集成电路封装课件

封装对策：SIP（系统集成）
System in Package (SiP)
SIP实现方式：3D封装
SIP实例
封装发展趋势：Wafer-Level Packaging
Single chip with C4 bumps
封装发展趋势： C4 Bumped Wafer
Photograph provided courtesy of Advanced Micro Devices
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本讲大纲 IC封装基本特征 IC封装发展趋势 国内封装业概况
IC产业链
设计 晶圆 光罩 制造 前段 系统公司 System Co.
封装
后段
测试
IC制造阶段：封装
Wafer Test and Sort
Die Separation
Die Attach
Wire Bond
Package
Company
Amkor/Anam Fujitsu Fujitsu Hitachi LG Semicon Matsushita TI Japan Toshiba 3M Amkor/Anam Fujitsu GE Hightec MC AG Hitachi Fraunhofer Institute Mitsubishi Electric Motorola Singapore NEC Tessera Amkor/Anam Cypress Semiconductor IBM Motorola National Oki Electric Sony Toshiba
• 工业工程（系统工程）
• 可靠性
• 老化、加速实验 • 多因素耦合失效机理
• 生产控制（制造业共同面临的问题）
• 质量控制
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多学科交叉（IV）
• 目前的趋势是集成电路芯片成本下降，导 致封装的成本在元件成本中的比例开始提 升； • 由于信号速度、成本、可靠性等方面的原 因，封装设计变得比以前更为重要；多学 科交叉成为封装设计成功的关键因素。
西安IC:封装制造业
• IC线3条；新型分立器件线5条；厚膜集成电路ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ2条，封装线2条。
序 号 1 2 企业名称 骊山微电子IC中心 西岳电子 生产线 3”、4”各1 条 6” 1条 主要产品 电源保护IC等 COMS、BICMOS DIP、SOP、QFP 等 分立器件产品封装 5” 2条、4” 3条 5” 1条 厚膜 厚膜 半导体电力电子器 件 IGBT、IPM模块等 通信电源模块 生产规模 5000片/月 20000片/月
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62 489
西安IC:发展历史
• 自1967年以来，西安一直是我国半导体的主要科研、试 制与教育基地之一，其主要技术、产品发展情况如下： • 二十世纪六十年代： • 第一块中小规模的TTL电路； • 第一块PMOS集成电路； • 第一台PMOS中小规模集成电路计算机； • 第一台单晶炉； • 第一批微电子学科在西交大、西电科大、西大等院校 组建； • 二十世纪七十年代： • 第一块MOS 1K动态随机存贮器； • 第一台大规模集成电路16位计算机； • 第一套硅栅CMOS工艺、双极电路工艺；
Area array, bumped CSP Small outline no-lead/C-lead (SON/SOC) Bump chip carrier (BCC) Micro-stud-array (MSA) Bottom leaded plastic (BLP) Quad flat no-lead (QFN) Memory CSP Quad outline non-leaded Enhanced flex CSP FleXBGA FBGA Chip-on-flex CSP Multi chip scale package (MCSP) CSP for memory devices IZM flexPAC Molded Ball Grid Array Chip-on-flex Chip Size Package Fine-pitch BGA (FPBGA) MicroBGA Chip Array Package (CABGA) CSP Ceramic mini-BGA Molded array process CSP Plastic chip carrier CSP Transformed grid array package Ceramic/plastic fine-pitch BGA
• 电子工程
• • • • 导体、半导体、绝缘体 有源及无源器件 电源与功率管理 信号传输
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多学科交叉（II） • 力学与机械工程
• 应力问题
• 应力的产生、积累和释放 • 应力对电性能及材料特性的影响
• 热问题
• 热的产生、传输 • 对电性能及材料特性的影响 • 热力影响
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多学科交叉（III）
Final Package and Test
封装的级别
First level packaging: IC 封装
Metal leads for mounting onto printed circuit board Leads Pins Pins are inserted into holes then soldered on rear of PCB.
IC生产线实景
• 上海华虹 NEC 1厂
IC生产线实景
• AMD Fab 38
下节课内容
• 封装形式的演变
• 新型封装技术
Leadless chip carrier (LCC)
IC封装业的发展：
行业特征
IC封装业的发展：技术特征
Total Semiconductor Market in 2003 - Forecast $224B
IC封装业的发展：技术特征
IC封装业的发展：技术特征
IC封装业的发展：主要厂商
General CSP Approach CSP Package Name
如何实现？
封装的功能
IC封装发展趋势：特征尺寸急剧减小
IC封装发展趋势：引脚急剧增加
IC封装发展趋势：引脚间距减小
IC封装的进化
IC封装发展趋势：封装面积急剧减小
IC封装发展趋势：面积引脚比急剧减小
以DIP&LCC为例
IC封装发展趋势： 系统集成
封装对策：多种封装形式的混装
满足I/O&面积&应用场合&可靠性等需求
相关科研机构 9家 学历教育机构 7个
西安微电子 产业
设备与硅材料 6家
测试中心 2个 职业培训机构 3家
专业服务机构 4家
（企业孵化、技术服务、国际合作、项目咨询）
西安IC:设计业
• 设计企业25家，其中港资2家、台资9家、韩资1家、德资1家； •代表性设计企业如下：
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 企业名称 INFINEON科技西安有限公司 西安深亚电子有限公司 西安亚同集成电路技术有限公司 西安万思微电子有限公司 西安交大数码科技有限公司 西安联圣科技有限公司 西安富微科技有限公司 西安华西集成电路设计中心 主要产品 通信与RF电路等 通信与网络ASIC等 消费类ASIC/SOC等 通信类SOC等 DTV ASIC等 数字化家电ASIC/SOC等 模拟/数模混合IC/ASIC等 模拟/数模混合IC/ASIC等
西安IC:发展现状
• 具有相对完善的IC研发、生产的技术装备，以及人才储备；
• 具有从事半导体设备研制与生产、硅材料研制与生产、IC设计、制造、封装 以及系统应用的完整产业链； • 具有从事新型半导体分立器件科研、标准制订、设计、规模制造、封装与 系统应用的完整产业链。
IC设计 25家
加工制造 8家
封装的种类
封装的种类
封装的种类
按引脚类型分
Dual in-line package (DIP)
Single in-line package (SIP)
Thin small outline package (TSOP)
Quad flat pack (QFP)
Plastic leaded chip carrier (PLCC)
IC行业发展：行业巨头
• 全球20大半导体厂商
• 2012年营收196251百万 美元 • 占总行业的64.8% • 较前一年减少2.3% • 2012年营收303019百万 美元 • 较前一年减少2.3%
• 半导体行业
IC行业发展：产业集聚
IC行业发展：长三角
•长三角占中国2.2%的陆地面积，10.6%的人口，创造了中国22.1% 的GDP、24.5%的财政收入、60%的外商投资和28.5%的进出口总额。
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4 5 6 7 8
骊山微电子封装厂
IR微电子 电力电子所 爱帕克(与IR合资) 华经微电子 骊山微电子厚膜电路 厂
2.5亿块/年
5亿块/年 1000块/月 1000块/月 100万块/年 30万块/年
IC生产线实景
TSMC Fab 2
IC生产线实景
• TSMC Fab
IC生产线实景
• TSMC Fab
西安IC:发展历史
• 二十世纪八十年代： • 第一块N沟E/D 4K静态存贮器； • 第一批三英寸大规模集成电路生产线； • 第一批专用集成电路设计学科在西工大、西邮设立； • 二十世纪九十年代： • 第一块8位MCU和协处理器； • 第一块16位MCU和协处理器； • 第一块10万相素的CMOS电路； • 第一批IC设计中心——西安华西IC设计中心成立； • 二十一世纪： • 第一块带浮点运算的32位RISC CPU； • 第一块具有高速并行运算功能的32位RISC CPU； • 第二家批准设立国家集成电路设计产业化基地； • 第一批批准设立国家集成电路人才培养基地； • 第一家欧洲IC设计企业——INFINOEN科技西安有限公司诞生； • 第一批微电子学院在西安电子科技大学等院校诞生；
Custom Leadframe
Interposer (flexible material with interconnects) between die and substrate
Rigid Substrate
IC封装业的发展：国内主要厂商
IC封装业的发展：国内主要厂商
IC封装业的发展：国内主要厂商
School of Microelectronics XIDIAN UNIVERSITY
第一讲 IC封装发展
张艺蒙 zhangyimeng@xidian.edu.cn
多学科交叉（I）
• 材料科学与工程
• • • • • • 封装体（外壳、基板) 散热片（Heat sink） 键合材料、封接材料 互连材料（引线丝、焊料） 材料与环境之间的相互作用 腐蚀、疲劳、断裂、扩散、质量传输、焊接等
2nd level packaging: 板级组装
Surfacemount chips are soldered on top of tinned pads on the PCB.
Edge connector plugs into main system.
PCB subassembly Final level packaging: 系统级组装 Main electronics assembly board
•据不完全统计，江浙沪共有各类微电子企业489家：
微电子行业 省市 设计 上海市 150 制造 11 封装 20 制造 4 封装 10 分立器件 设备材料 行业 18＋40
小计 253
江苏省
浙江省 总计
16＋ 50
12＋ 20 248
10
5 26
17
11 48
14
2 20
27
2 39
40
10 108