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文檔簡介
1、第一章 集成電路封裝概述,1、封裝的概念2、封裝的作用3、封裝技術(shù)4、封裝技術(shù)的演變,封裝的原因,原因: 1. 50年前半導(dǎo)體器件細小易碎; 2. 半導(dǎo)體器件性能高,且多功能、多規(guī)格; 為了充分發(fā)揮半導(dǎo)體元器件的功能,需要對其補強、密封和擴大,以便實現(xiàn)與外電路更好的電氣連接和并得到機械和絕緣等方面的保護。,1、封裝的概念,,集成電路芯片封裝(Packaging,PKG)是指利用膜技術(shù)及微細加工技術(shù),將芯片及
2、其他要素在框架或基板上布置、粘貼固定及連接,引出接線端子并通過可塑性絕緣介質(zhì)灌封固定,構(gòu)成整體立體結(jié)構(gòu)的工藝。,封裝工程:即將封裝體與基板連接固定,裝配成完整的系統(tǒng)或電子設(shè)備,并確保整個系統(tǒng)綜合性能的工程。,電子封裝工程:指將基板技術(shù)、芯片封裝體、分立元件等要素,(按電子設(shè)備整機要求)連接和裝配成整機裝置或電子設(shè)備,并實現(xiàn)電子物理功能的工程。,封裝在整個集成電路生產(chǎn)流程的位置,封裝是屬于后端工藝,完成后就是可以交有電子電器等商家使用的元
3、器件。,封裝的地位,磁儲存器,顯示器,電池。。。,微電子學(xué) 光電子學(xué) 高頻/無線 微電子機械系統(tǒng),汽車自動化,航空宇宙,醫(yī)療設(shè)備,電信,計算機,消費產(chǎn)品,封裝涉及的技術(shù)領(lǐng)域: 物理、化學(xué)、化工、材料、機械、電氣與自動化等,,,,,,,軟件、應(yīng)用軟件、服務(wù),2、封裝所實現(xiàn)的功能,封裝的目的:保護芯片不受或少受外界環(huán)境的影響,并為之提 供一個良好的工作條件,以使集成電路 具有穩(wěn)定、正常
4、的功能。,水汽、雜質(zhì)、化學(xué)物質(zhì)等,對封裝功能大體要求?,良好的電氣性能,封裝實現(xiàn)的功能:1、傳遞電能,如電源電壓的分配和導(dǎo)通。2、傳遞電路信號,如將延遲盡可能減小。3、提供散熱途徑; 4、結(jié)構(gòu)保護與支持。,散熱性能,,化學(xué)的穩(wěn)定性,一定的機械強度,對封裝另外要注意的因素:1、成本,性價比;尺寸,大小,重量2、外形與結(jié)構(gòu);3、可靠性;機械沖擊、溫度變化、運輸?shù)募铀俣取⑹褂铆h(huán)境4、性能,意 義,有
5、人將集成電路芯片與各種電路元器件比作人類的頭腦與身體內(nèi)部的各種器官,而芯片封裝就像是將器官組合成的肌肉骨架,支撐和保護整個個體;封裝的連線像是血管神經(jīng),為整個結(jié)構(gòu)提供電源電壓與電路信號傳遞的路徑。,總之:封裝是IC到系統(tǒng)的橋梁,控制著微小系統(tǒng)的尺寸、性能、成本、可靠性。,3、封裝技術(shù),技術(shù)的層次(共5層):Level 0:芯片上元器件間的連線工藝Level 1:又稱芯片層次的封裝(Chip Level Packaging)芯片與封裝
6、基板或引腳架之間封裝成為模塊工藝;Level 2:將若干個模塊與其他電子元器件組成一個電路卡(Card)的工藝;Level 3:將若干個Card組合在一個主電路板(Board)上,形成一個部件或者子系統(tǒng)的工藝;Level 4:將若干個部件或子系統(tǒng)組裝成為一個完整的電子產(chǎn)品的工藝。,晶圓,Level 0,Level 1,Level 2,Level 1,Level 3,Level 3,Level 4,傳統(tǒng)的封裝,BGA(球狀陣列),P
7、GA(針柵陣列),封裝的分類,,按組合芯片數(shù)目分,單芯片封裝(Single Chip Packages,SCP),多芯片封裝(Multichip Packages,MCP),它還包括多芯片模塊封裝(Multichip Module,MCM),,按密封材料分,高分子材料(即塑料封裝),陶瓷封裝,,按器件與電路板互連方式分,引腳插入型(Pin-Through-Hole,PTH),表面貼裝型(Surface Mount Technology,
8、SMT),4種分類:,,按引腳分布形態(tài)分,單邊引腳,封裝的分類(續(xù)),雙邊引腳,四邊引腳,底邊引腳,,單列式封裝(Single Inline Packages,SIP),交叉式封裝(Zig-Zag Inline Packages,ZIP),,雙列式封裝(Dual Inline Packages,DIP),小外型封裝(Small Outline Packages,SOP),四邊扁平封裝(Quad Flat Packages,QFP),,金
9、屬罐式封裝(Metal Can Packages,MCP),點陣列式封裝(Pin Grid Array,PGA),DIP轉(zhuǎn)向Shrink DIP、Skinny DIP,其它轉(zhuǎn)向Thin和Ultra Thin,芯片封裝使用的材料,傳導(dǎo)點熱:金屬材料基板:陶瓷、玻璃密封:高分子、陶瓷,1947年美國電話電報公司(AT&T)肖克利(William Shockley)、巴?。↗ohnBardeen)和布拉坦(Walter Brattain)
10、,因他們對半導(dǎo)體的研究和晶體管效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)獲得1956年諾貝爾物理學(xué)獎。,芯片封裝的歷史,,50年代:以三根引線的TO(Transistor Outline)型金屬玻璃封裝外殼。并1958年成功研制第一塊IC。集成度:小規(guī)模SSI。,60年代中期: 封裝開發(fā)出DIP;集成度:中規(guī)模IC(MSI)。,,90年代面陣型: PGA(Pin Grid Array)針柵陣列封裝、BGA(Ball Grid Array)球柵陣列封裝、 µ
11、BGA =CSP(Chip Size Package)芯片尺寸封裝、MCM(多芯片組件);集成度:超大規(guī)模VLST ;µBGA =CSP芯片面積比<1.2:1,70年代:封裝主導(dǎo)產(chǎn)品DIP,利物浦開發(fā)SOP(小外形封裝);集成度:大規(guī)模IC(LST);封裝芯片面積比=85:1,80年代周邊型:封裝開發(fā)出LCCC(無引線陶瓷芯片載體)、PLCC(塑料短引線芯片載體)、QFP(四邊扁平引線封裝)、主導(dǎo)產(chǎn)品PQFP( 塑封四邊
12、扁平引線封裝);以及開發(fā)出相應(yīng)的組裝技術(shù)SMT(表面貼裝技術(shù))。QFP芯片面積比=7.8:1,,,,芯片封裝的歷史,21世紀(jì)以SiP(System-in-Package)系統(tǒng)封裝為代表:MEMS(微電子機械系統(tǒng)封裝)3D-系統(tǒng)封裝SiP-BGA……..,芯片封裝的歷史,,芯片封裝的演變圖,摩爾定律:摩爾定律是由英特爾(Intel)創(chuàng)始人之一戈登·摩爾(Gordon Moore)提出來的。其內(nèi)容為:集成電路上可容納的晶體管
13、數(shù)目,約每隔18個月便會增加一倍,性能也將提升一倍,當(dāng)價格不變時;或者說,每一美元所能買到的電腦性能,將每隔18個月翻兩倍以上。這一定律揭示了信息技術(shù)進步的速度。,芯片封裝的發(fā)展趨勢,集成電路發(fā)展的主要表現(xiàn),1、芯片尺寸越來越大。摩爾預(yù)言15內(nèi)增大一倍;2、工作頻率越來越高。減少信號延遲的影響;3、發(fā)熱量日趨最大。散熱將來是個棘手的問題;4、引腳越來越多。,對封裝技術(shù)的要求:,1、小型化。
14、 2、能適應(yīng)高發(fā)熱。3、集成度提高,同時適應(yīng)大芯片要求。4、高密度化。5、能適應(yīng)多引腳。 6、能適應(yīng)高溫環(huán)境。7、具高可靠性。 8、考慮環(huán)保要求。,管心焊接,表面貼裝技術(shù)裝配,Bumping/球裝列陣,chip,substrate,Bumping/倒裝芯
15、片,金線/球焊接,密封,電子封裝是集成電路芯片生產(chǎn)完成后不可缺少的一道工序,是器件到系統(tǒng)的橋梁。封裝這一生產(chǎn)環(huán)節(jié)對微電子產(chǎn)品的質(zhì)量和競爭力都有極大的影響。按目前國際上流行的看法認為,在微電子器件的總體成本中,設(shè)計占了三分之一,芯片生產(chǎn)占了三分之一,而封裝和測試也占了三分之一,真可謂三分天下有其一。 但事實上據(jù)統(tǒng)計,因為封測對資金需求和技術(shù)門檻較低,且人力需求比較高,國內(nèi)的情況很符合這些要求,導(dǎo)致國內(nèi)的封裝占IC產(chǎn)業(yè)鏈銷售收入的7
16、0% 。而且總體水平跟國際上的水平還有相當(dāng)距離。,國內(nèi)的封裝現(xiàn)狀,微電子廠家,國內(nèi)封裝測試廠的4股勢力:一、國際大廠整合組件制造商的封測廠二、國際大廠整合組件制造商與本土業(yè)者合資的封測廠三、臺資封測廠四、國內(nèi)本土的封測廠,外資獨資15家,美國的英特爾、超微(AMD)、摩托羅拉、國家半導(dǎo)體、通用半導(dǎo)體、安靠科技(宏力半導(dǎo)體結(jié)盟)、金朋(跟中芯國際結(jié)盟)、ASAT荷蘭的飛利浦;韓國的三星電子、開益禧半導(dǎo)體(KEC);日本的東芝
17、半導(dǎo)體(Toshiba)、三洋半導(dǎo)體、三清半導(dǎo)體;新加坡的聯(lián)合科技(UTAC),外資與國內(nèi)本土合資11家,深圳賽依法微電子、阿法賽克(上海紀(jì)元微科微電子)、新康電子、日立半導(dǎo)體、英飛凌、松下半導(dǎo)體、硅格電子、南通富士通微電子、北京三菱四通電子、樂山菲尼克斯半導(dǎo)體、寧波銘欣電子;,臺資封測廠16家,日月光半導(dǎo)體、 威宇科技 (07年被日月光收購)、銅辰微電子、宏盛科技、凱虹電子、敏捷電子、南茂科技、硅晶科技、京元電
18、子、菱生精密、巨豐電子、超豐電子、祖海南科集成電子、硅德電子、長威電子,本土封測廠,上海華旭微電子(首剛NEC后段封測獨立)、 無錫華潤晶微電子(國企)、電子58所(國企)、中電華威電子、江蘇長電科技、邗江九星電子、玉祁紅光電子、廈門華聯(lián)、汕頭華汕電子、驪山微電子(西安微電子研究所 )、浙江華越微電子、南方電子有限公司、天水華微電子( 前身為國營第七四九廠 ) 、寧波明昕電
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