚向外弯曲引脚向外弯曲：quad flat package四周平面引线式封装四周平面引线式封装 QFP的实用水平，封装尺寸为的实用水平，封装尺寸为40mm40mm，端子间距为端子间距为0.4mm,端子数端子数376 QF
5、P是目前表面贴装技术的主要代表是目前表面贴装技术的主要代表 周边端子型封装周边端子型封装QFP的最大问题是引脚端子的变形，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，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端子QFP得心应手得心应手封装技术的第二次重大变革封装技术的第二次重大变革QFP贴装技术贴装技术20世纪世纪90年代初中期年代初中期BGA贴装技术贴装技术4、BGABall Grid Array球状栅阵电极封装球状栅阵电极封装背面背面焊料微球凸点焊料微球
6、凸点IC芯片芯片引线架引线架导线丝导线丝内引线内引线封装树脂封装树脂焊料微球凸点焊料微球凸点BGA基板基板回流焊回流焊回流焊回流焊: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，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使焊料熔化，实现元件电极与对应预涂焊点的互联印制板印制板回流炉回流炉焊料微球凸点焊料微球凸点B、球状电极的不会变形、球状电极的不会变形印制板印制板C
7、、熔融焊料的表面张力作用，具有自对准效果，实、熔融焊料的表面张力作用，具有自对准效果，实装可靠性高，返修率几乎为零装可靠性高，返修率几乎为零A、与、与QFP相比，可进一步小型化、多端子化，相比，可进一步小型化、多端子化，400端子以上端子以上不太困难。不太困难。球栅阵列型封装球栅阵列型封装BGA的优点的优点D、实装操作简单，对操作人员的要求不高、实装操作简单，对操作人员的要求不高 BGA是目前高密度表面贴装技术的主要代表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日本厂家把主要精力投向QFP端子间距精细化方面，端子间距精细化方面，但是未能实现间距的多端子但是未能实现间距的多端子Q
8、FP，因为日本厂家认为，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。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，美国公司的实际应用证明，BGA即使不检测焊点的即使不检测焊点的质量，也比经过检测的质量，也比经过检测的QFP合格率高两个数量级合格率高两个数量级 美国康柏公司美国康柏公司1991年率先在微机中的年率先在微机中的ASIC采用了采用了255针脚针脚的的PBGA，从而超过，从而超过IBM公司，确保了世界第一的微机市场占公司，确保了世界第一的微机市场占有份额。有份额。封装技术的第三次重大变革封装技术的第三次重大变革芯片尺寸封装技术芯片尺寸封装技术BGA贴装技
9、术贴装技术20世纪世纪90年代中期年代中期 20世纪世纪90年代，日本开发了一种接近于芯片尺寸的超年代，日本开发了一种接近于芯片尺寸的超小型封装，这种封装被称为小型封装，这种封装被称为chip size package，将美国风，将美国风行一时的行一时的BGA推向推向CSP,将成为高密度电子封装技术的主流将成为高密度电子封装技术的主流趋势趋势尺寸芯片封装尺寸芯片封装CSPchip size package裸芯片封装裸芯片封装尺寸芯片封装概念尺寸芯片封装概念双列直插式封装（双列直插式封装（DIP）的裸芯片面积与封装面积之比为）的裸芯片面积与封装面积之比为1:80,表面贴装技术表面贴装技术SMT中
10、的中的QFP为为1:7，CSP小于小于尺寸芯片封装原理尺寸芯片封装原理主要考虑用尽可能少的封装材料解决电极保护问题主要考虑用尽可能少的封装材料解决电极保护问题尺寸芯片封装尺寸芯片封装CSP分类分类1、平面栅阵端子型、平面栅阵端子型CSP裸芯片裸芯片焊料微球凸点焊料微球凸点2、周边端子型、周边端子型CSPIC芯片芯片引线架引线架导线丝导线丝内引线内引线封装树脂封装树脂焊料微球凸点焊料微球凸点IC芯片芯片CSPBGA基板基板CSP芯片尺寸封装工艺芯片尺寸封装工艺1、导电丝焊接组装技术、导电丝焊接组装技术2、倒扣组装技术、倒扣组装技术1、导电丝焊接组装技术、导电丝焊接组装技术芯片芯片芯片芯片芯片芯片
11、印制板印制板粘胶粘胶超声热压焊引线超声热压焊引线金属布线金属布线铝膜铝膜模塑树脂模塑树脂2、倒扣组装技术、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，互联线的长度端子，可布置更多的端子，互联线的长度大大缩短，减小了大大缩短，减小了RC延迟，可靠性提高延迟，可靠性提高芯片芯片芯片芯片Flip ship回流焊回流焊芯片芯片树脂下填充树脂下填充4、CSP发展新趋势发展新趋势1
12、、MCM组装组装2、三维封装、三维封装1、MCM组装组装Multi chip module芯片芯片封装体封装体芯片芯片封装外壳封装外壳印制板印制板单芯片封装电路板单芯片封装电路板多芯片封装电路板多芯片封装电路板可大幅度减小封体积可大幅度减小封体积 将多个将多个裸芯片裸芯片不加封装，直接装载于同一不加封装，直接装载于同一印制板上并封装于同一壳体内，与一般单芯片印制板上并封装于同一壳体内，与一般单芯片封装的封装的SMT相比，面积减小了相比，面积减小了36倍，重量减倍，重量减轻了轻了3倍以上，由于减小了引线长度故可明显倍以上，由于减小了引线长度故可明显改善信号延迟、降低高频损耗改善信号延迟、降低高频损耗IC芯片芯片内引线内引线封装树脂封装树脂印制板印制板绝缘胶绝缘胶焊料微球焊料微球2、三维封装、三维封装各种封装类型示意图