西安交通大学_微电子制造技术_第二十章_装配与封装2.pptx
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西安交通大学微电子制造技术第二十章装配与封装2
微电子制造技术
Figure 20.2 典型 IC 封装形式 电信学院微电子学系 6
集成电路封装形式的约束条件
性能
尺寸/重量/外形 材料 成本 装配
微电子制造技术
• RC 时间延迟 • 输入/输出 (I/O)的个数 • 压焊和粘贴 • 信号上升时间 • 频率响应 • 开关瞬态 • 散热 • 芯片尺寸 • 管壳尺寸 • 压点尺寸和间距 • 管壳引线尺寸和间距 • 衬底载体压点尺寸和间距 • 散热设计 • 芯片基座 (塑料、陶瓷或金属) • 载体 (有机物、陶瓷) • 热膨胀失配 • 引线金属化 • 集成到现有工艺 • 管壳材料 • 成品率 • 芯片粘贴方式 • 封装粘贴 (通过孔、表面贴装或凸点) • 散热装配 • 包封
装架
分片后硅片将进行装架操作。装架时每个好 的芯片被粘贴到底座或引线框架上。粘贴工具要 求灵活性以粘贴芯片到各种应用情况，包括引线 框架、陶瓷基座和电路板。
引线框架 引线
芯片
塑料 DIP
微电子制造技术
Figure 20.6 装 架
电信学院微电子学系 14
芯片粘贴
芯片粘贴通常使用粘贴工艺如下： ➢ 环氧树脂粘贴 ➢ 共晶焊粘贴 ➢ 玻璃焊料粘贴 环氧树脂粘结 最常用的方法之一，缺点是散热
早期主要是普遍的金属壳封装，现在它仍然用 于分立器件和SSI。芯片被粘贴在镀金头的中心，并 用引线键合到管脚上。在管脚周围形成玻璃密封， 一个金属盖被焊到基座上以形成密封。例子是金属 TO型（晶体管外形）封装如图所示。两种最广泛使 用的传统IC封装材料是：塑料和陶瓷
微电子制造技术
电信学院微电子学系 24
引线键合
引线键合是将芯片表面的金属压点和引线框 架上或基座上的电极内端进行电连接(图20.9)。 键合线是Au、Al或含金的合金线，直径通常在25 到75mm之间。
微电子组装技术基础PPT
热超声键合
热压键合： 热压键合焊是利用加压和加热，使得金属丝与焊区接触面的原子间达到 原子的引力范围，从而达到键合目的。
热压键合工作过程：利用微电弧使直径在25~50um的金丝端头熔化成球状，通过 送丝压头将球状端头压焊在裸芯片电极面的引线端子，形成第一键合点。然后送 丝压头提升，并向基板位置移动，在基板对应的导体端子上形成第二个键合点， 完成引线连接过程。
第二节 芯片制造工艺
芯片的制作流程如下图：
硅砂
2.1 硅锭的生产
硅砂
多晶硅
单晶硅
硅锭
1. 多晶硅生产
SiO2+2C 2000°
Si + CO2
石 英 砂
焦 炭 、 煤
工 业 用 硅
还原高纯度硅（还原炉中进行） Si+3HCl 1250°SiHCl3+H2(+SiCl4及其他产品) SiHCl3+H2
均胶机
光刻胶
硅片自动输送 轨道系统
给胶管
均胶机工作过程
硅片吸附在真空卡盘上 液态的光刻胶滴在硅片的中心
卡盘旋转，离心力的作用下光刻胶扩散开
先低速旋转0~2000 rpm，再上升到~30007000 rpm
高速旋转，光刻胶均匀地覆盖硅片表面
均胶后烘：
光刻胶里的溶剂有助于形成光刻胶薄膜，但会吸收光，也会影响粘附性 目的：去水烘烤使得硅片表面水分蒸发，提高光刻胶表面的粘附性
光刻胶层 （掩蔽层）
在尺寸大于3um的IC制造中湿法腐蚀被广泛应用
去胶：刻蚀之后，图案成为晶圆最表层永久的一部分。 作为刻蚀阻挡层的光刻胶层不再需要了，必须从表面去掉。
显影
刻蚀
去胶
显影后的晶圆
将晶圆进行切割
PPT微电子封装技术讲义
02
金属材料的可靠性较高，能够承 受较高的温度和压力，因此在高 集成度的芯片封装中广泛应用。
高分子材料
高分子材料在微电子封装中主要用于 绝缘、密封和塑形。常见的高分子材 料包括环氧树脂、聚酰亚胺、聚四氟 乙烯等，它们具有良好的绝缘性能和 化学稳定性。
高分子材料成本较低，加工方便，因 此在低端和大规模生产中应用较广。
板级封装
1
板级封装是指将多个芯片或模块安装在同一基板 上，并通过基板与其他器件连接的系统封装类型。
2
板级封装具有制造成本低、易于维修和更换等优 点，因此在消费电子产品中应用广泛。
3
常见的板级封装类型包括双列直插式封装 （DIP）、小外形封装（SOP）、薄型小外形封 装（TSOP）等。
系统级封装
系统级封装是指将多个芯片、模块和其他元器件集成在一个封装体内，形成一个完 整的系统的封装类型。
微电子封装技术的应用领域
通信
高速数字信号处理、 光通信、无线通信等。
计算机
CPU、GPU、内存条 等计算机硬件的封装 和互连。
消费电子
智能手机、平板电脑、 电视等消费电子产品 中的集成电路封装。
汽车电子
汽车控制单元、传感 器、执行器等部件的 封装和互连。
医疗电子
医疗设备中的传感器、 控制器、执行器等部 件的封装和互连。
详细描述
芯片贴装是将微小芯片放置在基板上的过程，通常使用粘合剂将芯片固定在基板 上，以确保芯片与基板之间的电气连接。这一步是封装工艺中的关键环节，因为 芯片的正确贴装直接影响到后续的引线键合和整体封装质量。
引线键合
总结词
引线键合是将芯片的电路与基板的电路连接起来的工艺过程。
详细描述
引线键合是通过物理或化学方法将芯片的电路与基板的电路连接起来的过程。这一步通常使用金属线或带状线， 通过焊接、超声波键合或热压键合等方式将芯片与基板连接起来，以实现电气信号的传输。引线键合的质量直接 影响着封装产品的性能和可靠性。
金属材料的可靠性较高，能够承 受较高的温度和压力，因此在高 集成度的芯片封装中广泛应用。
高分子材料
高分子材料在微电子封装中主要用于 绝缘、密封和塑形。常见的高分子材 料包括环氧树脂、聚酰亚胺、聚四氟 乙烯等，它们具有良好的绝缘性能和 化学稳定性。
高分子材料成本较低，加工方便，因 此在低端和大规模生产中应用较广。
板级封装
1
板级封装是指将多个芯片或模块安装在同一基板 上，并通过基板与其他器件连接的系统封装类型。
2
板级封装具有制造成本低、易于维修和更换等优 点，因此在消费电子产品中应用广泛。
3
常见的板级封装类型包括双列直插式封装 （DIP）、小外形封装（SOP）、薄型小外形封 装（TSOP）等。
系统级封装
系统级封装是指将多个芯片、模块和其他元器件集成在一个封装体内，形成一个完 整的系统的封装类型。
微电子封装技术的应用领域
通信
高速数字信号处理、 光通信、无线通信等。
计算机
CPU、GPU、内存条 等计算机硬件的封装 和互连。
消费电子
智能手机、平板电脑、 电视等消费电子产品 中的集成电路封装。
汽车电子
汽车控制单元、传感 器、执行器等部件的 封装和互连。
医疗电子
医疗设备中的传感器、 控制器、执行器等部 件的封装和互连。
详细描述
芯片贴装是将微小芯片放置在基板上的过程，通常使用粘合剂将芯片固定在基板 上，以确保芯片与基板之间的电气连接。这一步是封装工艺中的关键环节，因为 芯片的正确贴装直接影响到后续的引线键合和整体封装质量。
引线键合
总结词
引线键合是将芯片的电路与基板的电路连接起来的工艺过程。
详细描述
引线键合是通过物理或化学方法将芯片的电路与基板的电路连接起来的过程。这一步通常使用金属线或带状线， 通过焊接、超声波键合或热压键合等方式将芯片与基板连接起来，以实现电气信号的传输。引线键合的质量直接 影响着封装产品的性能和可靠性。
《微电子封装技术》课件
医疗领域
微电子封装技术为医疗设备提 供高可靠性、小型化的解决方 案，如医学影像设备、诊断仪 器等。
航空航天领域
在航空航天领域，微电子封装 技术用于制造高精度、高稳定
的导航、控制和监测系统。
先进封装技术介绍
3D封装
通过在垂直方向上堆叠 芯片，实现更小体积、 更高性能的封装方式。
晶圆级封装
将整个芯片或多个芯片 直接封装在晶圆上，具 有更高的集成度和更小
BGA封装技术案例
总结词
高集成度、高可靠性
详细描述
BGA（Ball Grid Array）封装技术是一种高集成度的封装形式，通过将芯片粘接在基板上，并在芯片 下方布设球状焊球实现电气连接。BGA封装技术具有高集成度、高可靠性和低成本的特点，广泛应用 于处理器、存储器和高速数字电路等领域。
更轻便的设备需求。
A
B
C
D
更高可靠性
随着设备使用时间的延长，封装技术需要 不断提高产品的可靠性和寿命，以满足长 期使用的需求。
更低成本
随着市场竞争的加剧，封装技术需要不断 降低成本，以提高产品的市场竞争力。
04
封装技术面临的挑战与解 决方案
技术挑战
集成度散热 、信号传输等问题。
关注法规与环保要求
及时了解和遵守各国法规与环保要求，确保 企业的可持续发展。
05
封装技术案例分析
QFN封装技术案例
总结词
小型化、薄型化、低成本
详细描述
QFN（Quad Flat Non-leaded）封装技术是一种常见的无引脚封装形式，具有小型化、薄型化和低成本的特点 。它通过将芯片直接粘接在基板上，实现芯片与基板间的电气连接。QFN封装技术广泛应用于消费电子、通信和 汽车电子等领域。
微电子封装PPT课件
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
BGA是目前高密度表面贴装技术的主要代表 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。
18
封装技术的第三次重大变革
BGA贴装技术 20世纪90年代中期
插装技术
20世纪70年代中期
表面贴装技术
8
DIP
手机、笔记本电脑、数码摄
象机的薄型化、小型化
1、 SOP小型平面引线式封装 SOP：small out-line package
引脚向外弯曲
Surface Mount technology
表面贴装（SMT）技术之一
薄型化
9
2、SOJ small out-line J-lead package 小型平面J 形引线式封装
芯片
回流焊
芯片
树脂下填充
芯片
26
4、CSP发展新趋势 1、MCM组装 2、三维封装
27
将多个裸芯片不加封装，直接装载于同一
1、MCM组装
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3~6倍，重量减
Multi chip module 轻了3倍以上，由于减小了引线长度故可明显
芯片尺寸封装技术
19
CSP
chip size package
尺寸芯片封装
裸芯片封装
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
尺寸芯片封装概念
BGA是目前高密度表面贴装技术的主要代表 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。
18
封装技术的第三次重大变革
BGA贴装技术 20世纪90年代中期
插装技术
20世纪70年代中期
表面贴装技术
8
DIP
手机、笔记本电脑、数码摄
象机的薄型化、小型化
1、 SOP小型平面引线式封装 SOP：small out-line package
引脚向外弯曲
Surface Mount technology
表面贴装（SMT）技术之一
薄型化
9
2、SOJ small out-line J-lead package 小型平面J 形引线式封装
芯片
回流焊
芯片
树脂下填充
芯片
26
4、CSP发展新趋势 1、MCM组装 2、三维封装
27
将多个裸芯片不加封装，直接装载于同一
1、MCM组装
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3~6倍，重量减
Multi chip module 轻了3倍以上，由于减小了引线长度故可明显
芯片尺寸封装技术
19
CSP
chip size package
尺寸芯片封装
裸芯片封装
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
尺寸芯片封装概念
西安交通大学微电子制造技术第三器件技术
Barrier voltage
微电子制造技术
Figure 3.6 PN结二极管的开路情况 电信学院 微电子学系 15
Open-circuit condition (high resistance)
p
n
外加电场
微电子制造技术
3V
Lamp
Figure 3.7 反偏 PN二极管 电信学院 微电子学系 16
Metal contact
SiO2, dielectric material
SiO2, dielectric material
微电子制造技术
Figure 3.1
电信学院 微电子学系 7
寄生电阻结构
寄生电阻是在集成电路元件设计中产生的多余 电阻。它存在于器件结构中是因为器件的尺寸、形 状、材料类型、掺杂种类以及掺杂数量。寄生电阻 不是我们所需要的，因为它会降低集成电路或者器 件的性能。图3.2表示了晶体管中寄生电阻的位置。
p
n
外加电场
Hole flow
Electron flow
3V
Lamp
微电子制造技术
Figure 3.8 正偏PN 二极管 电信学院 微电子学系 17
+I
Forward bias curve
120 100 80 60 40 20
-V
Junction voltage
+V
Leakage
.4 .8 1.2 1.6
Metal contacts Substrate
Metal contact to 1st poly
2nd doped poly layer
Substrate
1st doped poly layer
微电子制造技术
Figure 3.6 PN结二极管的开路情况 电信学院 微电子学系 15
Open-circuit condition (high resistance)
p
n
外加电场
微电子制造技术
3V
Lamp
Figure 3.7 反偏 PN二极管 电信学院 微电子学系 16
Metal contact
SiO2, dielectric material
SiO2, dielectric material
微电子制造技术
Figure 3.1
电信学院 微电子学系 7
寄生电阻结构
寄生电阻是在集成电路元件设计中产生的多余 电阻。它存在于器件结构中是因为器件的尺寸、形 状、材料类型、掺杂种类以及掺杂数量。寄生电阻 不是我们所需要的，因为它会降低集成电路或者器 件的性能。图3.2表示了晶体管中寄生电阻的位置。
p
n
外加电场
Hole flow
Electron flow
3V
Lamp
微电子制造技术
Figure 3.8 正偏PN 二极管 电信学院 微电子学系 17
+I
Forward bias curve
120 100 80 60 40 20
-V
Junction voltage
+V
Leakage
.4 .8 1.2 1.6
Metal contacts Substrate
Metal contact to 1st poly
2nd doped poly layer
Substrate
1st doped poly layer
西安交通大学微电子制造技术集成电路制造概况
晶体管中栅结构的制作是流程当中最关键的一步，因为
它包含了最薄的栅氧化层的热生长以及多晶硅栅的形成，而 后者是整个集成电路工艺中物理尺度最小的结构。
1）栅氧化层的生长 2）多晶硅淀积 3）第四层掩膜 4）多晶硅栅刻蚀
Polysilicon deposition 2
1 Gate oxide
3 Photoresist ARC
1
Liner oxide
n-well
p-well
p- Epitaxial layer
p+ Silicon substrate
微电子制造技术
Figure 9.11
电信学院 微电子学系 22
C STI Formation 1）浅曹氧化物抛光（化学机械抛光） 2）氮化物去除
Planarization by chemical-mechanical polishing
dS rGaiDn
Metal Deposition and
Etch
电信学院 微电子学系 3
CMOS 工艺流程
• 硅片制造厂的分区概况 – 扩散 – 光刻 – 刻蚀 – 离子注入 – 薄膜生长 – 抛光
• CMOS 制作步骤 • 参数测试
微电子制造技术
电信学院 微电子学系 4
在亚微米CMOS制造厂
1
STI oxide after polish 2 Nitride strip
Liner oxide
n-well
p-well
p- Epitaxial layer p+ Silicon substrate
微电子制造技术
Figure 9.12
电信学院 微电子学系 23
三、Poly Gate Structure Process
它包含了最薄的栅氧化层的热生长以及多晶硅栅的形成，而 后者是整个集成电路工艺中物理尺度最小的结构。
1）栅氧化层的生长 2）多晶硅淀积 3）第四层掩膜 4）多晶硅栅刻蚀
Polysilicon deposition 2
1 Gate oxide
3 Photoresist ARC
1
Liner oxide
n-well
p-well
p- Epitaxial layer
p+ Silicon substrate
微电子制造技术
Figure 9.11
电信学院 微电子学系 22
C STI Formation 1）浅曹氧化物抛光（化学机械抛光） 2）氮化物去除
Planarization by chemical-mechanical polishing
dS rGaiDn
Metal Deposition and
Etch
电信学院 微电子学系 3
CMOS 工艺流程
• 硅片制造厂的分区概况 – 扩散 – 光刻 – 刻蚀 – 离子注入 – 薄膜生长 – 抛光
• CMOS 制作步骤 • 参数测试
微电子制造技术
电信学院 微电子学系 4
在亚微米CMOS制造厂
1
STI oxide after polish 2 Nitride strip
Liner oxide
n-well
p-well
p- Epitaxial layer p+ Silicon substrate
微电子制造技术
Figure 9.12
电信学院 微电子学系 23
三、Poly Gate Structure Process
西安交大模电PPT01
电测量的主要特点 a. 准确度和灵敏度高，测量范围广。 b. 可以智能化。 c. 可以进行术基础
(4) 电子技术对计算机的发展 20世纪40年代第一台数字电子计算机的一些参数 a. 使用了18,000个电子管 b.功率130 kW c. 质量达30 t d.占地约150 m2 e. 运算速度约5000 次/秒 f. 故障率高
控制方便、工作灵敏、响应速度快等。
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模拟电子技术基础
电子电路与普通电路的主要区别 (1) 电子电路包含有电子器件 (2) 电子器件的特性往往是非线性的 (3) 电子电路必须采用非线性电路的分析方法来分析
电子电路
分立电路 集成电路
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模拟电子技术基础
分立电路 —— 由各种单个的电子器件和元件构成的 电路 分立电路的主要特点
(3) 可靠性高。 (4) 寿命长。
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模拟电子技术基础
世界上第一块集成电路在1959年美国的德州仪器公司 和西屋电气公司诞生，电路上仅集成了4只晶体管。
集成电路发展的历程 (1) 小规模集成电路 (2) 中规模集成电路 (3) 大规模集成电路 (4) 超大规模集成电路
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模拟电子技术基础
电子管的主要特点 a. 体积大、重量重、耗电大、寿命短。 b. 目前在一些大功率发射装置中使用。
(2) 离子管 a. 与电子管类似,也抽成高真空。 b. 管子中的电流，除了电子外，也有正离子。
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模拟电子技术基础
第二代电子器件——晶体管
晶体管是用半导体材料制成的，也称为半导体器件 (semiconductor device)或者固体器件(solid-state device)。
(4) 电子技术对计算机的发展 20世纪40年代第一台数字电子计算机的一些参数 a. 使用了18,000个电子管 b.功率130 kW c. 质量达30 t d.占地约150 m2 e. 运算速度约5000 次/秒 f. 故障率高
控制方便、工作灵敏、响应速度快等。
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模拟电子技术基础
电子电路与普通电路的主要区别 (1) 电子电路包含有电子器件 (2) 电子器件的特性往往是非线性的 (3) 电子电路必须采用非线性电路的分析方法来分析
电子电路
分立电路 集成电路
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模拟电子技术基础
分立电路 —— 由各种单个的电子器件和元件构成的 电路 分立电路的主要特点
(3) 可靠性高。 (4) 寿命长。
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模拟电子技术基础
世界上第一块集成电路在1959年美国的德州仪器公司 和西屋电气公司诞生，电路上仅集成了4只晶体管。
集成电路发展的历程 (1) 小规模集成电路 (2) 中规模集成电路 (3) 大规模集成电路 (4) 超大规模集成电路
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模拟电子技术基础
电子管的主要特点 a. 体积大、重量重、耗电大、寿命短。 b. 目前在一些大功率发射装置中使用。
(2) 离子管 a. 与电子管类似,也抽成高真空。 b. 管子中的电流，除了电子外，也有正离子。
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模拟电子技术基础
第二代电子器件——晶体管
晶体管是用半导体材料制成的，也称为半导体器件 (semiconductor device)或者固体器件(solid-state device)。
电子部件装配工艺培训课件(PPT 40张)
第八章
精 品 课
电子部件装配工艺
1
电子部件装配工艺
部件装配可分为：功能部件装配和辅 助部件装配。 部件装配采用的连接工艺有：插装、 贴装（片式组件表面安装）、铆装、螺 装、胶接、焊接和无锡焊接等工艺。
精 品 课
电子部件是由材料、零件、元器件 等装配组成的具有一定功能的可拆卸或 不可拆卸的产品，部件装配质量的好坏， 直接影响电子整机装配质量。因此，部 件装配是电子整机装配的一个重要环节。
14
8.1
印制电路板的组装工艺
精 品 课
（6）为了保证整机用电安全，插件时须注 意保持元器件间的最小放电距离，插装的元 器件不能有严重歪斜，以防止元器件之间因 接触而引起的各种短路和高压放电现象，一 般元器件安装高度和倾斜范围如图8.4所示 （单位：mm）。
（7）插装玻璃壳体的二极管时，最好 先将引线绕1~2圈，形成螺旋形以增加 留线长度如图8.5所示.，不宜紧靠根部 弯折，以免受力破裂损坏。
9
8.1
印制电路板的组装工艺
印制电路板机器自动插装 为了提高元器件插件速度、改善插件质量、 减轻操作人员的劳动强度、提高生产效率和产 品质量，印制电路板的组装流水线采用自动装 配机。 自动插装过程中，印制电路板的传递、 插装、检测等工序，都是由计算机按程序进行 控制。
精 品 课
10
8.1
印制电路板的组装工艺
精 品 课
编辑编带 程序
编织插件 料带
自动检 测
检查补 焊
波峰自 动焊
插件检 验
手工插件流 水线 装散热 器
图8.2 自动插装工艺 流程
5
8.1
印制电路板的组装工艺
精 品 课
２．印制电路板组装工艺的基本要求 （1）各个工艺环节必须严格实施工艺文件的规 定，认真按照工艺指导卡操作。 （2）印制电路板应使用阻燃性材料，以满足安 全使用性能要求。 （3）组装流水线各工序的设置要均匀，防止某 些工序组装件积压，确保均衡生产。 （4）印制电路板元器件的插装（或贴装）要正 确，不能有错装、漏装现象。 （5）焊点应光滑无拉尖、无虚焊、假焊、连焊 等不良现象，使组装的印制电路板的各种功能符合 电路的性能指标要求，为整机总装打下良好的基础。
精 品 课
电子部件装配工艺
1
电子部件装配工艺
部件装配可分为：功能部件装配和辅 助部件装配。 部件装配采用的连接工艺有：插装、 贴装（片式组件表面安装）、铆装、螺 装、胶接、焊接和无锡焊接等工艺。
精 品 课
电子部件是由材料、零件、元器件 等装配组成的具有一定功能的可拆卸或 不可拆卸的产品，部件装配质量的好坏， 直接影响电子整机装配质量。因此，部 件装配是电子整机装配的一个重要环节。
14
8.1
印制电路板的组装工艺
精 品 课
（6）为了保证整机用电安全，插件时须注 意保持元器件间的最小放电距离，插装的元 器件不能有严重歪斜，以防止元器件之间因 接触而引起的各种短路和高压放电现象，一 般元器件安装高度和倾斜范围如图8.4所示 （单位：mm）。
（7）插装玻璃壳体的二极管时，最好 先将引线绕1~2圈，形成螺旋形以增加 留线长度如图8.5所示.，不宜紧靠根部 弯折，以免受力破裂损坏。
9
8.1
印制电路板的组装工艺
印制电路板机器自动插装 为了提高元器件插件速度、改善插件质量、 减轻操作人员的劳动强度、提高生产效率和产 品质量，印制电路板的组装流水线采用自动装 配机。 自动插装过程中，印制电路板的传递、 插装、检测等工序，都是由计算机按程序进行 控制。
精 品 课
10
8.1
印制电路板的组装工艺
精 品 课
编辑编带 程序
编织插件 料带
自动检 测
检查补 焊
波峰自 动焊
插件检 验
手工插件流 水线 装散热 器
图8.2 自动插装工艺 流程
5
8.1
印制电路板的组装工艺
精 品 课
２．印制电路板组装工艺的基本要求 （1）各个工艺环节必须严格实施工艺文件的规 定，认真按照工艺指导卡操作。 （2）印制电路板应使用阻燃性材料，以满足安 全使用性能要求。 （3）组装流水线各工序的设置要均匀，防止某 些工序组装件积压，确保均衡生产。 （4）印制电路板元器件的插装（或贴装）要正 确，不能有错装、漏装现象。 （5）焊点应光滑无拉尖、无虚焊、假焊、连焊 等不良现象，使组装的印制电路板的各种功能符合 电路的性能指标要求，为整机总装打下良好的基础。
PPT微电子封装技术讲义06.07[1]
![PPT微电子封装技术讲义06.07[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/06524dd6b9f3f90f76c61b53.png)
切筋打弯 Trimming &
Forming
去除管脚根部多余的塑膜和管脚连接边，并 将引线弯曲。
品质检验 Quality Assurance
封装好的芯片最后要经 过品质检验合格才能出 货。
产品出货 Shipping
1.2
1.2.1
微电子技术相关知识
微电子技术促进封装的发展
微电子技术的迅猛发展,集成电路复杂度的增加,一个电 子系统的 大部分功能都可集成在一个单芯片内(即片上系统), 这就相应的要求微电子封装具有更高的性能、更多的引线、 更密的内连线、更小的尺寸或更大的芯片、受命晚大的热耗 散能力、更好的电性能、更高的可靠性、更低的单个引线成 本等。 芯片尺寸的增大要求封装内腔扩大；片频率的提高（每 年平均提高约18%）要求封装电性能不断改善,否则器件的最 高工作频率将受限于封装;单片功耗的增大要求封装散热性能 提高;电源电压的不断减小,要求引线承受电流的能力提高或 电源引线数增加.为了提高整机的封装密度，适应整机小型化 的需要，封装的高度也在不断降低。总之微电子技术的不断 发展和整机市场的强烈需求，正在促使微电子封装数量和产 值不断提高，技术不断发展。
1.1.3 封装工艺
封装的步骤主要有贴膜、贴片、划片、键合等。 一、封装前晶片的准备 （1）晶片打磨 二、划片 划片有两种方法：钻石划片分离和锯片分离 （2）背部镀金
（1）钻石划片法：钻石划法是第一代划片技术。 此方法要求晶片在精密工作台上精确地定位，然后用尖 端镶有钻石的划片器从划线的中心划过。划片器在晶片 表面划出了一条浅痕。晶片通过加压的圆柱滚轴后芯片 得以分离。当滚轴滚过晶片表面时，晶片沿着划痕线分 离开。当晶片超过一定厚度时，划片法的可靠性就会降 低。
微电子封装的技术要求
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硅片 台
锯刃
微电子制造技术
Figure 20.5 分 片
电信学院微电子学系 12
装架
分片后硅片将进行装架操作。装架时每个好 的芯片被粘贴到底座或引线框架上。粘贴工具要 求灵活性以粘贴芯片到各种应用情况，包括引线 框架、陶瓷基座和电路板。
引线框架 引线
芯片
塑料 DIP
微电子制造技术
Figure 20.6 装 架
Gold film
Silicon Al2O3
金/硅共晶 合金
微电子制造技术
Figure 20.8 芯片粘结（Au-Si 共晶贴片） 电信学院微电子学系 16
引线键合
引线键合是将芯片表面的金属压点和引线框 架上或基座上的电极内端进行电连接(图20.9)。 键合线是Au、Al或含金的合金线，直径通常在25 到75mm之间。
微电子制造技术
Figure 20.10 热压键合
电信学院微电子学系 13
芯片粘贴
芯片粘贴通常使用粘贴工艺如下： ➢ 环氧树脂粘贴 ➢ 共晶焊粘贴 ➢ 玻璃焊料粘贴 环氧树脂粘结 最常用的方法之一，缺点是散热
较差，为了获得较好的散热性能，可以在环氧树 脂中加入银粉制成导热树脂。
共晶焊粘贴 共晶焊粘贴需要在芯片背面淀积一
层金，然后使用合金方式将金粘贴到具有金属化 表面的基座上。
背面减薄工艺使用设备与硅片的抛光类似， 如图20.4所示。操作中应注意将引入到硅片的应 力降到最低以防止硅片的破碎。
微电子制造技术
电信学院微电子学系 10
向下施加力 转动和摆动秆
转动卡盘上 的硅片
微电子制造技术
Figure 20.4 背面减薄
电信学院微电子学系 11
分片 分片就是将背面减薄后的硅片使用金刚石刀 刃划片锯把芯片从硅片上切下来。划片时应注意X 、Y两个方向上的对准。锯刃通常切透硅片厚度的 90～100％。
装配和封装在集成电路后道工序是两个截然不
同过程，每个都有它特殊的工艺和工具。装配是指 从硅片上分离出合格芯片，然后将其粘贴在金属引 线框架或管壳上，再用细线将芯片表面的金属压点 和提供芯片电通路的引线框架内端互连起来。装配 完成后，再将装配好芯片封装在一个保护管壳内。
最常用的封装是用塑料包封芯片，这种塑料包
1. 保护芯片以免由环境和传递过程引起损坏； 2. 为芯片的信号输入和输出提供互连； 3. 芯片的物理支撑； 4. 散热
微电子制造技术
电信学院微电子学系 5
双列直插封装
(DIP)
单列直插封装
(SIP)
薄小型封装
(TSOP)
四边形扁平封装
(QFP)
塑料电极芯片载体
(PLCC)
无管脚芯片载体
(LCC)
电信学院微电子学系 7
集成电路的封装层次
第一级封装： IC 封装
第二级封装 印刷电路板装配
最终产品装配： 电路板装到系统 中的最终装配
为在印刷电路板上 固定的金属管脚
表面贴装 芯片被焊 在 PCB的 铜焊点上.
电极 管脚
管脚插入 孔中然后 在 PCB 背面焊接
边缘连接电极插入主系统 PCB组件
主电子组件板
玻璃焊料粘贴 玻璃焊料有银和悬浮在有机媒介
中的玻璃颗粒组成，芯片不需要金属化，可直接 粘件免贴受在潮Al气2O和3陶沾瓷污基。座上。优点是实现密封保护器
微电子制造技术
电信学院微电子学系 14
芯片
环氧树脂
引线框架
微电子制造技术
Figure 20.7 芯片粘结（环氧树脂粘贴） 电信学院微电子学系 15
引线键合的工艺有三种，区别在于各自的引 线端点所使用的能量类型不同。分别是： 热压键合 超声键合 热超声球键合
微电子制造技术
电信学院微电子学系 17
芯片 键合的引线
压点
压模混合物 引线框架 管脚尖
Figure 20.9 从芯片压点到引线框架的引线键合
微电子制造技术
电信学院微电子学系 18
柱 器件压点
微电子制造技术
Figure 20.2 典型 IC 封装形式 电信学院微电子学系 6
集成电路封装形式的约束条件
性能
尺寸/重量/外形 材料 成本 装配
微电子制造技术
• RC 时间延迟 • 输入/输出 (I/O)的个数 • 压焊和粘贴 • 信号上升时间 • 频率响应 • 开关瞬态 • 散热 • 芯片尺寸 • 管壳尺寸 • 压点尺寸和间距 • 管壳引线尺寸和间距 • 衬底载体压点尺寸和间距 • 散热设计 • 芯片基座 (塑料、陶瓷或金属) • 载体 (有机物、陶瓷) • 热膨胀失配 • 引线金属化 • 集成到现有工艺 • 管壳材料 • 成品率 • 芯片粘贴方式 • 封装粘贴 (通过孔、表面贴装或凸点) • 散热装配 • 包封
封提供芯片保护并形成更高级装配连接的管脚（列 如ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ固定到电路板上）。传统的最终装配和封装工 艺的慨况如图20.1所示。
微电子制造技术
电信学院微电子学系 3
硅片测试和拣选
分片
贴片
引线键合 微电子制造技术
塑料封装
最终封装与测试
Figure 20.1 传统的装配与封装 电信学院微电子学系 4
集成电路封装的4个重要功能
微电子制造技术
电信学院微电子学系 9
背面减薄
在芯片的制造过程中，为了为了增加机械强 度使破碎率降到最小，随着硅片直径的增大，硅 片的厚度也随之增加(直径为300mm的硅片，其厚 度约为775mm)。然而硅片厚度越厚，分(划) 片 就越困难，另外厚度越大其热阻就越大，越不利 于芯片的散热。
薄的硅片不仅热阻明显减小，还能在薄ULSI 装配中有效减少热应力及最终集成电路管壳的外 形尺寸和重量。
半导体制造技术
微电子制造技术
第 20 章
封装与装配
电信学院微电子学系 1
目标 1. 描述装配和封装的总趋势与设计约束
条件；
2. 说明并讨论传统装配方法；
3. 了解不同的传统封装的选择；
4. 了解7种先进装配和封装技术的优势 与限制。
微电子制造技术
电信学院微电子学系 2
概述
在芯片制造工艺完成后，通过电测试的芯片将进 行单个芯片的装配和封装，通常被称为集成电路制 造过程的后道工序。
微电子制造技术
Figure 20.3
电信学院微电子学系 8
传统装配
最终装配由要求粘贴芯片到集成电路底座上 的操作构成。由于制造的大部分成本已经花在芯 片上。因此在最终装配过程中成品率是至关重要 的。在20世纪90年代后期，所有集成电路装配中 估计有95％采用了传统的最终装配，并由下面4 步构成：
背面减薄 分片 装架 引线键合
锯刃
微电子制造技术
Figure 20.5 分 片
电信学院微电子学系 12
装架
分片后硅片将进行装架操作。装架时每个好 的芯片被粘贴到底座或引线框架上。粘贴工具要 求灵活性以粘贴芯片到各种应用情况，包括引线 框架、陶瓷基座和电路板。
引线框架 引线
芯片
塑料 DIP
微电子制造技术
Figure 20.6 装 架
Gold film
Silicon Al2O3
金/硅共晶 合金
微电子制造技术
Figure 20.8 芯片粘结（Au-Si 共晶贴片） 电信学院微电子学系 16
引线键合
引线键合是将芯片表面的金属压点和引线框 架上或基座上的电极内端进行电连接(图20.9)。 键合线是Au、Al或含金的合金线，直径通常在25 到75mm之间。
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Figure 20.10 热压键合
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芯片粘贴
芯片粘贴通常使用粘贴工艺如下： ➢ 环氧树脂粘贴 ➢ 共晶焊粘贴 ➢ 玻璃焊料粘贴 环氧树脂粘结 最常用的方法之一，缺点是散热
较差，为了获得较好的散热性能，可以在环氧树 脂中加入银粉制成导热树脂。
共晶焊粘贴 共晶焊粘贴需要在芯片背面淀积一
层金，然后使用合金方式将金粘贴到具有金属化 表面的基座上。
背面减薄工艺使用设备与硅片的抛光类似， 如图20.4所示。操作中应注意将引入到硅片的应 力降到最低以防止硅片的破碎。
微电子制造技术
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向下施加力 转动和摆动秆
转动卡盘上 的硅片
微电子制造技术
Figure 20.4 背面减薄
电信学院微电子学系 11
分片 分片就是将背面减薄后的硅片使用金刚石刀 刃划片锯把芯片从硅片上切下来。划片时应注意X 、Y两个方向上的对准。锯刃通常切透硅片厚度的 90～100％。
装配和封装在集成电路后道工序是两个截然不
同过程，每个都有它特殊的工艺和工具。装配是指 从硅片上分离出合格芯片，然后将其粘贴在金属引 线框架或管壳上，再用细线将芯片表面的金属压点 和提供芯片电通路的引线框架内端互连起来。装配 完成后，再将装配好芯片封装在一个保护管壳内。
最常用的封装是用塑料包封芯片，这种塑料包
1. 保护芯片以免由环境和传递过程引起损坏； 2. 为芯片的信号输入和输出提供互连； 3. 芯片的物理支撑； 4. 散热
微电子制造技术
电信学院微电子学系 5
双列直插封装
(DIP)
单列直插封装
(SIP)
薄小型封装
(TSOP)
四边形扁平封装
(QFP)
塑料电极芯片载体
(PLCC)
无管脚芯片载体
(LCC)
电信学院微电子学系 7
集成电路的封装层次
第一级封装： IC 封装
第二级封装 印刷电路板装配
最终产品装配： 电路板装到系统 中的最终装配
为在印刷电路板上 固定的金属管脚
表面贴装 芯片被焊 在 PCB的 铜焊点上.
电极 管脚
管脚插入 孔中然后 在 PCB 背面焊接
边缘连接电极插入主系统 PCB组件
主电子组件板
玻璃焊料粘贴 玻璃焊料有银和悬浮在有机媒介
中的玻璃颗粒组成，芯片不需要金属化，可直接 粘件免贴受在潮Al气2O和3陶沾瓷污基。座上。优点是实现密封保护器
微电子制造技术
电信学院微电子学系 14
芯片
环氧树脂
引线框架
微电子制造技术
Figure 20.7 芯片粘结（环氧树脂粘贴） 电信学院微电子学系 15
引线键合的工艺有三种，区别在于各自的引 线端点所使用的能量类型不同。分别是： 热压键合 超声键合 热超声球键合
微电子制造技术
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芯片 键合的引线
压点
压模混合物 引线框架 管脚尖
Figure 20.9 从芯片压点到引线框架的引线键合
微电子制造技术
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柱 器件压点
微电子制造技术
Figure 20.2 典型 IC 封装形式 电信学院微电子学系 6
集成电路封装形式的约束条件
性能
尺寸/重量/外形 材料 成本 装配
微电子制造技术
• RC 时间延迟 • 输入/输出 (I/O)的个数 • 压焊和粘贴 • 信号上升时间 • 频率响应 • 开关瞬态 • 散热 • 芯片尺寸 • 管壳尺寸 • 压点尺寸和间距 • 管壳引线尺寸和间距 • 衬底载体压点尺寸和间距 • 散热设计 • 芯片基座 (塑料、陶瓷或金属) • 载体 (有机物、陶瓷) • 热膨胀失配 • 引线金属化 • 集成到现有工艺 • 管壳材料 • 成品率 • 芯片粘贴方式 • 封装粘贴 (通过孔、表面贴装或凸点) • 散热装配 • 包封
封提供芯片保护并形成更高级装配连接的管脚（列 如ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ固定到电路板上）。传统的最终装配和封装工 艺的慨况如图20.1所示。
微电子制造技术
电信学院微电子学系 3
硅片测试和拣选
分片
贴片
引线键合 微电子制造技术
塑料封装
最终封装与测试
Figure 20.1 传统的装配与封装 电信学院微电子学系 4
集成电路封装的4个重要功能
微电子制造技术
电信学院微电子学系 9
背面减薄
在芯片的制造过程中，为了为了增加机械强 度使破碎率降到最小，随着硅片直径的增大，硅 片的厚度也随之增加(直径为300mm的硅片，其厚 度约为775mm)。然而硅片厚度越厚，分(划) 片 就越困难，另外厚度越大其热阻就越大，越不利 于芯片的散热。
薄的硅片不仅热阻明显减小，还能在薄ULSI 装配中有效减少热应力及最终集成电路管壳的外 形尺寸和重量。
半导体制造技术
微电子制造技术
第 20 章
封装与装配
电信学院微电子学系 1
目标 1. 描述装配和封装的总趋势与设计约束
条件；
2. 说明并讨论传统装配方法；
3. 了解不同的传统封装的选择；
4. 了解7种先进装配和封装技术的优势 与限制。
微电子制造技术
电信学院微电子学系 2
概述
在芯片制造工艺完成后，通过电测试的芯片将进 行单个芯片的装配和封装，通常被称为集成电路制 造过程的后道工序。
微电子制造技术
Figure 20.3
电信学院微电子学系 8
传统装配
最终装配由要求粘贴芯片到集成电路底座上 的操作构成。由于制造的大部分成本已经花在芯 片上。因此在最终装配过程中成品率是至关重要 的。在20世纪90年代后期，所有集成电路装配中 估计有95％采用了传统的最终装配，并由下面4 步构成：
背面减薄 分片 装架 引线键合