第7章现代微电子封装技术介绍

微电子封装技术的发展趋势
表7-l 半导体微电子封装技术的进展
七十年代
芯片连接 装配方式 无源元件 WB(丝焊) DIP C-分立
八十年代
WB SMT C-分立
九十年代
WB BGA-SMT C-分立
2000年
FC(倒装焊) BGA-SMT C-分立组合
2005年
FC BGA-SMT 集成
基板
封装层次 元件类型数 硅效率％
• （2）信号分配 为使电信号延迟尽可能减小，在布线时应尽可能使 信号线与芯片的互连路径及通过封装的I / O引出的路 径达到最短，对于高频信号还应考虑信号间的串扰以 进行合理的信号分配布线。 • （3）散热通道 各种电子封装都要考虑器件、部件长期工作时如何 将聚集的热量散出问题。不同的封装结构和材料具有 不同的散热效果，对于功耗大的电子封装还应考虑附 加热沉或使用强制风冷、水冷方式，以达到在使用温 度要求的范围内系统能正常工作。
DIP封装的8086处理器
DIP封装的主板BIOS芯片
• 7.4.3 PGA的封装技术 阵列网格引脚封装（PGA），在其底面的垂直引脚 呈阵列状排列，既可采用通孔插装，也可采用表面贴 装。 通孔插装型PGA引脚长3～4mm，表面贴装型PGA 引脚长1.5～2mm。PGA基板多数是陶瓷，少数为环 氧树脂或塑料基板。通常，引脚中心距为2.54mm， 引脚数64～447。还有一种引脚中心距为1.27mm的短 引脚表面贴装型PGA，采用碰焊方法进行封装。 PGA的特点： （1）插拔操作更方便，可靠性高； （2）可适应更高的频率。
7.1.1 现代微电子封装基本概念
在现代微电子器件制作过程中，有前道工序和后道 工序之分，二者以硅圆片切分成芯片为界，在此之前 为前道工序，之后为后道工序。 电子封装（packaging）通常是在后道工序中完成 的，其定义为：利用膜技术和微连接技术，将微电子 器件及其它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。
插装元器件按材料分类，有金属封装、陶瓷封装和 塑料封装等。
各类插装元器件封装的引脚中心距多为2.54mm， DIP已形成4～64个引脚的系列化产品。PGA能适应 LSI芯片封装的要求，I/O数列达数百个。
• 7.4.2 SIP和DIP的封装技术
单列直插式封装（SIP），其引脚数为2～23个，引 脚从一个侧面引出，排列成一条直线。其中锯齿型单 列直插式封装 (ZIP)的管脚排列成锯齿型，可提高管 脚密度。 双列直插式封装（DIP），其引脚数一般不超过 100个，引脚从一个侧面引出，并排列成两条直线。 SIP、DIP引脚需要插入PCB的通孔内进行钎焊， 其钎焊方法见第3章。当装配到PCB上时呈侧立状， 故其所占的空间相对较大。
• 7.3 现代微电子封装技术的分类
• 7.3.1 封装分级
• 7.3.2 封装分类
按安装到PCB上的方式分为通孔插装和表面组装两大 类型
• 7.4 插装元器件的封装技术
• 7.4.1概述
插装元器件按外形结构分类，有圆柱形外壳封装 (TO)、矩形单列直插式引线封装(SIP)、双列直插式 引线封装(DIP)和阵列网格引脚封装(PGA)等。这些封 装的外形不断缩小，又形成各种小外形封装。
• (4) 机械支撑
电子封装可为芯片和其他部件提供牢固可靠的机械 支撑，还能在各种工作环境和条件变化时与之相匹配 。 • (5) 保护作用
半导体芯片制造出来，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，更需要对芯片严加保护。完成电子封装 以后，提供了对芯片的保护，这对芯片来说显得尤为 重要。
(芯片占基板)
面积比
有机
3 5-10
有机
3 5-10
有机
3 5-10
DCA基板
l 5-10
SLIM
l 1
2
7
10
25
>75
• 7.2 现代微电子封装的作用
• 7.2.1微电子封装技术的重要性
封装的IC有诸多好处，如可对脆弱敏感的IC芯片 加以保护，易于进行测试，易于传送，易于返工及返 修，引脚便于实行标准化进而适于装配，还可改善IC 的热失配，等。 随着整机和系统的小型化、高性能、高密度和高可 靠性要求，电子封装对系统的影响已变得和芯片一样 重要。封装成本在器件总成本中所占的比重也越来越 高，并有继续发展的趋势。
• 7.2.2 封装的功能
微电子封装通常有5种功能：
电源分配、信号分配、散热通道、机械支撑和保护 作用。
• （1） 电源分配
电子封装首先要能接通电源，使芯片与电路流通电 流。其次，电子封装的不同部位所需的电源有所不同 ，要能将不同部位的电源分配恰当以减少电源的不必 要损耗，这在多层布线基板上更为重要。同时还要考 虑接地线分配问题。
图7-6 PGA封装示意图
• 7.5 表面组装元器件的封装技术 • 7.5.1 概述
表面组装元器件(SMC或SMD)是 SMT的基础。20世纪50～ 60年代，出现了厚、薄膜混合集成电路（HIC）的安装。对 于一个复杂电子线路，难以制作大面积的平整陶瓷基板，往 往采用多块HIC的陶瓷基板安装片式电阻、电感及晶体管、 IC芯片，再拼装成大块的基板，这就使HIC的体积、重量、 成本、可靠性及生产效率受到很大限制。 20世纪60年代，荷兰菲利普公司研制出纽扣状IC，其引脚 分布在封装体的两边并呈海鸥翼状，引脚中心距为1.27mm时 可达28～32只引脚，他们采用表面安装方式生产电子表。这 种封装结构后来发展成为小外形封装 IC(SOP)。
第7章 现代微电子封装技术
7.1 概 述 7.2 微电子封装的作用 7.3 现代微电子封装技术的分类 7.4 插装元器件封装技术 7.5 表面组装元器件封装技术 7.6 球栅阵列封装技术（BGA） 7.7 芯片尺寸封装技术（CSP） 7.8 其它现代微电子封装技术 7.9 微电子封装技术的现状
• 7.1 现代微电子封装技术概述
1958年发明的第一块集成电路，含有2个晶体管和1个电 阻，掀开了微电子封装的历史篇章。
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• 7.1.2 现代微电子封装技术的发展历程
近50年来，封装技术日新月异，先后经历了4次重大发展： 20世纪70年代， 为适应中、大规模集成电路的迅速发展， 发展了双列直插式引线封装技术(DIP) ； 20世纪80年代，随着SMC/SMD的批量生产，发展了表面组 装技术(SMT) ； 20世纪90年代，随着超大规模集成电路的发展，发展了球 栅阵列为代表的封装技术(BGA) ； 进入21世纪，随着多芯片组件(MCM)的开发应用，产生了 以系统封装(SIP)为代表的最新一代封装形式，把半导体封装 技术引人一个全新的时代。