集成电路封装与测试复习题(含答案)

第1章集成电路封装概论2学时
第2章芯片互联技术3学时
第3章插装元器件的封装技术1学时
第4章表面组装元器件的封装技术2学时
第5章BGA和CSP的封装技术4学时
第6章POP堆叠组装技术2学时
第7章集成电路封装中的材料4学时
第8章测试概况及课设简介2学时
一、芯片互联技术
1、引线键合技术的分类及结构特点？
答：
1、热压焊：热压焊是利用加热和加压力，使焊区金属发生塑性形变，同时破坏
压焊界面上的氧化层，使压焊的金属丝与焊区金属接触面的原子间达到原子的
引力范围，从而使原子间产生吸引力，达到“键合”的目的。

2、超声焊：超声焊又称超声键合，它是利用超声波(60-120kHz)发生器产生的能量，
通过磁致伸缩换能器，在超高频磁场感应下，迅速伸缩而产生弹性振动经变幅
杆传给劈刀，使劈刀相应振动；同时，在劈刀上施加一定的压力。

于是，劈刀
就在这两种力的共同作用下，带动Al丝在被焊区的金属化层(如Al膜）表面迅
速摩擦，使Al丝和Al膜表面产生塑性形变。

这种形变也破坏了Al层界面的氧
化层，使两个纯净的金属面紧密接触，达到原子间的“键合”，从而形成牢固
的焊接。

3、金丝球焊：球焊在引线键合中是最具有代表性的焊接技术。

这是由于它操作方
便、灵活，而且焊点牢固，压点面积大，又无方向性。

现代的金丝球焊机往往
还带有超声功能，从而又具有超声焊的优点，有的也叫做热(压)(超)声焊。

可实
现微机控制下的高速自动化焊接。

因此，这种球焊广泛地运用于各类IC和中、
小功率晶体管的焊接。

2、载带自动焊的分类及结构特点？
答：TAB按其结构和形状可分为
Cu箔单层带：Cu的厚度为35-70um，
Cu-PI双层带
Cu-粘接剂-PI三层带
Cu-PI-Cu双金属
3、载带自动焊的关键技术有哪些？
答：TAB的关键技术主要包括三个部分：
一是芯片凸点的制作技术；
二是TAB载带的制作技术；
三是载带引线与芯片凸点的内引线焊接和载带外引线的焊接术。

制作芯片凸点除作为TAB内引线焊接外，还可以单独进行倒装焊（ＦＣＢ）
4.倒装焊芯片凸点的分类、结构特点及制作方法？
答：蒸镀焊料凸点：蒸镀焊料凸点有两种方法，一种是C4 技术，整体形成焊料凸点；
电镀焊料凸点：电镀焊料是一个成熟的工艺。

先整体形成UBM 层并用作电镀的导电层，然后再用光刻胶保护不需要电镀的地方。

电镀形成了厚的凸点。

印刷焊料凸点：焊膏印刷凸点是一种广泛应用的凸点形成方法。

印刷凸点是采用模板直接将焊膏印在要形成凸点的焊盘上，然后经过回流而形成凸点钉头焊料凸点：这是一种使用标准的球形导线键合技术在芯片上形成的凸点方法。

可用Au 丝线或者Pb 基的丝线。

化学凸点：化学镀凸点是一种利用强还原剂在化学镀液中将需要镀的金属离子还原成该金属原子沉积在镀层表面形成凸点的方法。

5、比较各种芯片互联方法的优缺点？
答：（1）：引线键合（WB）特点：焊接灵活方便，焊点强度高，通常可以满足70nm 以上芯片的焊区尺寸和节距的需要。

（2）：载带自动焊（TAB）：综合性能比WB高，TAB技术可以作为裸芯片的载体对IC 芯片进行老化、筛选、测试，使组装的超大规模集成电路芯片被确认是
好的芯片。

这就可以大大提高电子产品特别是MCM的组装成品率从而
大幅度降低电子产品的成本。

（3）：倒装焊（FCB）：芯片面朝下，将芯片焊区与基板焊区直接相连。

在裸芯片上的电极上形成焊料凸点，通过钎焊将芯片以电极面朝下的倒装方式安装在
多层布线板上，由于不需要从芯片向四周引出I/O端子，可布置更多
的端子，互联线的长度大大缩短，减小了RC延迟，可靠性提高上的电
极上形成焊料凸点，通过钎焊将倒状方式实装在多层布线板上，由于不
需要从芯片向四周引出I/O端子，可布置更多的端子，互联线的长度大
大缩短，减小了RC延迟，可靠性提高
6、埋层芯片互联－后布线技术的结构特点及发展趋势？
答：结构特点：
先布线焊接互联技术：在各类基板上的金属化布线焊区上焊接各类IC芯片，即先布线而后焊接，称为先布线焊接互联技术。

埋层芯片互联技术（后布线技术）：先将IC芯片埋置到基板或PI介质层中后，再统一进行金属布线，将IC芯片的焊区与布线金属自然相连。

这种芯片焊区与基板焊区间的互联属金属布线的一部分，互连已无任何“焊接”的痕迹。

这种先埋置IC芯片再进行金属布线的技术称为后布线技术。

发展趋势：
埋置芯片互连还可进一步提高电子组装密度，是进一步实现立体封装的一种有效的形式。

它的最明显好处是可以消除传统的IC芯片与基板金属焊区的各类焊接点，从而提高电子产品的可靠性。

而Si基板除了以上两种埋置芯片互连技术外，还可以利用半导体IC芯片制造工艺，先在Si基板内制作所需的各类有源器件后再布线与各有源器件的焊区互连。

在这种内含有源器件的Si基板上再进行多层布线，埋置IC芯片，将有更高的集成度。

二、插装元器件的封装技术
1。

插装元器件的结构特点及应用？
答：结构特点：插装元器件的管脚都带有引线，引脚从封装两侧引出，适合进行插装，封装材料有塑料和陶瓷两种。

插装元器件的引脚节距多为2.54mm，引脚一般在4—64之间。

应用：应用范围包括标准逻辑IC，存贮器LSI，微机电路等。

2. 插装元器件与表面贴装元器件主要区别？
答：表面贴装元器件体积小，便于小型化生产，便于减小成品尺寸。

表面贴装管脚引线短，降低了其特性中附加的电感和电容成分，尤其在高频电路中，表面贴装成本低，便于批量生产，
三、表面组装元器件的封装技术
1. 表面组装电阻器主要有哪几类？各有什么特点？
答：可分为矩形片式电阻器 ,圆柱形片式电阻器。

其中矩形片式电阻器的基板由高纯氧化铝做成，电阻材料用镀膜溅射的方法涂与基板表面，用玻璃纯化的方法形成保护膜，在矩形的两边为可焊端，即引线端。

2. 矩形片式电阻由哪几部分组成？各部分的主要作用是什么？
答：基板：基板要具有良好的电绝G8P-1A4P DC12缘性、导热性和机械强度高等特征。

一般基板的材科多采用高纯度的(96%) AL203陶瓷。

其工艺要求表面平整、划线准确，以确保电阻、电极浆料印制到位。

电极：片式电阻器一般都采用三层电极结构，最内层的是内层电极，它是连接电阻体位于中间层的是中间电极，它是镀镍( Ni)层，也被称为阻挡层，其主要作用是提高电阻器在焊接时的耐热性，避免造成内层电极被溶蚀。

位于最外层的是外层电极，它也被称为可焊层，该层除了使电极具有良好的可焊性外，还可以起到延长电极保存期的作用。

通常，外层电极采用锡一铅(S。

-Pb)合金电镀而成。

电阻膜：电阻膜是采用具有一定电阻率的电阻浆料印制在陶瓷基板上，然后再经过烧结而成的厚膜电阻。

保护层：保护层位于电阻膜的外部，主要起保护作用。

它通常可以细分为封包玻璃保护膜、玻璃釉涂层和标志玻璃层。

3. 片式瓷介电容器主要有哪几种类型？各有什么主要特点？
答：片式瓷介电容器：单层的电极烧结构成陶瓷芯片，再外加电极，形成电容器。

多层片式瓷介电容器：由印好电极（内电极）的陶瓷介质膜片以错位的方式叠合起来，经过一次性高温烧结形成陶瓷芯片，再在芯片的两端封上金属层（外电极），从而形成一个类似独石的结构体，故也叫独石电容器。

4. 片式钽电解电容和铝电解电容有什么主要特点和主要差别？
答：片式钽电解电容器：是用金属钽做正极，用稀硫酸等配液做负极，用钽表面生成的氧化膜作为介质制成。

矩形钽电解电容外壳为有色塑料封装，一端印有深色标志线，为正极，在封面上有电容量的数值及耐压值，一般有醒目的标志，以防用错。

铝电解电容：以金属铝为正极，其表面氧化膜作为介质，电解液作为负极的电容，液体电解质片式铝电解电容器的特点：它是由铝圆筒做负极、里面装有液体电解质，插人一片弯曲的铝带做正极制成。

还需经直流电压处理，做正极的片上形成一层氧化膜做介质。

其特点是容量大、但是漏电大、稳定性差、有正负极性，适于电源滤波或低频电路中，使用时，正、负极不能接反。

5. 片式电感器主要有哪几种类型？
答：（见题6）
6. 片式电感器的类型主要有几种？其结构各有什么特点？
答：片式电感器从制造工艺来分，片式电感器主要有4种类型，即绕线型、叠层型、编织型
和薄膜片式电感器。

其中，绕线式是传统绕线电感器小型化的产物，叠层式则采用多层印刷技术和叠层生产工艺制作，体积比绕线型片式电感器还要小，是电感元件领域重点开发的产品。

片式电感器现状与发展趋势由于微型电感器要达到足够的电感量和品质因数（Q）比较困难，同时由于磁性元件中电路与磁路交织在一起，制作工艺比较复杂，故作为三大基础无源元件之一的电感器片式化，明显滞后于电容器和电阻器。

特点：绕线型
它的特点是电感量范围广（mH～H），电感量精度高，损耗小（即Q大），容许电流大、制作工艺继承性强、简单、成本低等，但不足之处是在进一步小型化方面受到限制。

陶瓷为芯的绕线型片电感器在这样高的频率能够保持稳定的电感量和相当高的Q值，因而在高频回路中占据一席之地。

NLC型适用于电源电路，额定电流可达300mA；NLV型为高Q值，环保（再造塑料），可与NL互换；NLFC 有磁屏，适用于电源线。

叠层型：
它具有良好的磁屏蔽性、烧结密度高、机械强度好。

不足之处是合格率低、成本高、电感量较小、Q值低。

它与绕线片式电感器相比有诸多优点：尺寸小，有利于电路的小型化，磁路封闭，不会干扰周围的元器件，也不会受临近元器件的干扰，有利于元器件的高密度安装；一体化结构，可靠性高；耐热性、可焊性好；形状规整，适合于自动化表面安装生产。

薄膜片式：
具有在微波频段保持高Q、高精度、高稳定性和小体积的特性。

其内电极集中于同一层面，磁场分布集中，能确保装贴后的器件参数变化不大，在100MHz以上呈现良好的频率特性。

编织型：
特点是在1MHz下的单位体积电感量比其它片式电感器大、体积小、容易安装在基片上。

用作功率处理的微型磁性元件。

7. 其它表面组装元件主要是指哪些元件？这些元件各有什么特点？分别用在哪些场合？答：磁珠，二极管。

磁珠特点：是由铁氧体材料和导体线圈组成的叠层型独石结构，因在高温下烧结而成，因而致密性好、可靠性高。

磁珠应用场合：广泛应用于开关电源、遥控玩具、传真机、激光打印机及电子钟表等通讯和消费类电子领域。

磁珠是EMC设计中常使用的元件，在EMC对策中占重要位置。

二极管特点：有单向导电性，片式封装，贴片焊接
二极管应用场合：可分为开关二极管，变容二极管，稳压片式二极管，整流二极管，瞬间抑制二极管，发光二极管，适合于高频、大电流、低电压整流电路以及微波电子混频电路、检波电路、高频数字逻辑电路等。

8. 表面组装器件的简称是什么？它与传统的半导体器件有什么不同？主要有哪几种类型？答：SMC泛指无源表面，SMD泛指有源表面组装器件。

不同：表面组装器件体型小，直接贴在PCB上焊接，无需通孔，可大大提高PCB集成度。

类型：PLCC 有引脚塑封芯片载体
LCCC 陶瓷芯片载体
磁珠
二极管
SOT小外形封装晶体管
9. 表面组装塑封器件主要有哪几种类型？各用于什么场合？
答：
（1）：小外形塑料封装芯片（SOJ Small Out-Line J-Lead package ）:主要用于存储芯片。

（2）：LCCC(Leadless Ceramic Chip Carrier)无引线陶瓷封装载体，是SMD集成电路的一种封装形式。

在陶瓷基板的四个侧面都设有电极焊盘而无引脚的表面贴装型封装，芯片被封装在陶瓷载体上，用于高速，高频集成电路封装。

通常电极数目为18~156个，间距1.27mm。

主要用于军用电路。

（3）：塑封引线芯片载体（PLCC）: 多用于各类型的集成电路，引脚形态为“J”形，引脚间距1.27mm，封体形态为正方形或长方形、不规则形状，封装材料为塑料，可直接装入芯片插座或焊接。

（4）：四周扁平封装（QFP）:多用于各类型的集成电路，引脚形态基本上分为“鸥翼”形，引脚间距从0.3mm至1.0mm多个系列，封体形态为正方形或长方形，封装材料为塑料（PQFP）或陶瓷（CQFP）。

10. 陶瓷封装器件与塑封器件相比具有什么特点？主要有哪几种类型？
答：
陶瓷：是一种气密性的密封形式，采用Al2O3，可靠性高，电性能好，导热性能好，化学性能稳定，但是其制作工艺复杂，工艺温度高，成本高，烧结装配尺寸精度差，介电常数高，有较高脆性，易引起引力损伤。

塑料：集成电路的封装就是将封装材料和半导体芯片结合在一起，形成一个以半导体为基础的电子功能块器件。

封装材料除了保护芯片不受外界灰尘、潮气、机械冲击外，还起到了机械支撑和散热的功能。

当今约有90%的芯片用模塑料进行封装。

从基材的综合特性来看，目前IC 封装用邻甲酚甲醛型环氧树脂体系的较多，但由于环氧树脂的特性，使它在耐温性、工艺性、固化条件、封装流动性、固化物收缩等存在一些应用缺点。

类型：SIP:单列直插式封装
S-DIP:收缩双列直插式封装
SK-DIP:窄型双列直插式封装.
SOP:小外型封装.表面贴装型封装
MSP:微方型封装.表面贴装型封装
QFP:四方扁平封装.表面贴装型封装
SVP:表面安装型垂直封装.表面贴装型封装
LCCC:无引线陶瓷封装载体
PLCC:无引线塑料封装载体.一种塑料封装的LCC.
SOJ:小外形J引脚封装.表面贴装型封装
BGA:球栅阵列封装.表面贴装型封装
CSP:芯片级封装.
TCP:带载封装.在形成布线的绝缘带上搭载裸芯片,
四、BGA和CSP的封装技术
1. BGA的封装结构和主要特点？
答：（见3题）
2. BGA的安装互联技术
答：安装前需检查BGA焊球的共面性以及有无脱落,BGA在PWB上的安装与目前的SMT工艺设备和工艺基本兼容。

先将低熔点焊膏用丝网印制到PWB上的焊区作列上，用安装设备将BGA对准放在印有焊膏的焊区上，然后进行标准的SMT再流焊。

3. BGA的封装结构和主要特点？
答：封装结构：BGA(ball grid array) 球形触点陈列，表面贴装型封装之一。

在印刷基板的背面按阵列方式制作出球形凸点用以代替引脚，在印刷基板的正面装配LSI芯片，然后用模压树脂或灌封方法进行密封。

也称为凸点阵列载体(PAC)。

引脚可超过200，是多引脚LSI用的一种封装。

焊球材料为低熔点共晶焊料合金，直径约1mm，间距范围1.27-2.54mm，焊球采用低熔点焊料合金连接在基板底部，组装时焊球熔融，与PCB表面焊盘接合在一起，呈现桶状。

特点：BGA引脚很短，使信号路径短，减小了引脚电感和电容，改善了电性能。

BGA有利于散热。

BGA也适合MCM的封装，有利于实现MCM的高密度、高性能。

4. CSP的封装技术
答：所谓CSP(Chip Size Package)，即芯片尺寸封装。

CSP是在BGA基础上发展起来的，是接近LSI芯片尺寸的封装产品。

这种产品具有以下几个特点：
(1) 体积小：CSP是目前体积最小的LSI芯片封装之一。

(2) 可容纳的引脚最多：相同尺寸的LSI芯片的各类封装中，CSP的引脚最多。

(3) 电性能好：CSP寄生电容很小，信号传输延迟时间短。

(4) 散热性能优良：大多数CSP都将芯片面向下安装，能从芯片背面散热，且效果良好。

5. BGA和CSP的封装比较
答：a）：BGA和CSP引脚结构不同；BGA引脚数多，外形尺寸小；
B）：相同的外形尺寸，以BGA的I/O数最多，安装密度最高，易于SMT的规模化生产；
C）：BGA封装技术使SMT工艺得以扩展，更易于表面安装，从而更强化了SMT的优势。

对于窄节距引脚元器件或BGA封装件，在PWB上的表面安装工艺流程是类似的；但因BGA焊球引脚节距较大而便于使用SMT。

D）：可以看出，BGA的缺陷率很低，可生产性更好。

E）：终检，和BGA的焊膏检测相比，窄节距QFP在可靠性检查时增加了附加成本,QFP 普遍采用眼测短路/开路自动系统，这就增加了这种封装的生产成本，而BGA的生
产效率高，缺陷率低，可靠性检测只限于对准和定位的检测。

F）：返修工艺：返修BGA封装件时，要充分预热。

BGA和其他引脚SMD的最终预热温度类似，但预热升温速度不同，BGA要整体升温后才使焊球熔化，故要慢慢升温，预热曲线较平缓。

必须同时加热BGA封装件的所有焊球。

G）：焊点可靠性比较：一般认为，PWB和元器件的焊接性能对BGA和QFP表面安装成本的影响更大。

五、多芯片组件MCM和堆叠封装POP
1. MCM的概念、分类与特性
答：概念：将多块半导体裸芯片组装在一块布线基板上的一种封装。

分类：MCM-L是采用片状多层基板的MCM、MCM-C是采用多层陶瓷基板的MCM、MCM-D是采用薄膜技术的MCM
特性：尺寸小、技术集成度高、数据速度和信号质量高、可靠性高、成本低、PCB板设计简化、提高圆片利用率、降低投资风险。

可大幅度提高电路连线密度，增加封
装效率；可完成轻、薄、短、小的封装设计；封装的可靠性提升。

2. MCM的设计
答：将多块半导体裸芯片组装在一块布线基板上的一种设计。

要使用多层互联基板的制作，芯片连接两种技术，芯片连接可以用打线键合，TAB或C4，基板可以使用陶瓷、金属、高分子材料，利用厚膜，薄膜或多层陶瓷共烧等技术制成的互连结构。

3. MCM的组装技术
答：MCM一般采用DCA（裸芯片直接安装技术）或CSP，可使电路图形线宽达到几微米到几十微米的等级。

在MCM基础上设计的与外部电路连接的扁平引线间距为0.5mm，把几块MCM利用SMT组装在普通的PCB上即可实现系统的功能。

它是为适应现代电子系统短、小、轻、薄和高速、高性能、高可靠性、低成本的发展方向而在多层印制板(PCB)和表面安装技术(SMT)的基础上发展起来的新一代微电子封装与组装技术。

4. MCM的测试技术
答：测试费用高：高测试费用提醒设计者在做设计决策时必须仔细考虑测试问题。

一种新设计的MCM所要进行的测试比一种成熟的MCM测试更为复杂。

测试独特：裸芯片需要用探针台测试，因此现在可以向封装厂提供良品单芯片（KGD）或高可靠芯片来提高在封装、老化和环境试验以后的成品率。

测试复杂：封装后MCM的测试一般包括对每一个独立芯片的测试，测试检查它在封装过程包括内部芯片互连中是否损坏
功能测试：MCM的功能测试从数字矢量到环境测试，从高频到大功率，可能包含非常不同的测试类型。

5. MCM的BGA封装
答：BGA封装适用于MCM封装，能够实现MCM的高密度，高性能。

6.PoP的结构特点
答：元器件内芯片的堆叠大部分是采用金线键合的方式( Wire Bonding), 堆叠层数可以从2 层到8 层。

STMICRO 声称迄今厚度达40 微米的芯片可以从两个堆叠到八个(SRAM, flash, DRAM)，40 微米的芯片堆叠8 个总厚度为1.6mm，堆叠两个厚度为0.8mm。

元件堆叠装配(PoP, Package on Package), 在底部元器件上面再放置元器件，逻辑+存储通常为2到4层，存储型PoP可达8层。

外形高度会稍微高些，但是装配前各个器件可以单独测试，保障了更高的良品率，总的堆叠装配成本可降至最低。

7. PoP与多模块封装(MCM)，系统封装(SiP)，PiP封装区别？
答：PoP：元件堆叠装配(PoP, Package on Package), 在底部元器件上面再放置元器件，逻辑+存储通常为2到4层，存储型PoP可达8层。

外形高度会稍微高些，但是装配
前各个器件可以单独测试，保障了更高的良品率，总的堆叠装配成本可降至最低。

MCM：使用多层互联基板的制作，芯片连接两种技术，芯片连接可以用打线键合，TAB 或C4，基板可以使用陶瓷、金属、高分子材料，利用厚膜，薄膜或多层陶瓷
共烧等技术制成的互连结构。

SiP：SIP（System In a Package系统级封装）是将多种功能芯片，包括处理器、存储器等功能芯片集成在一个封装内，从而实现一个基本完整的功能。

与SOC（System On a
Chip系统级芯片）相对应。

不同的是系统级封装是采用不同芯片进行并排或叠加
的封装方式，而SOC则是高度集成的芯片产品
PiP：器件内置器件(PiP, Package in Package), 封装内芯片通过金线键合堆叠到基板上,同样的堆叠通过金线再将两个堆叠之间的基板键合,然后整个封装成一个单元便是PiP。

PiP
封装的外形高度较低，可以采用标准的SMT电路板装配工艺，单个器件的装配成
本较低。

但由于在封装之前单个芯片不可以单独测试，所以总成本会高(封装良率
问题)，而且事先需要确定存储器结构，器件只能由设计服务公司决定，没有终端
使用者选择的自由。

8.堆叠封装的发展趋势？
答：当前半导体封装发展的趋势是越来越多的向高频、多芯片模块(MCM)，系统集成(SiP)封装，堆叠封装(PiP, PoP)发展，出现了半导体装配与传统电路板装配间的集成，如倒装晶片(Flip Chip)直接在终端产品装配。

元件堆叠技术是在业已成熟的倒装晶片装配技术上发展起来的。

六、集成电路封装中的材料
1. 封装中涉及到的主要材料有哪些？
答：引线材料；引线框架材料；芯片粘结材料；模塑料；焊接材料；封装基板材料
2. 引线材料；
答：用于集成电路引线的材料，需要注意的特性为电特性、绝缘性质、击穿、表面电阻热特性，玻璃化转化温度、热导率、热膨胀系数，机械特性，扬氏模量、泊松比、刚度、强度，化学特性，吸潮、抗腐蚀，
3. 引线框架材料；
答：引线框架作为集成电路的芯片载体，是一种借助于键合材料（金丝、铝丝、铜丝）实现芯片内部电路引出端与外引线的电气连接，形成电气回路的关键结构件，它起到了和外部导线连接的桥梁作用。

引线框架材料的要求为：热匹配，良好的机械性能，导电、导热性能好，使用过程无相变，材料中杂质少，低价，加工特性和二次性能好
4. 芯片粘结材料；
答：通常采用粘接技术实现管芯（IC Chip）与底座（Chip Carrier）的连接的材料。

要求机械强度、化学性能稳定、导电、导热、热匹配、低固化温度、可操作性。

主要的粘结技术为：银浆粘接技术、低熔点玻璃粘接技术、导电胶粘接技术、环氧树脂粘接技术、共晶焊技术
5. 模塑料；
答：模塑料与常见的热塑性塑料相比，模塑料具有更高的几何尺寸稳定性、更耐极端高热高。