微电子封装技术重点

第一章 绪论

一、微电子封装技术的发展特点和趋势

发展特点：

（1）微电子封装向高密度和高I/O引脚数发展，引脚由四边引出向面阵列发展

（2）微电子封装向表面安装式封装（SMP）发展，以适合表面安装技术（SMT）

（3）从陶瓷封装向塑料封装发展

（4）从注意发展IC芯片向先发展后道封装再发展芯片转移

发展趋势：

（1）微电子封装具有的I/O引脚数将更多

（2）微电子封装应具有更高的电性能和热性能

（3）微电子封装将更轻、更薄、更小

（4）微电子封装将更便于安装、使用和返修

（5）微电子封装的可靠性会更高

（6）微电子封装的性能价格比会跟高，而成本却更低，达到物美价廉

二、微电子封装技术的分级

芯片互连级（零级封装）、一级封装（多芯片组件）、二级封装（PWB或卡）三级封装（母板）

三、芯片粘接方式有哪几种

（1）Au—Si合金共熔法

（2）Pb—Sn合金片焊接法

（3）导电胶粘接法

（4）有机树脂基粘接法

四、微电子封装的功能

1、电源分配

2、信号分配

3、散热通道

4、机械支撑

5、环境保护

第二章 芯片互连技术

一、引线键合的分类及特点

1、热压焊

压悍时芯片与焊头均要加热，容易使焊区和焊丝形成氧化层。同时，由于芯片加热温度高，压焊时间一长，容易损害芯片，也容易在高温下形成异质金属影响器件的可靠性和寿命

2、超声焊

焊接强度高于热压焊，不需加热可在常温下进行，因此对芯片性能无损害，可根据不同的需要随时调节超声键合能量，改变键合条件

3、金丝球焊

操作方便灵活，而且焊点牢固，压点面积大，又无方向性，故可实现微机控制下的高速自动化焊接

二、金丝球焊的主要原理

三、引线键合的主要材料

热压焊、金丝球焊主要选用Au丝，超声焊主要用Al丝和Si—Al丝，还有少量的Cu—Al和Cu—Si—Al等

四、载带自动焊（TAB）技术的特点及应用

特点：

（1）TAB结构轻、薄、短、小

（2）TAB的电极尺寸、电极与焊区节距均比WB大为减小

（3）相应可容纳更高的I/O引脚数

（4）TAB的引线电阻、电容和电感均比WB的小得多

（5）采用TAB互连，可对各类IC芯片进行筛选和测试，确保器件是优质芯片

（6）TAB采用Cu箔引线，导热和导电性能好，机械强度高

（7）TAB的键合拉力比WB高，可提高芯片可靠性

（8）TAB使用标准化的卷轴长带，对芯片实行自动化多点一次焊接，同时安装和外引线焊接可实现自动化，从而提高电子产品的生产效率，降低生产成本

应用：

TAB技术已不单能满足高I/O数的各类IC芯片的互连需求，而且以作为聚酰亚胺（PI）—粘接剂—Cu箔三层软引线载带的柔性引线，成为广泛应用于电子整机内部和系统互连的最佳方式。此外，在各类先进的微电子封装，如BGA、CSP//和3D封装中，TAB技术都发挥着重要的作用

五 TAB技术的关键材料和关键技术

TAB技术的关键材料包括基带材料、Cu箔引线材料和芯片凸点金属材料几部分

TAB的关键技术主要包括三个部分：一是芯片凸点的制作技术，二是TAB载带的制作技术，三是载带引线与芯片凸点的内引线焊接技术和载带外引线的焊接技术

六 TAB载带引线的焊接技术

TAB的内引线焊接技术

1 焊接过程

（1）对位

（2）焊接

（3）抬起

（4）芯片传送

2、焊接条件

主要有焊接温度、焊接压力和焊接时间确定

3、焊接后的保护

其方法是涂覆薄薄的一层环氧树脂

TAB的外引线焊接技术

（1）供片

（2）冲压和焊接

（3）回位

七、倒装焊（FCB）技术的优缺点

优点：

（1）FCB的互连线非常短，互连产生的杂散电容、互连电阻和互连电感均比WB和TAB小得多，更实用于高频、高速的电子产品应用

（2）FCB芯片安装互连占的基板面积小，因而芯片安装密度高

（3）FCB的芯片焊区可面阵布局，更适于高I//O数的LSI、VLSI芯片使用

缺点

（1）芯片面朝下安装互连，给工艺操作带来一定难度，焊点检查困难

（2）在芯片焊区一般要制作凸点，增加了芯片的制作工艺流程和成本

（3）倒装焊同各材料间的匹配所产生的应力问题也需要很好的解决

八、FCB的特点及应用

特点：具有高的安装密度。高I/O数和较低的成本，以及可直接贴装HIC,PWB板,MCM等优越性

九、芯片凸点的制作工艺

主要有蒸发/溅射发、电镀法、化学镀法、机械打球法、激光法、置球和模板印刷法、移置法、叠层制作

法和柔性凸点制作法等

十、UBM的含义、结构和材料

UBM：芯片凸点下多层金属化

结构：粘附层—阻挡层—导电层

材料：粘附层：Cr,Ti,Ni 阻挡层：Pt,W,Pd,Mo,Cu,Ni 作用防止上面的凸点金属越过薄薄的粘附层与Al焊区形成脆性的中间金属化合物 导电层：Au,Cu,Ni,Pb—Sn,In等

十一、凸点芯片的FCB技术的可靠性

1、热压FCB的可靠性

2、C4技术的可靠性

3、环氧树脂光固化FCB的可靠性

4、各向异性导电胶FCB的可靠性

5、柔性凸点FCB的可靠性

十二、C4技术的优点

1、C4除了具有一般凸点芯片FCB的优点外，它的凸点还可整个芯片面阵分布，再流时能够弥补基板的凹凸不平或扭曲等

2、C4的芯片凸点使用高熔点的焊料，倒装焊再流时，C4凸点不变形

3、倒装焊时Pb—Sn焊料熔化再流时较高的表面张力会产生“自对准”效果，这就使对C4芯片倒装焊时的对准精度要求大为宽松

十三、底冲胶的作用

1、可以保护芯片免受环境如湿气、离子等污染，利于芯片在恶劣的环境下正常工作

2、使芯片耐受机械振动和冲击

3、减少芯片与基板间的热膨胀失配的影响，即可减小芯片凸点连接外地应力和应变

4、避免芯片中心和四角的凸点连接处的应力和应变过于集中

十四、各向同性、异性导电胶的互连原理

同性导电胶：

异性导电胶：先在基板上涂覆ACA，将带有凸点的IC芯片与基板上的金属焊区对位后，在芯片上加压并进行ACA固化，这样，导电粒子挤压在凸点与焊区之间，使上下接触导电，而在XY平面个方向上导电粒子不连续，故不导电

第三章 插装元器件的封装技术

一、插装元器件的分类

按外形结构分：圆柱形外壳封装（TO）、矩形单列直插式封装（SIP）双列直插式封装（DIP）针珊阵列

封装（PGA）

按材料分：金属封装、陶瓷封装和塑料封装

二、DIP的 封装工艺流程

生瓷料制备——流延制膜——冲片、冲腔——冲孔，并填充金属化——金属化印刷——叠片、层压——热切——侧面金属化印刷——排胶、烧结——电镀或化学镀Ni——钎焊封口环或外引线——电镀Ni-Au——外壳检漏、电测试——IC芯片安装——引线键合——IC芯片检测——封盖——检漏——成品测试——打印、包装

三、PGA的特点

1、PGA的针引脚是呈珊阵排列的，I/O数可高达数百乃至上千个

2、PGA是气密封的，所以可靠性高

3、制作工艺复杂、成本高

四、金属外壳的主要原理工艺

第四章 表面安装元器件的封装技术

一、SMD的优势与不足

优势

1、SMD的体积小、重量轻，所占基板的面积小，因而组装密度高

2、SOP/PLCC与DIP相比，具有优异的电性能

3、适合自动化生产

4、降低生产成本

5、能提高可靠性

6、更有利于环境保护

不足

1、元器件安装密度高，PWB上的功率密度高，容易产生散热问题

2、SMD与PWB的CTE不一致导致焊点处的裂纹以致开裂问题

3、塑料件普遍存在吸潮问题

二、SMD的分类

按封装外形：“芝麻管”形、圆柱形、SOT形

按封装材料：玻璃二极管封装、塑料封装、陶瓷封装

三、IC小外形封装（SOP）技术

四、塑料有引脚片式载体（PLCC）封装技术

五、陶瓷无引脚片式载体（LCCC）封装技术

六、四边引脚扁平封装（QFP)技术

七、塑料封装吸潮的危害

八、塑料封装吸潮开裂的机理

塑封开裂过程分为水汽吸收聚蓄期、水汽蒸发膨胀期和开裂萌生扩张期

九、塑料封装吸潮问题开裂的对策

1、从封装结构上的改进增强抗开裂的能力

2、对塑封器件进行适宜的烘烤是防止焊接时开裂的有效措施

3、合适的包装和良好的贮存条件是控制塑封器件吸潮的必要手段

第五章 BGA和CSP的封装技术

一、BGA和CSP封装技术的特点

BGA：

1、失效率低

2、BGA焊点的节距一般为1.27mm和0.8mm，可以利用现有的SMT工艺设备

3、提高了封装密度，改进了器件引脚数和本体尺寸的比例

4、由于引脚是焊球，可明显改善共面性，大大的减少了共面失效

5、BGA引脚牢固，不像QFP那样存在引脚易变形问题

6、BGA引脚很短，使信号路径短，减小了引脚电感和电容，改善了电性能

7、焊球熔化时的表面张力具有明显的“自对准”效应，从而可大为减少安装、焊接的失效率

8、BGA有利于散热

9、BGA也适合MCM的封装，有利于实现MCM的高密度、高性能

CSP

1、体积小

2、可容纳的引脚最多

3、电性能良好

4、散热性能优良

二、PBGA的封装技术

三、焊球连接缺陷

1、桥连

2、连接不充分

3、空洞

4、断开

5、浸润性差

6、形成焊料小球

7、误对准

四、PBGA安装件的焊点可靠性试验

1、热应力

2、机械应力

（1）三点弯曲试验

（2）四点扭曲试验

（3）振动试验

第六章 多芯片组件（MCM）

一、MCM的概念、分类与特性

MCM原则上应具备以下条件

（1）多层基板有4层以上的导体布线层

（2）封装效率（芯片面积/基板面积）大于20%

（3）封装壳体通常应有100个以上的I/O引脚

从组装角度出发，将MCM定义为：两个或更多的集成电路裸芯片电连接与共用电路基板上，并利用它实现芯片间互连的组件

MCM可分为五大类：

1、MCM—L，有机叠层布线基板制成的MCM

2、MCM—C，厚膜或陶瓷多层布线基板制成的MCM

3、MCM—D，薄膜多层布线基板制成的MCM

4、MCM—Si，Si基板制成的MCM

MCM的特性

1、高速性能

2、高密度性能

3、高散热性能

4、低成本性能

二、MCM的组装技术

第七章

一、对基板材料的要求

1、电性能，高的电绝缘电阻，低的、一致的介电常数

2、热性能，热稳定性好，热导电率高，各种材料热膨胀系数相近

3、机械性能，孔隙度低，平整性好，强度较高，弯度小

4、化学性能，化学稳定性好，制作电阻或导体相容性好

二、基板材料有哪几类

1、氧化铝

2、氮化铝

3、有机多层基板材料

4、共烧陶瓷基板材料

5、硅基板材料

6、金刚石

三、低温共烧基板的制作技术

混料——球磨——流延成膜——冲片、冲腔——检查、排序、对准——压层——切割成单体——排胶——烧结——测试——印刷顶层电阻或导体——烧结——测试、组装

四、印制板的制作工艺

第八章

一、DCA的特点

优点

1、DCA特别是FC是“封装”家族中最小的封装，实际上是近于无封装

2、高I/O数的器件不得不采用面阵凸点排列的FC。而且，焊料凸点还有自对准效果，可在细小节距下实现高质量和高产量FCB

3、FC只有芯片—基板一个界面和一个互连层，从而引起失效的焊点大为减少，所以FCB的组件可靠性更高

4、FC的“引脚”实际上就是凸点的高度，要比WB短得多，因此FC的电感非常低

5、由于FC可直接在圆片上加工完成“封装”，并直接FCB到基板上，这就省去粘片材料、焊丝、引线

框架及包封材料，从而降低了生产成本

6、FC及FCB后可以在芯片背面直接加散热片，因此可以提高芯片的散热性能

缺点

1、高I/O引脚的FC，要对其进行筛选及测试一达到优质芯片（KGD）尚有困难

2、需解决每个小节距的面阵凸点老化测试夹具问题

3、FCB后为提高可靠性，需在FC及基板中间加填充料，这一步骤化时间较长

二、3D封装技术主要有哪几种

1、埋置型3D

2、有源基板型3D

3、叠层型3D

三、无源元件的发展趋势

1、无源元件的小型化和集成化

2、无源元件在Si基板上集成化

3、在基板内或基板上的多层布线介质层内埋置无源元件

四、微电子机械系统（MEMS）的功能要求

1、低应力

2、高真空度

3、高气密性

4、高隔离度

5、特殊的封装环境与引出

五、圆片级封装（WLP）技术