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1、微电子器件封装微电子器件封装-封装材料与封装技术封装材料与封装技术 朱路平朱路平城市建设与环境工程学院城市建设与环境工程学院Email： QQ：422048712 WaferPackageSingle ICAssemblyPackaging&Assembly is the Bridge Between IC and System！本本课课程程为为材材料料专专业业本本科科学学生生的的一一门门必必修修课课，涉涉及及静静态态和和动动态态两两方方面面，即即电电子子封封装装材材料料的的种种类类、性性质质和和功功能能，以以及及电电子子封封装装工工艺艺的的设设计计、控控制制等等技技术术。通通过过本本课课程程
2、的的学学习习，初初步步地地掌掌握握电电子子封封装装的的一一些些基基本本理理论论和和工工艺艺，为为绿绿色色电电子子材材料料的的设设计计、加加工及应用打下良好的基础。工及应用打下良好的基础。一、课程性质与任务一、课程性质与任务二、内容提要二、内容提要微微电电子子器器件件封封装装-封封装装材材料料与与封封装装技技术术从从封封装装用用的的材材料料着着手手，较较详详细细地地介介绍绍了了微微电电子子器器件件封封装装用用的的各各类类材材料料，包包括括高高分分子子材材料料、陶陶瓷瓷材材料料、金金属属焊焊接接材材料料、密密封封材材料料及及黏黏合合剂剂等等材材料料，阐阐述述了了半半导导体体芯芯片片、集集成成电电路
3、路器器件件等等的的封封装装制制造造工工艺艺，讲讲述述了了微微电电子子器器件件封封装的装的电子学和热力学设计电子学和热力学设计的基础理论。的基础理论。三、课程内容三、课程内容微电子器件封装微电子器件封装概述概述 封装的电设计封装的电设计 封装的热控制封装的热控制 陶瓷封装材料陶瓷封装材料 聚合物材料封装聚合物材料封装 引线框架材料引线框架材料 金属焊接材料金属焊接材料 高分子环氧树脂高分子环氧树脂 IC芯片贴装与引芯片贴装与引线键合线键合 可靠性设计可靠性设计 熟熟练练掌掌握握电电子子封封装装用用的的五五大大材材料料：高高分分子子材材料料、陶陶瓷瓷材材料料、金金属属焊焊接接材材料料、密密封封材材
4、料料及及黏黏合合剂剂的的性性质质和和功功能能；掌掌握握半半导导体体芯芯片片、集集成成电电路路器器件件等等的的封封装装制制造造工工艺艺；理理解解微微电电子子器器件件封封装装的的电电子子学学和热力学设计的基础理论。和热力学设计的基础理论。四、课程基本要求四、课程基本要求课外阅读书籍课外阅读书籍1.(美美)查尔斯查尔斯A.哈珀哈珀|译者译者:沈卓身沈卓身/贾松良贾松良.电子封装材料与电子封装材料与工艺工艺,化学工业出版社化学工业出版社,2006年第年第1版版2.(美国美国)C.A.哈珀编哈珀编/贾松良贾松良.电子组装制造电子组装制造:芯片芯片电路板电路板封装及元器件封装及元器件(精装精装),科学出版
5、社科学出版社,2005年第年第1版版3.田民波编田民波编.电子封装工程电子封装工程,清华大学出版社清华大学出版社,2003年第年第1版版4.中国电子学会生产技术学分会丛书编委会组中国电子学会生产技术学分会丛书编委会组 编编.微电子封微电子封装技术装技术,中国科学技术大学出版社中国科学技术大学出版社,2003年第年第1版版考核采用综合评价的方式进行：其中考试占考核采用综合评价的方式进行：其中考试占70%；平时作；平时作业、提问、考勤占业、提问、考勤占30%。考核方式考核方式第一章第一章 微电子器件封装概述微电子器件封装概述 什么是封装？什么是封装？所所谓谓“封封装装”是是一一种种将将集集成成电电
6、路路用用绝绝缘缘的的塑塑料料或或陶陶瓷瓷材材料料打打包。包。1.1 微电子封装的意义及作用微电子封装的意义及作用（为什么需要进行封装？）（为什么需要进行封装？）封装为半导体提供封装为半导体提供环境的保护环境的保护；封装为半导体提供封装为半导体提供机械支撑机械支撑；封装为半导体所产生的封装为半导体所产生的热量提供一种耗散热量提供一种耗散途径；途径；封装为半导体封装为半导体提供与下一级封装的互连提供与下一级封装的互连；1.2 微电子基础微电子基础1.2.1 微电子技术的发展史微电子技术的发展史 微电子技术是微电子技术是以以集成电路集成电路为核心的电子技术，为核心的电子技术，在在19世纪末无世纪末无
7、线电发明之后，线电发明之后，在电子元器件小型化、微型化的过程中发展起在电子元器件小型化、微型化的过程中发展起来的来的一门重要学科。一门重要学科。20 20世纪初：真空电子管（通讯、测量、自动控制等）世纪初：真空电子管（通讯、测量、自动控制等）20 20世纪世纪4040年代：晶体管（年代：晶体管（19471947年）年）-微电子工业实现革命化，开创了微电子技术新纪元。微电子工业实现革命化，开创了微电子技术新纪元。与与电电子管相比：子管相比：体体积积小、重量小、重量轻轻、功耗低、寿命、功耗低、寿命长长 20世世纪纪60年代：集成年代：集成电电路路 SSI-MSI -LSI -ULSI -GSI.(
8、4个晶体管个晶体管).（超大型集成）（十亿级集成）（超大型集成）（十亿级集成）微电子技术的发展演变晶体管晶体管(1947)中中/小规模集成电路小规模集成电路(1950s)大规模大规模/超大规模超大规模集成电路集成电路(1970s)电子管电子管(1904)真空管真空管-第一代微第一代微电子器件子器件晶体管晶体管-第二代微电子器件第二代微电子器件中小规模集成电路中小规模集成电路-第三代微电子器第三代微电子器件件大规模集成电路大规模集成电路-第四代微电子器件第四代微电子器件超大规模集成电路超大规模集成电路-第五代微电子器第五代微电子器件件SOC（System On Chip）：）：将系统所有的器件集
9、成到将系统所有的器件集成到一个单一的芯片上，实现电子产品的极小型化和高性能。一个单一的芯片上，实现电子产品的极小型化和高性能。材料材料绝缘体绝缘体导体导体半导体半导体良的导体：银、铜、金、铝等良的导体：银、铜、金、铝等单质：硅（单质：硅（Si）、锗（）、锗（Ge）化合物：砷化镓（化合物：砷化镓（GaAs）(a)(b)(c)空带空带满带满带化合物，如塑料等化合物，如塑料等1.2.2 半导体理论半导体理论图图中中代代表表电电子子，Ev称称为为价价带带顶顶，它它是是价价带带电电子子的的最最高高能能量量。在在一一定定温温度度下下，价价电电子子有有可可能能依依靠靠热热激激发发，获获得得能能量量脱脱离离共
10、共价价键键，在在晶晶体体中中自自由由运运动动，成成为为准准自自由由电电子子。它它们们也也就就是是能能带带图图中中导导带带上上的的电电子子。脱脱离离共共价价键键所所需需的的最最小小能能量量就就是是禁禁带带宽宽度度Eg，Ec称称为为导导带带底底，它它是是导导带带电电子的最低能量。子的最低能量。本本征征激激发发：价价带带电电子子激激发发成成为导带电子的过程。为导带电子的过程。半导体分类半导体分类 本征半本征半导导体体：纯硅（：纯硅（Si）、锗（）、锗（Ge）等；）等；掺掺杂杂：向向本本征征半半导导体体中中加加入入不不同同元元素素或或杂杂质质而而制制造造自自由由电电子子的的方法；被掺杂的半导体称为非本
11、征半导体。方法；被掺杂的半导体称为非本征半导体。非本征半导体非本征半导体：N型半导体，指硅掺杂了第型半导体，指硅掺杂了第VA族的元素族的元素P、As、Sb等；等；P型半导体型半导体,指硅掺杂了第指硅掺杂了第III族的元素族的元素B、In等；等；化合物半导体化合物半导体：二元：砷化镓（二元：砷化镓（GaAs），锑化铟（），锑化铟（InSb）；）；三元：三元：GaAsP、AlGaAs；四元：四元：AlGaAsPSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSipSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiBSiSiSiSiS
12、iSiB-+1.2.3 微电子元件微电子元件（1）P-N结二极管结二极管P-N结：将结：将P型和型和N型的半导体材料连接在一起，就可以型的半导体材料连接在一起，就可以形成形成P-N结。结。源极源极漏极漏极衬底衬底栅极栅极典型的典型的MOSFET(MOS)结构示意图结构示意图（2）金属氧化物半导体场效应三极管（）金属氧化物半导体场效应三极管（MOSFET）1.2.4 微电子封装和互连接的等级微电子封装和互连接的等级0级级封装互封装互连连接：半接：半导导体芯片内部的互体芯片内部的互连连接；接；1级封装：密闭封装，就是将芯片密封，封装成为电级封装：密闭封装，就是将芯片密封，封装成为电 子集成电路块；
13、子集成电路块；1.5级封装：多芯片和圆晶级混合集成电路的装配；级封装：多芯片和圆晶级混合集成电路的装配；2级封装：印刷电路板的封装和装配；级封装：印刷电路板的封装和装配；3级封装：插件接口、主板及组件之间的互连接；级封装：插件接口、主板及组件之间的互连接；4级封装：微电子系统的布线和互连接。级封装：微电子系统的布线和互连接。1.2.5 集成电路（集成电路（IC）及其封装的种类）及其封装的种类什么是集成电路？什么是集成电路？集成电路集成电路(Integrated Circuit，简称IC)：以半导体单晶片作为基片以半导体单晶片作为基片,采用平面工艺，将采用平面工艺，将晶体管、电阻、电容等元器件及
14、其连线所构成的电晶体管、电阻、电容等元器件及其连线所构成的电路制作在基片上所构成的一个微型化的电路或系统路制作在基片上所构成的一个微型化的电路或系统.优点优点：体积小、重量轻体积小、重量轻功耗小、成本低功耗小、成本低速度快、可靠性高速度快、可靠性高超大规模集成电路超大规模集成电路小规模集成电路小规模集成电路集成电路的制造流程晶圆晶圆晶圆晶圆硅平面工硅平面工硅平面工硅平面工艺艺艺艺硅平面工艺包括氧化、光刻、硅平面工艺包括氧化、光刻、掺杂和互连等工序，最终在掺杂和互连等工序，最终在硅片上制成包含多层电路及硅片上制成包含多层电路及电子元件的集成电路。通常电子元件的集成电路。通常每一硅抛光片上可制作成
15、百每一硅抛光片上可制作成百上千个独立的集成电路，这上千个独立的集成电路，这种整整齐齐排满了集成电路种整整齐齐排满了集成电路的硅片称作的硅片称作“晶圆晶圆”芯片芯片芯片芯片检测、分类检测、分类检测、分类检测、分类集成电路集成电路集成电路集成电路封装封装封装封装对对晶晶圆圆上上的的每每个个电电路路进进行行检检测测，然然后后将将晶晶圆圆切切开开成成小小片片，把把合合格格的的电电路路分分类类，再再封封装装成成一一个个个个独独立的集成电路立的集成电路成品测试成品测试成品测试成品测试成品成品成品成品进行成品测试，进行成品测试，按其性能参数按其性能参数分为不同等级，分为不同等级，贴上规格型号贴上规格型号及出
16、厂日期等及出厂日期等标签，成品即标签，成品即可出厂可出厂抛光切片抛光切片单晶硅锭经切单晶硅锭经切割、研磨和抛割、研磨和抛光后制成镜面光后制成镜面一样光滑的圆一样光滑的圆形薄片。形薄片。单晶单晶硅锭硅锭抛光抛光切片切片布图布图刻蚀刻蚀划片划片芯片封装、测试芯片封装、测试IC制造工艺过程制造工艺过程晶锭的生长晶锭的生长切克劳斯基【切克劳斯基【Czochralski（CZ）】法）】法1.2.5 集成电路（集成电路（IC）及其封装的种类）及其封装的种类集成程度集成程度：集成到一个单一芯片上的元件的数量集成到一个单一芯片上的元件的数量。封装材料封装材料：金属、陶瓷、塑料等金属、陶瓷、塑料等集成电路集成电
17、路芯片的封装芯片的封装插孔型插孔型封装封装表面安装表面安装封装封装双列直插（双列直插（DIPDIP）,小双列直插（小双列直插（SH-DIPSH-DIP）瘦双列直插（瘦双列直插（SK-DIP SK-DIP）,单列直插单列直插（SIPSIP）锯齿式直插（锯齿式直插（ZIPZIP），针栅阵列（），针栅阵列（PGAPGA）小外型（小外型（SOPSOP）,四边扁平（四边扁平（QFPQFP）无引线芯片（无引线芯片（LCC LCC）,塑料有引线塑料有引线（PLCCPLCC）球栅阵列（球栅阵列（BGABGA），载带自动焊（），载带自动焊（TABTAB）封装的评价参数封装的评价参数输输入入输输出出终终端数目；端
18、数目；终终端数目越大，封装引出端数目越大，封装引出线间线间距离就越小。距离就越小。集成电路芯片的尺寸；集成电路芯片的尺寸；其关系到集成电路芯片与封装连接的可靠性。其关系到集成电路芯片与封装连接的可靠性。功率；功率；器控制集成电路芯片及系统包装的散热功率。器控制集成电路芯片及系统包装的散热功率。封装趋势：封装趋势：封装尺寸逐渐接近集成电路芯片的尺寸；封装尺寸逐渐接近集成电路芯片的尺寸；封装引线间距离不断缩小，以适应越来越多的终端数目；封装引线间距离不断缩小，以适应越来越多的终端数目；最大工作效率及散热方式的调整。最大工作效率及散热方式的调整。Electronic packaging1.3 微电子
19、整机系统封装微电子整机系统封装主要有：主要有：计算机系统封装，计算机系统封装，要求最高的信号传输速度和电子要求最高的信号传输速度和电子 性能；性能；通讯系统封装，通讯系统封装，要求最高的带宽；要求最高的带宽；带宽：输出的平行比特（带宽：输出的平行比特（bitbit）数与输送频率的乘积。）数与输送频率的乘积。单位：单位：bit/sbit/s汽车微电子系统封装，汽车微电子系统封装，要求能适应恶劣环境；要求能适应恶劣环境；医用及消费者电子产品封装，医用及消费者电子产品封装，要求封装小型化。要求封装小型化。1.电的方面要求；电的方面要求；2.机械方面的要求；机械方面的要求；3.环境方面的要求；环境方面的要求；4.可靠性方面的要求；可靠性方面的要求；5.成本核算方面的要求；成本核算方面的要求；1.4 微电子封装设计微电子封装设计应综合考虑的以下方面：应综合考虑的以下方面：谢谢观看/欢迎下载BY FAITH I MEAN A VISION OF GOOD ONE CHERISHES AND THE ENTHUSIASM THAT PUSHES ONE TO SEEK ITS FULFILLMENT REGARDLESS OF OBSTACLES.BY FAITH I BY FAITH