电子封装技术介绍

芯片的制造过程
4、搀加杂质 将晶圆中植入铜、铝等离子，生成相应的P、N类半导体。具体工艺是是从硅片上 暴露的区域开始，放入化学离子混合液中。这一工艺将改变搀杂区的导电方式，使 每个晶体管可以通、断、或携带数据。简单的芯片可以只用一层，但复杂的芯片通 常有很多层，这时候将这一流程不断的重复，不同层可通过开启窗口联接起来。这 一点类似所层PCB板的制作制作原理。 更为复杂的芯片可能需要多个二氧化硅层， 这时候通过重复光刻以及上面流程来实现，形成一个立体的结构。 5、晶圆测试 经过上面的几道工艺之后，晶圆上就形成了一个个格状的晶粒。通过针测的方式 对每个晶粒进行电气特性检测。 一般每个芯片的拥有的晶粒数量是庞大的，组织一 次针测试模式是非常复杂的过程，这要求了在生产的时候尽量是同等芯片规格构造 的型号的大批量的生产。数量越大相对成本就会越低。
焊锡
SOJ
PGA BGA 焊锡球
根据二级封装形式分类
封装形式 缩写
贴装型 SMD
SOP SOJ SON QFP QFJ QFN TCP TAB BGA CSP SIP ZIP DIP PGA
Small Outline L-Leaded Package Small Outline J-Leaded Package Small Outline Non-Leaded Package Quad Flat (Gull-Wing Leaded) Package Quad Flat J-Leaded Package Quad Flat Non-Leaded Package Tape Carrier Package Tape Automated Bonding Package Ball Grid Array Chip Scale Package(Chip Size Package) Single Inline Package Zigzag Inline Package Dual Inline Package Pin Grid Array
QFN特点：
CSP（Chip Scale Package)的一种，由QFP派生，无外腿，贴装形式，在下 部的四边布线，可两面贴装，所占体积极小，但脚数不多, 2000年代技术。
BGA的构造
BGA特点：
具有电路图形的自对准功能，废品率低，所占的实装面积小， 对端子间距的要求不苛刻，便于实现高密度封装，具有优良的电学 性能等。1995年前后开发的新封装体。
芯片封装
印刷板上实装
仪器设备组装
仪器设备内布线 1000微米以上
微电子封装的四个层次
半导体芯片的原材料——单晶硅片
零级封装——半导体制造的前工程，芯片的制造 一级封装——半导体制造的后工程，芯片的封装 通常的封装是指一级封装 二级封装——在印刷线路板上的各种组装
三级封装——手机等的外壳安装
现代微电子封装的功能
微电子封装的（广义）定义
现代新的（广义）定义：
将所需的半导体元件、电子器件通过必要 的方式组合起来，使他们所具有的电子的、物 理的和化学的功能转变为适用于设备与系统的 整机形式的一门综合技术。
广义封装涉及的范围
广义封装范围
半导体芯片
硅圆上布线 100-500纳米
封装体内布线 20-500微米 印刷版上布线1001000微米
芯片的制造过程
2、晶圆涂膜 晶圆涂膜能抵抗氧化以及耐温能力，其材料为光阻的一种； 3、晶圆光刻显影、蚀刻 该过程使用了对紫外光敏感的化学物质，即遇紫外光则变软。通过控制遮光物的 位置可以得到芯片的外形。在硅晶片涂上光致抗蚀剂，使得其遇紫外光就会溶解。 这是可以用上第一份遮光物，使得紫外光直射的部分被溶解，这溶解部分接着可用 溶剂将其冲走。这样剩下的部分就与遮光物的形状一样了，而这效果正是我们所要 的。这样就得到我们所需要的二氧化硅层。
金属阻挡层 金属布线层
绝缘层 芯片保护层 Al电极座
焊球
几种封装体的比较
金属引线 外腿
芯片
封装树脂
引线框架型（QFP、SOP） 引线键合
金属衬底
内腿
一般 BGA 引线键合
FC-BGA 芯片倒装 凸点键合
µBGA 芯片倒装 引线键合
电子封装技术的三次重大变革
第1次： 1965年 双列直插型封装体（ DIP型等） 引线数为6-64脚，引线节距为2.54mm
QFP BGA
以日本为主发展 起来技术。靠日本的 做工精细，不断增加 密度，外腿数可达到 500。最初，当美国开 发BGA时，日本不以 为然。
以美国为主发展 起来技术。在精密加 工方面比不过日本。 故积极开发BGA技术。 从发展看有逐步取代 QFP的趋势。
民族差别所致—日本松下 HATADA先生的见解
日本—农耕民族
1）季节性强 2）成长缓慢 3）逃不脱
美国—狩猎民族
1）危险性 2）总是寻找新的猎场 3）瞬间行动
结果-DNA
1）精心，耐力 2）不果敢 3）守家 4）认命 5）腿短、驼背 6）带眼镜
结果-DNA
1）粗野 2）果敢、判断力 3）侵略 4）自信 5）腿长、胖
中华民族特点
农耕民族 + 狩猎民族 南方 + 北方
综合优势
+
QFP、SOP、DIP等的构造
DIP特点：
插装形式，只在两边布线，不能在两 面组装，所占实装面积大，脚数少于100， 难于实现高密度封装，1965年早期开发的 封装体，产量逐年下降。
SOP特点：
贴装形式，体积小，只在两边布线， 可两面贴装，所占实装面积较小，脚数少 于100, 1985年前后开发的封装体。
微电子封装的定义及范围
微电子产品的基本构成
微电子封装技术
微电子封装技术 ：Microelectronics Packaging
Technology
IC芯片
塑封树脂
金丝线
金属引线框架
集成电路IC封装体QFP内部构造
微电子封装的定义
封装最初（狭义的）定义：
为保护极易受损的半导体集成电路芯片或电子器件 免受周围环境影响（包括物理、化学的影响），保证他 们的各种正常功能，利用膜技术及微细连接技术，将半 导体元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，并通过塑性绝缘介质灌封固 定，构成实用的整体立体结构的工艺技术。
插入型 TMD
根据连接形式分类
采用引线框架形式 通过引线框架与印刷基板互连 性能检查容易 多腿化、高密度化受限制
ＩＣ 焊锡 SOP
采用球栅阵列形式 通过焊球与印刷基板互连 利于多腿化、高密度化
印刷基板
BGA
DIP
目前主要的两种封装形式
ＤＩＰ（Dual Inline Package） ＳＯＰ（ Small Outline L-Leaded Package ）
TAB（ Tape Automated Bonding ）
FC-BGA（ Flip Chip BGA ）
CSP（ Chip Scale Package ）
根据封装材料分类
金属封装体（约占1%）：外壳由金属构成，保护性好、但成本高， 适于特殊用途 陶瓷封装体（约占2%）：外壳由陶瓷构成，保护性好、但成本高， 适于特殊用途 塑料封装体（约占93%）由塑料树脂密封而成，成本低，占封装体 的90%以上，被广泛使用
芯片的晶圆制造
1、晶圆制造 晶圆的成分是硅，硅是由石英沙所精练出来的。经探测，占地壳物质达到28%的石英在地表 层呈现为石英砂石矿。将石英砂进行处理提纯，就可获得高纯度的硅。提炼的硅通过一步一步 去除杂质的处理工艺过程，硅经历液态，蒸馏并最终再沉积，成为半导体等级的硅棒，其硅的 纯度可达到99.999999%。随后，这些硅棒被机械粉碎成块并装入石英坩埚炉中加热熔化至 1420摄氏度。
微电子封装体的分类与构造
ＤＩＰ（ Dual Inline Package） ＱＦＰ（ Quad Flat Package ） ＱＦＮ（ Quad Flat Non-Leaded Package ）
ＳＯＰ（ Small Outline L-Leaded Package ）
ＢＧＡ（ Ball Grid Array ）
根据封装材料分类
金属封装体 陶瓷封装体
塑料封装体
根据二级封装形式分类
TMD （Through hole Mount Device） SMD （Surface Mount Device）
印刷基板孔中插入 易于印刷基板孔组装
ＩＣ
பைடு நூலகம்
印刷基板表面上直接焊接 易于电子产品的小型化
QFP、SOP
印刷基板
DIP
将一个单晶籽晶（种）导入熔化过程中，随着籽晶转动，晶体渐渐生长出来。几天之后， 慢慢地将单晶提取出来，结果得到一根152.4厘米长的硅棒，视其直径大小，硅棒的价值可高达 8000美元到16000美元。这些纯硅单晶棒，每根重量达到（120公斤）；随后被金刚石锯床切 成薄薄的圆晶片。这些薄片再经过洗涤、抛光、清洁和接受人眼检测与机器检测；最后通过激 光扫描发现小于人的头发丝宽度的1/300的表面缺陷及杂质，合格的圆晶片交付给芯片生产厂商。
芯片的制造过程
6、封装制造 晶圆测试完成后，需要对晶圆进行固定，绑定引脚等封装制造，按照需求去制 作成各种不同的封装形式，这就是同种芯片内核可以有不同的封装形式的原因。
比如：DIP、QFP、PLCC、QFN 等等。这里主要是由用户的应用习惯、应用环 境、市场形式等外围因素来决定的。 完成封装制造的芯片还要再次经过测试、烘干、抽真空、包装等过程后，才最 终完成芯片制造，可以发往下游厂家进行二级组装，一般整个制造过程需要45天 左右。
引线框架型
ＱＦＮ（ Quad Flat Non-Leaded Package ） ＱＦＰ（ Quad Flat Package ）
BGA型
ＢＧＡ（ Ball Grid Array ） FC-BGA（ Flip Chip BGA ）
µBGA
CSP（ Chip Scale Package ）
从BGA的发展看美国—日本的不同
BGA在高密度化、小形化方面的优势
四边排列
球栅阵列 引脚数
BGA在成品率方面的优势
废品率（ppm/pin）
BGA与QFP废品率的比较
Flip Chip BGA的构造
FCBGA特点：
通过焊球等进行芯片倒装连接，易于实现高密度封装，2002年前 后开发的新型封装体。发展速度较快
FCBGA倒装接点构造
电子封装知识
编 日
制：Ysy 期：2010.12
微电子封装介绍
芯片的制造过程 微电子封装的定义及范围 微电子封装体的分类及构造
封装技术的演变与发展
芯片的制造过程
芯片制作完整过程主要包括： 芯片设计、晶片制作、封装制作、 成本测试等几个环节，其中晶片片制作过程尤为的复杂。
封装测试厂从来料（晶圆）开始，经过前道的晶圆表面贴膜（WTP） →晶圆背面研磨（GRD）→晶圆背面抛光（polish）→晶圆背面贴膜（W－ M）→晶圆表面去膜（WDP）→晶圆烘烤（WBK）→晶圆切割（SAW）→ 切割后清洗（DWC）→晶圆切割后检查（PSI）→紫外线照射（U－V）→ 晶片粘结（DB）→银胶固化（CRG）→引线键合（WB）→引线键合后检 查（PBI）； 再经过后道的塑封（MLD）→塑封后固化（PMC）→正印（PTP）→ 背印（BMK）→切筋（TRM）→电镀（SDP）→电镀后烘烤（APB）→切 筋成型（T－F）→终测（FT1）→引脚检查（LSI）→最终目检（FVI）→ 最终质量控制（FQC）→烘烤去湿（UBK）→包装（P－K）→出货检查 （OQC）→入库（W－H）等工序，对芯片进行封装和测试，最终出货给 客户
信号分配——与外线互联，保证信号内外交换 功率分配——提供必要的电力，完成电压、功率等分配 尺度过渡——完成各级封装连线由小到大的尺寸过渡 机械支撑——满足内部各部分的机械强度要求 散 热——散发内部产生的热量 应力缓冲——减轻和缓解各材料间的应力，避免受损 防潮作用——减少水气对性能的影响，保证正常工作 防 腐——防止空气中的各种化学气体、物质的侵害 标 准 化——完成各种应用元器件的标准化
QFP特点：
贴装形式，四边布线，可两面贴装， 实装面积较小，脚数一般少于400, 难于实 现高密度封装，1980年代开发的封装体。
QFP实装密度的极限
节距
引 脚 数
封装面积 mm (正方形周长）
QFN、SON等的构造
金属引线
芯片
封装树脂
QFN
金属衬底
内腿
SON特点：
CSP（Chip Scale Package)的一种，由SOP派生，无外腿，贴装形式，只在 下部的两边布线，可两面贴装，所占体积极小，但脚数较少, 2000年代技术。