电子封装、微机电与微系统 第7章
微系统封装基础
• 微系统封装概述 • 微系统封装技术 • 微系统封装材料 • 微系统封装工艺流程 • 微系统封装的应用 • 微系统封装的发展趋势与挑战
01
微系统封装概述
定义与特点
定义
微系统封装是将微电子器件、微 型机械、传感器、执行器等微型 元件集成在一个封装体内，实现 特定功能的微型化系统。
塑封成型工艺需要精确控制成型 参数，如温度、压力和时间等，
以确保外壳完整、密封性好。
切筋成型工艺
切筋成型是将塑封好的微系统从母板 中切割出来的过程，通常使用切筋成 型机进行。
切筋成型工艺需要使用切筋刀具将微 系统从母板中切割出来，同时需要控 制切割深度和速度，以确保微系统的 完整性。
05
微系统封装的应用
芯片贴装技术
总结词
芯片贴装技术是微系统封装中的基础技术，主要涉及将芯片贴装在基板上，通过 引脚或焊球实现电气连接。
详细描述
芯片贴装技术包括传统引脚插入和表面贴装技术。在传统引脚插入技术中，芯片 通过引脚与基板连接，而在表面贴装技术中，芯片通过焊球或导电胶与基板连接 。这些连接方式需满足电气和机械性能要求，以确保芯片的正常工作。
汽车电子领域应用
发动机控制系统
微系统封装技术用于制造高精度、高可靠性的发动机控制系统， 提高汽车的动力性和燃油经济性。
安全气囊系统
通过微系统封装技术，将传感器、处理单元等器件集成在安全气囊 系统中，提高汽车的安全性能。
车载信息娱乐系统
利用微系统封装技术实现小型化的车载信息娱乐设备，提供更加丰 富和便捷的车载娱乐体验。
总结词
高分子材料具有优良的加工性能、低成本和 生物相容性，在微系统封装中具有广泛应用 。
详细描述
微电子封装技术讲义06.07[1]
![微电子封装技术讲义06.07[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/8423da2c5acfa1c7aa00ccc4.png)
二、集成电路(IC)
集成电路: 半导体晶片经过平面工艺加工制造成
元件、器件和互连线、并集成在基片表面、 内部或之上的微小型化电路或系统。
通常所说的“芯片”是指封装好的集 成电路。 如果不能生产芯片， 就好像我 们盖房子的水平已经不错了,但是，盖房子 所用的砖瓦还不能生产一样，要命的是， 这个“砖瓦”还很贵。一般来说，“芯片” 成本最能影响电子产品整机的成本。
5、环境保护：半导体器件和电路的许多参数， 以及器件的稳定性、可靠性都直接与半导体表面的状 态密切相关。半导体器件和电路制造过程中的许多工 艺措施也是针对半导体表面问题的。半导体芯片制造 出来后，在没有将其封装之前，始终都处于周围环境 的威胁之中。在使用中，有的环境条件极为恶劣，必 须将芯片严加密封和包封。所以，微电子封装对芯片 的环境保护作用显得尤为重要。
用墨点标注的芯 片（随机和无功 能的芯片）
光刻对 准标记
用墨点标注的芯 片（边缘芯片和 无功能的芯片）
测试芯片
分离芯片 的划片线
边缘芯片 （100mm直径晶 圆片留6mm）
硅圆片的规格
直径小于150MM的圆片，要在晶锭的整个长度上沿 一定的晶向磨出平边，以指示晶向和掺杂类型：直径更 大的圆片，在边缘磨出缺口。
（2） 锯片法：厚晶片的出现使得锯片法的发展成 为划片工艺的首选方法。此工艺使用了两种技术， 并且每种技术开始都用钻石锯片从芯片划线上经过。 对于薄的晶片，锯片降低到晶片的表面划出一条深 入1/3晶片厚度的浅槽。芯片分离的方法仍沿用划片 法中所述的圆柱滚轴加压法。第二种划片的方法是 用锯片将晶片完全锯开成单个芯片。
三、 光刻
光刻：指用光技术在晶圆上刻蚀电路，IC生产 的主要工艺手段。
四、 前道工序
电子封装
电子封装电子封装是一门新兴的交叉学科，涉及到设计、环境、测试、材料、制造和可靠性等多学科领域。
电子工业的飞速发展，从原子、纳米、微米到宏观尺度的微加工对最尖端科学技术的渴望都使这门学科的研究与教育充满挑战。
电子封装是基础制造技术，各类工业产品(家用电器、计算机、通讯、医疗、航空航天、汽车等)的心脏部分无不是由微电子元件、光电子元件、射频与无线元件等通过电子封装与存储、电源及显示器件相结合进行制造。
它是将微元件组合及再加工构成微系统及工作环境的制造技术。
如机械制造业将齿轮、轴承，电动机等零部件组装制造成机床、机器人等机械产品，建筑业由水泥、砖头、钢筋建造成楼房和桥梁，利用晶片、阻容等微元件制造电子器件、手机、计算机等电子产品。
封装最初的定义是：保护电路芯片免受周围环境的影响。
所以，在最初的微电子封装中，是用金属罐作为外壳，用与外界完全隔离的、气密的方法，来保护脆弱的电子元件。
但是，随着集成电路技术的发展，尤其是芯片钝化层技术的不断改进，封装的功能也在慢慢异化。
通常认为，封装主要有四大功能，即功率分配、信号分配、散热及包装保护，它的作用是从集成电路器件到系统之间的连接，包括电学连接和物理连接。
目前，集成电路芯片的I/O线越来越多，它们的电源供应和信号传送都是要通过封装来实现与系统的连接；芯片的速度越来越快，功率也越来越大，使得芯片的散热问题日趋严重；由于芯片钝化层质量的提高，封装用以保护电路功能的作用其重要性正在下降。
电子封装的类型也很复杂。
在这里只从使用的包装材料上进行分类，可以划分为金属封装、陶瓷封装和塑料封装。
金属封装是半导体器件封装的最原始的形式。
金属封装的优点是气密性好，不受外界环境因素的影响。
它的缺点是价格昂贵，外型灵活性小，不能满足半导体器件日益快速发展的需要。
现在，金属封装所占的市场份额已越来越小，几乎已没有商品化的产品。
少量产品用于特殊性能要求的军事或航空航天技术中。
陶瓷封装是继金属封装后发展起来的一种封装形式，它象金属封装一样，也是气密性的，但价格低于金属封装，而且，经过几十年的不断改进，陶瓷封装的性能越来越好，尤其是陶瓷流延技术的发展，使得陶瓷封装在外型、功能方面的灵活性有了较大的发展。
PPT微电子封装技术讲义
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
晶圆：由普通硅砂熔炼提纯拉制成硅柱后切成的单晶硅薄片微电子封装技术特点：1：向高密度及高I/O引脚数发展，引脚由四边引出趋向面阵引出发展2：向表面组装示封装(SMP)发展,以适应表面贴装（SMT）技术及生产要求3：向高频率及大功率封装发展4：从陶瓷封装向塑料封装发展5：从单芯片封装（SCP）向多芯片封装（MCP）发展6：从只注重发展IC芯片到先发展封装技术再发展IC芯片技术技术微电子封装的定义：是指用某种材料座位外壳安防、固定和密封半导体继承电路芯片，并用导体做引脚将芯片上的接点引出外壳狭义的电子封装技术定义：是指利用膜技术及微细连接技术，将半导体元器件及其他构成要素在框架或基板上布置、固定及连接，引出接线端子，并通过可塑性绝缘介质灌封固定，构成整体立体结构的工艺技术。
（最基本的）广义的电子封装技术定义：是指将半导体和电子元器件所具有的电子的、物理的功能，转变为能适用于设备或系统的形式，并使之为人类社会服务的科学与技术。
（功能性的）微电子封装的功能：1：提供机械支撑及环境保护；2：提供电流通路；3：提供信号的输入和输出通路；4：提供热通路。
微电子封装的要点：1：电源分配；2：信号分配;3：机械支撑；4：散热通道；5：环境保护。
零级封装：是指半导体基片上的集成电路元件、器件、线路；更确切地应该叫未加封装的裸芯片。
一级封装：是指采用合适的材料（金属、陶瓷或塑料）将一个或多个集成电路芯片及它们的组合进行封装，同时在芯片的焊区与封装的外引脚间用引线键合（wire bonding,WB）、载带自动焊（tape automated bonding,TAB）、倒装片键合（flip chip bonding，FCB）三种互联技术连接，使其成为具有实际功能的电子元器件或组件。
二级封装技术：实际上是一种多芯片和多元件的组装，即各种以及封装后的集成电路芯片、微电子产品、以及何种类型元器件一同安装在印刷电路板或其他基板上。
【2024版】微电子封装技术课程重点内容(English)
Microelectronics packaging technology(R eview contents)Chapter 1：Introduction1.The development characteristics and trends of microelectronics packaging.2.The functions of microelectronics packaging.3.The levels of microelectronics packaging technology.4.The methods for chip bonding.Chapter 2：Chip interconnection technologyIt is one of the key chapters1.The Three kinds of chip interconnection, and their characteristics and applications.2.The types of wire bonding (WB) technology, their characteristics and working principles.3.The working principle and main process of the wire ball bonding.4.The major materials for wire bonding.5.Tape automated bonding (TAB) technology:1）The characteristic and application of TAB technology.2）The key materials and technologies of TAB technology.3）The internal lead and outer lead welding technology of TAB technology.6. Flip Chip Bonding (FCB) Technology1）The characteristic and application of flip chip bonding technology2）UBM and multilayer metallization under chip bump；UBM’s structure and material, and the roles ofeach layer.3）The main fabrication method of chip bumps.4）FCB technology and its reliability.5）C4 soldering technology and its advantages.6）The role of underfill in FCB.7）The interconnection principles for Isotropic and anisotropic conductive adhesive respectively. Chapter 3: Packaging technology of Through-Hole components1.The classification of Through-Hole components.2.Focused on：DIP packaging technology, including its process flow.3.The characteristics of PGA.Chapter 4：Packaging technology of surface mounted device (SMD)1.The advantages and disadvantages of SMD.2.The types of SMD.3.The main SMD packaging technologies, focused on：SOP、PLCC、LCCC、QFP.4.The packaging process flow of QFP.5.The risk of moisture absorption in plastic packages, the mechanism of the cracking caused by moistureabsorption, and solutions to prevent for such failure.Chapter 5：Packaging technology of BGA and CSP1.The characteristics of BGA and CSP.2.The packaging technology for PBGA，and its process flow.3.The characteristics of packaging technology for CSP.4.The reliability problems of BGA and CSP.Chapter 6：Multi-Chip Module（MCM）1.The classification and characteristics of MCM2. The assembly technology of MCM.Chapter 7：Electronic packaging materials and substrate technology1. The classification of the materials for electronic packaging, the main requirements for packagingmaterials.2. The types of metals in electronic packaging, and their main applications.3. The main requirements for polymer materials in electronic packaging.4.Classification of main substrate materials, and the major requirements for substrate materials.Chapter 8：Microelectronics packaging reliability1.The basic concepts of electronic packaging reliability.2.The basic concepts for failure mode and failure mechanism in electronic packaging.3.Main failure (defect) modes (types) of electronic packaging.4.The purpose and procedure of failure analysis (FA) ；Common FA techniques (such as cross section, dyeand pry, SEM, CSAM ...).5 The purpose and key factors (such as stress level, stress type …) to design accelerated reliability test. Chapter 9：Advanced packaging technologies1.The concept of wafer level packaging (WLP) technology.2.The key processes of WL-CSP.3.The concept and types of the 3D packaging technologies.Specified Subject 1：LED packaging technology1. Describe briefly the four ways to achieve LED white light, and how they are packaged？2. Describe briefly the difference and similar aspects (similarity) between LED packaging andmicroelectronics packaging.3. And also describe briefly the development trend for LED package technology and the whole LED industryrespectively.Specified Subject 2：MEMS packaging technology1.The differences between micro-electro-mechanical system (MEMS) packaging technology and theconventional microelectronics packaging technologies.2.The function requirements of MEMS packaging.Extra requirement:The common used terms (Abbreviation) for electronic packaging.。
微电子封装技术知到章节答案智慧树2023年潍坊学院
微电子封装技术知到章节测试答案智慧树2023年最新潍坊学院第一章测试1.封装会使芯片包裹的更加紧实，因此提供散热途径不是芯片封装要实现的功能。
（）参考答案:错2.按照封装中组合使用的集成电路芯片的数目，芯片封装可以分为单芯片封装和多芯片封装两类。
（）参考答案:对3.按照针脚排列方式的不同，针栅排列可以提供较高的封装密度，其引脚形式为（）。
参考答案:底部引脚形态4.针栅阵列式封装的引脚分布形态属于（）。
参考答案:底部引脚5.集成电路的零级封装，主要是实现（）。
参考答案:芯片内部器件的互连;芯片内部不同功能电路的连接第二章测试1.硅晶圆可以直接用来制造IC芯片而无需经过减薄处理工艺。
（）参考答案:错2.当金-硅的质量分数为69%和31%时能够实现共熔，且共熔温度最低。
（）参考答案:对3.玻璃胶粘贴法仅适用于（）。
参考答案:陶瓷封装4.以下芯片互连方式，具有最小的封装引线电容的是（）。
参考答案:FC焊接5.集成电路芯片封装的工序一般可分为（）。
参考答案:前道工序;后道工序第三章测试1.轴向喷洒涂胶工艺的缺点为成品易受到水气侵袭。
（）参考答案:对2.碳化硅是半导体，因此它不能作为陶瓷封装的材料。
（）参考答案:错3.陶瓷封装工艺首要的步骤是浆料的制备，浆料成分包含了无机材料和（）。
参考答案:有机材料4.金属封装所使用的的材料除了可达到良好的密封性之外，还可提供良好的热传导及（）。
参考答案:电屏蔽5.降低密封腔体内部水分的主要途径有以下几种（）。
参考答案:采取合理的预烘工艺;尽量降低保护气体的湿度;避免烘烤后管壳重新接触室内大气环境第四章测试1.双列直插封装的引脚数可达1000以上。
（）参考答案:错2.球栅阵列封装形式的芯片无法返修。
（）参考答案:错3.以下封装方式中，具有工业自动化程度高、工艺简单、容易实现量产的封装形式为（）。
参考答案:塑料双列直插式封装4.载带球栅阵列封装所用的焊球，其成分为（）。
参考答案:90%Pb-10%Sn5.陶瓷熔封双列直插式封装结构简单，其三个基本零部件为（）。
微系统封装技术键合技术
微系统封装技术的应用领域
通信领域
微系统封装技术广泛应用于通 信设备、移动终端等领域，如
手机、平板电脑等。
医疗领域
微系统封装技术在医疗设备、 生物芯片等领域有着广泛的应 用，如医学影像设备、基因测 序仪等。
航空航天领域
微系统封装技术在航空航天领 域的应用也越来越广泛，如卫 星、无人机等。
工业领域
微系统封装技术在工业自动化 、智能制造等领域也有着广泛 的应用，如机器人、智能传感
实验研究与验证
研究者通过实验验证了微系统封装技术键合 技术的可行性和优越性，为进一步推广应用 奠定了基础。
面临的挑战
技术成熟度
尽管微系统封装技术键合技术取得了一定的成果，但 整体技术成熟度仍需提高。
制造成本
目前该技术的制造成本较高，限制了其大规模应用。
可靠性问题
在某些应用场景中，该技术的可靠性仍需进一步验证 和提升。
智能化
随着人工智能和物联网技术的发展，键合技术需 要实现智能化，以提高生产效率和降低成本。
03
微系统封装技术与键合 技术的关系
微系统封装技术对键合技术的需求
微型化
高精度
随着微系统封装技术的不断发展，对 键合技术的微型化要求越来越高，以 满足更小尺寸、更高集成度的封装需 求。
微系统封装中各元件之间的位置和角 度要求非常高，因此需要键合技术提 供高精度的对准和定位，以确保元件 之间的正确连接。
用于制造小型化、高可靠性的医疗 设备，如心脏起搏器、血糖监测仪 等。
航空航天领域
用于制造高可靠性的航空航天电子 设备，如导航系统、雷达系统等。
键合技术的发展趋势
1 2 3
高密度集成
随着芯片和器件的尺寸不断减小，键合技术需要 实现更高密度的集成，以满足更小、更轻、更薄 的需求。
电子信息工程中的微电子封装与集成电路设计
电子信息工程中的微电子封装与集成电路设计随着科技的不断进步与发展，电子信息工程已经成为现代社会中不可或缺的一部分。
而在电子信息工程领域中，微电子封装与集成电路设计是其中重要的组成部分之一。
微电子封装是将微电子器件封装成符合使用要求的封装件的过程。
封装技术的发展对于微电子器件的性能和可靠性起着至关重要的作用。
在微电子封装中，有两个重要的环节，分别是封装设计和封装工艺。
封装设计是指根据微电子器件的尺寸、功能和工作环境等要求，设计出适合的封装结构和尺寸。
封装设计的关键在于平衡封装结构的复杂性与制造成本的关系。
一方面，封装结构需要满足器件的电气、热学和机械要求，保证器件在工作过程中的正常运行。
另一方面，封装结构的复杂性会增加制造成本，因此需要在满足要求的前提下尽量简化封装结构。
封装设计的过程中，需要考虑到器件的布局、电路连接、散热和防护等方面的要求，以确保封装结构的稳定性和可靠性。
封装工艺是指将封装设计转化为实际的封装产品的制造过程。
封装工艺的关键在于选择合适的材料和工艺流程，并通过精密的加工和组装技术来实现封装产品的制造。
封装工艺的目标是提高封装产品的性能和可靠性，同时降低制造成本。
在封装工艺中，需要考虑到材料的选择、组装工艺的优化、制造设备的选择和调试等方面的问题。
封装工艺的优化可以通过提高材料的质量和加工精度，减少组装过程中的误差和损耗，来提高封装产品的性能和可靠性。
集成电路设计是指将多个功能电路集成在一块芯片上的过程。
集成电路设计的目标是提高电路的集成度和性能，同时降低电路的功耗和成本。
在集成电路设计中，有两个重要的环节，分别是电路设计和布局布线。
电路设计是指根据电路功能和性能要求，设计出满足要求的电路结构和参数。
电路设计的关键在于选择合适的电路拓扑结构和器件参数，以实现电路的功能和性能要求。
电路设计的过程中，需要考虑到电路的功耗、速度、抗干扰能力和可靠性等方面的要求，以确保电路的正常工作。
布局布线是指将电路设计转化为实际的电路布局和布线的过程。
1第一讲-电子封装精选全文完整版
底座与陶瓷盖板由玻璃封接，使芯片密封在陶瓷之中
与外界隔离
DIP为例的功能说明
➢ 应力缓和：
玻璃，封接密封作用，应力缓和作用，玻璃过渡后，
陶瓷与Fe／Ni系金属的热膨胀系数相匹配。 ➢ 尺寸调整配合：
芯片的电极间距较大，用引线框架即可完成尺寸调整
1层次
✓指半导体集成电路组件(芯片),半导体厂商提供 系列标准芯片 针对系统用户特殊要求的专用芯片
可称为未加封装的裸芯片更为确切。 确保芯片质量非常关键 保证芯片的功能符合要求及足够高的初期合格
率
电子封装工程的范围－层次划分
➢ 2层次 ，包括：
单芯片封装：对单个裸芯片进行封装 多芯片组件：将多个裸芯片装载在陶瓷等多层基板
➢半导体器件制作过程
后工程：
✓从由硅圆片切分好的一个一个的芯片 入手，进行装片、固定、键合连接、 塑料灌封、引出接线端子、按印检查 等工序，完成作为器件、部件的封装 体，以确保元器件的可靠性并便于与 外电路连接。
前工程、后工程区分以硅圆片切分成芯
片为界
从半导体和电子元器件到电子机器设备图
电子封装工程的定义－狭义的封装
电子封装工程的定义－封装概念
➢ “封装”的由来：
真空电子管时代， “组装或装配”——将电
子管等器件安装在管座上构成电路设备
50多年前，三极管出现，30多年前，IC等半
导体组件出现 ➢ 因为
一方面，半导体组件细小柔嫩 另一方面，性能高，功能多，规格多。为了充
分发挥其功能，需要补强、密封、扩大，以便 实现与外电路可靠的电气连接并得到有效的机 械、绝缘等方面的保护作用。 ➢ 由此发展了“封装”的概念
微机电系统总复习
第一章微机电系统（MEMS）概论掌握MEMS的基本概念、尺度范围；w1-1 试给出微机电系统的定义。
微机电系统，是在微电子技术基础上结合精密机械技术发展起来的一个新的科学技术领域。
一般来说，MEMS是指可以采用微电子批量加工工艺制造的，集微型机械元件和微电子于一体的微型器件、微型系统。
从广义上讲，MEMS是指集微型传感器、微型执行器、信号处理和控制电路、接口电路、通信系统以及电源于一体的集成微器件、微系统。
典型MEMS器件的长度尺寸约在1um~1mm。
了解MEMS技术的发展过程掌握MEMS与微电子技术的对比特征；1.微型化Miniaturization 。
微米量级空间里实现机电功能，典型MEMS器件的长度尺寸约在1um~1mm。
2.集成化Microeletronics Integration ，从而提高功能密度。
3.规模化Mass Fabrication with Precision。
采用微加工，形成类似IC的高精度批量制造、低成本、低消耗特征MEMS的加工与一般传统加工方法的对比特征。
w1-4 微型机件的加工与一般传统加工方法的区别在哪里？1.两者设计与制作方法不同。
2.控制方法和工作方式不同。
3.与环境的关系不同。
4.不能忽略尺度效应。
理解MEMS微尺度效应的概念。
w1-5 尺度效应的概念。
传统机械材料是经过熔炼、压延、切削加工成形，微机械结构的加工使其物理性能与整体材料不同，其性能随构件结构和制造工艺参数变化很大。
尺寸微小化对材料的力学性能和系统的物理特性产生很大影响第二章MEMS材料掌握微机电系统主要材料——硅的晶体结构；二氧化硅、氮化硅、碳化硅基本物理性能、用途和制备方法晶体结构:硅属于立方晶体结构SiO2：1 作为选择性掺杂的掩模：SiO2膜能阻挡杂质(例如硼、磷、砷等)向半导体中扩散的能力。
2 作为隔离层：器件与器件之间的隔离可以有PN结隔离和SiO2介质隔离。
SiO2介质隔离比PN结隔离的效果好，它采用一个厚的场氧化层来完成。
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7.4 高密度集成化
高密度集成化技术主要与一、二级封装关联。在一级 封装中，采用单芯片封装的场合需要开发超过2000个I/O端 子的多引脚封装及与之相适应的表面型封装技术。在二级 封装中，为满足QFP、PGB、BGA、CSP等超小型、多引脚 封装表面实装的要求，需要开发新的SMT技术。
7.5 电 磁 干 扰
第七章 电子封装面临的主要挑战
7.1 无铅焊接 7.2 信号完整性 7.3 高效冷却技术 7.4 高密度集成化 7.5 电磁干扰 7.6 封装结构 7.7 键合焊接 7.8 高密度多层基板
7.1 无 铅 焊 接
随着环境保护意识的增强，铅被环境保护机构列入17 种对人体和环境危害最大的化学物质之一。美国食品与药 物管理局的多项研究证实，少量的铅对儿童的生长发育有 抑制作用，对生长发育所需的多种酶系和视神经内分泌都 有干扰作用。过量的铅对儿童智商有危害，并对儿童视觉 反应、综合能力有影响。成年人人体中存在过量的铅，将 导致再生系统紊乱、血色素减少，并引发贫血和高血压。
含 Zn，带来很多问题， 如钎料膏保存期限、大量 活性焊剂残渣、氧化等
目前不推荐使用
7.2 信 号Βιβλιοθήκη 完 整 性在数字信号高速传输中，现代大批量生产的数字产品， 需要把时序控制在皮秒的范围内。该时序不仅在硅片级尺 寸上出现，而且在物理尺寸更大的封装上也同样出现。由 于硅片物理尺寸较小，且晶体管门沟道长度减小，因此晶 体管的开关速度较易达到皮秒的速度。但封装尺寸上，要 达到皮秒的速度，就非常困难。
电磁干扰(Electro Magnetic Interference，EMI)是指有害 的电磁波使器件的正常功能受到干扰或引起障碍的现象。
7.6 封 装 结 构
在组装、运输以及使用过程中，半导体电子元器件必 须经受住一定的压力、振动、冲击、磨擦等。
7.7 键 合 焊 接
键合焊接主要表现在以下方面： ● 从钎焊键合到微机械接触连接。 ● 各向异性导电连接推广。 ● 导电性连接材料的可靠性。 ● 从金丝键合、带载连接到微球凸点。 ● 电镀过程的解析与控制。 ● 由于材料热膨胀的系数差引起的热应力疲劳。 ● 材料的熔点、加工性、成膜性、耐热性、散热性。
在大多数高速数字系统中，分配的上升沿大约为时钟 周期的10%。上升沿与时钟频率的关系近似为
RT 1
(7-1)
10Fclock
图7-2 时钟波形
7.3 高效冷却技术
半导体集成电路(IC)技术正日新月异地向前发展。根据 摩尔定律，芯片的集成度每18个月增长一倍。芯片集成度 的迅速增加，必然导致其发热率的提高，使得电路的工作 温度不断上升。实验证明，单个元器件的失效率与其工作 温度成指数关系，因而如何提高芯片的散热效率，保证电 路在正常温度下工作，就显得尤为重要。各种高密度封装 技术将多个芯片以更紧密的方式排列在基片上，使得系统 单位体积的发热率更大。
熔点较高、润湿性较差，
并有 Cu 熔解和扩散、成本
加入 Zn、In 及适量的
Bi 制约
Sn-Zn
机械性能优良，价格便宜
耐氧化腐蚀性差，焊膏 通过调整助焊剂成分
保存时间短
和采用氮气保护
Sn-Ag-Cu
三 元 共 晶 熔 点 (217℃) 低 于 Sn-Ag，可靠性和可焊性好，抗热 疲劳，而且减缓了基板 Cu 的熔解
7.8 高密度多层基板
高密度多层基板主要存在以下几方面的问题： ● 埋孔加工时，出现的埋孔直径、埋孔加工、加工精 度、粗糙度、多层膜的结合强度。 ● 激光加工埋孔时，出现的激光波长、能量分布、吸 收效率、加工效率、位置精度。 ● 光刻法加工埋孔时，出现的材料感光性、深径比。
● 布线刻蚀加工中，新加工方法的开发与加工精度的 提高。
加入 0.5%的 Sb 可进 一步提高高温可靠性
Sn-Ag-Bi
熔点较低，为 200～210℃，可 靠性良好，在所有无铅焊料中可焊 性最好，已得到松下电器确认
含 Bi，带来润湿性上升 缺陷的问题
控制好 Bi 的含量，加 入 Cu 或 Ge 可进一步提 高强度
Sn-Zn-Bi
熔点最接近 Sn-Pb 共晶
图7-1所示为欧美及日本的一些具有代表性的公司和组 织提出的电子封装无铅化相关提案、指令与开发计划。
图7-1 无铅化提案、指令与开发计划
表 7-1 无铅焊料的优缺点及改进方法
焊料
优点
缺点
改进方法
Sn-Cu
价格便宜、熔点高
力学性能最差，耐疲劳 特性差
加入 Ni、Ag、Sb
Sn-Ag
力学性能、抗氧化性能优越，热 疲劳可靠性好，共晶成分时熔点为 221℃
● 新型绝缘材料的开发。 ● 芯片多层布线技术。 ● 新型埋孔制作技术的开发。