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第五章
微电子封装技术
一、集成电路封装的设计
芯片 陶瓷盖板 低熔点玻璃
封装外壳的设计 陶瓷封装外壳 导电胶 金属化布线 封接的设计
引线和引线架的设计
二、集成电路封装的设计
芯片 陶瓷盖板 低熔点玻璃
陶瓷封装外壳
封装外壳的设计
封接的设计
引线和引线架的设计
1、封装外壳的设计
集成电路外壳是构成集成电路整体的一个主要组成部分。 它不仅仅对集成电路芯片起着一个单纯的机械保护和芯片电 极向外过渡连接的作用，而且对集成电路芯片的各种 功能参数的正确实现和电路使用场所要求的环境条件，以及 体现电路特点，都起着根本的保证作用。
封装外壳的设计要求
外壳设计的主要原则
外壳设计是一项综合性工作，需要对总体布局、结构尺寸、 材料选择以及制造工艺和成本等方面进行分折选定出一个最佳 方案。
外壳设计最主要考虑的问题
电性能、热性能和使用场所，
电设计和热设计
（1）外壳的电性能设计原则 对任一集成电路的封装外壳都要求具有一定的电性能， 以保证相互匹配而不致对整个集成电路的性能产生失误或失 队其中又以超高频外壳更为突出。
（2）外壳的热性能设计原则
随着集成电路的组装密度不断增大，将导致功率密度也 相应的提高，集成电路单位体积发热量也有所增加。在外壳 结构设计上如果不能及时地将芯片内所产生的热量散发出去， 设法抑制集成电路的温升，必然对集成电路的可靠性产生极 为严重的影响。为此，封装外壳的热设计是一个至关重要的 课题。
3、封接设计
封接材料
根据低温封接的特定要求，封接材料必须具备以下几个条件： ①封接材料的软化温度要低，应保证能在足够低的温度条件下进 行封接，以免封接温度过高而导致芯片上金属连线球化或引线框架 变形变坏；同时在封接温度下封接材料的粘度应在1—200Pa· s范 围之间，使封接材料既充分而又不过份地在封接面上流动； ②封接材料的线膨胀系数应能和被焊的陶瓷、金属相匹配，从而 保证封接件具有一定的封接强度和经受得住诸如温度、气候和机械 等一系列的环境考验。如果和被焊材料的线膨胀系数相差甚远，则 在封接后封接材料中残存应力将使封接材料遭到破坏，从而使封接 强度大大降低和无法保证封接体的气密性； ③当金属用封接材料封接时，要求封接材料对金属有良好的浸润 性，同时，为获得牢固的封接强度，要求封接材料能够扩散到金属 表面的氧化层中去； ④ 在与水、空气或其他介质相接触时，封接材料应仍具有良好 的化学稳定性和绝缘性能， ⑤ 在封接过程中，不能由封接材料中产生有害物质，使之挥发 或溅落在电路芯片或其他部位上，从而导致集成电路性能变坏或完 全失效。
①分布电容和电感 当集成电路处在超高频状态下工作时，由于外壳金属体 所形成的分布电容和分布电感常会起不必要的反馈和自激， 从而使集成电路的功率增益下降、损耗增加，所以在一般情 况下，都希望外壳的分布电容与分布电感愈小愈好。
②特性阻抗 在超高频范围内工作的集成电路，当传输线中有信号传递 时，如在中途因阻抗不匹配就会引起信号反射损耗，使传输 的信号减弱。因此，要求外壳能保证电路有恒定特性阻抗值 (国内一般使用50Ω或75Ω的传输线)。 ’ ③电磁屏蔽 在放大电路中，当使用金属外壳时，由于屏蔽作用使 金属外壳相当于一只矩形波导，在这波导中，放大电路的 各级元器件都对它起电磁场的激励作用，其中以末级元器 件的激励最强，这样因屏蔽外壳的耦合，很容易引起寄生 反馈。为了消防这些影响，应将外壳做得长一点。
在进行封装外壳的热设计时，需要估计集成电路芯片 由于电功率的热效应所产生的热量如何通过外壳散发到周 围环境中去。
散热ห้องสมุดไป่ตู้题
IC芯片
封装树脂
内引线
基板
氧化铝、氮化硅、氧化铍
改善底座和散热板的接触状态 加大散热板的面积 改变散热材料，将散热板的热阻降低。
2、引线和引线架的设计
引线和引线框架是构成集成电路封装外壳的主要组成零 件。它的作用就是通过引线能够把电路芯片的各个功能瑞与 外部连接起来。由于集成电路的封装外壳的种类甚多，结构 形成也不一样，因此其引线的图形尺寸和使用材料也都各有 特点，在集成电路使用过程中，由于引线加工和材料使用不 当而造成封装外壳的引线断裂和脱焊等事例为数不少，因而 如何提高引线质量、改进制造技术和开发一些新型引线是很 重要的。
⑥ 光电外壳
在实际应用中具有光电转换性能的集成电路已经为数不 少，数字电路中的可改写只读存储器(EPROM)则是其中最好 的一个例子。但是要使集成电路能够具备这样的功能，就必 须要有一个类似窗户一样的结构，使各种不同的光能够透射 进去，这样才能达到光电转换的目的。为此这类集成电路的 封装外壳需具有特殊的“光窗”结构形式。 这类具有光窗的集成电路封装外壳，我们称它为光电外 壳， 光窗的结构和所用的材料是设计光电外壳时应考虑的主 要问题。 首先要搞清楚需要透过什么样波长的光，如红外光、紫 外光或可见光；其次是透光的强度；最后还要考虑外壳对其 他不需要的光如何进行掩蔽，这样才能根据已知的条件来进 行设计光电外完。
引线的结构尺寸是根据封装外壳整体要求来设计的。 如金属圆形外壳，其引线是直接封接在电真空玻璃中，为 了便于与内引线键合，上端焊接点要求平整、光洁，甚至 要求打平以增加焊接面积。因此这种引线都是圆形的，是 用金属丝材或棒材加工而成的。 对于各类扁平式和双列式外壳，其引线有的是封接在 电真空玻璃中；有的是钎焊在陶瓷基体的侧面或底面l， 因此这种引线都是矩形的，是用金属带材或板材冲压而成 的。这种引线除了要保证两引线间具有一定的距离外，而 且在使用时要按一定的规格进行排列和不致松散，所以要 设计成引线框架形式。这样在集成电路组装中它既能起到 整齐排列的作用，也能达到保护引线的目的(在老化测试 前，剪去多余的连条部分，就成为我们所需要的引线)。
④引线电阻 集成电路封装外壳的引线电阻决定于所用的材料和引 线的几何形状。在陶瓷外壳中，引线电阻又与陶瓷金属化 材料和图形尺寸有关。若引线电阻过大，则会使电路增加 一个不必要的电压降，从而使整个电路的功耗增大，并且 影响了电路的性能。
⑤绝缘电阻
集成电路封装外壳的绝缘电阻，通常是两相邻的引线间或任一引 线与金属底座间的电阻值。这个数值的大小不仅与引线间的距离和外 壳结构有关，也与绝缘体的绝缘性能与环境条件有关。 外壳绝缘电阻的降低将会导致电极问的漏电流增大，使整个集成 电路的性能下降或变坏，这对MOS集成电路则更为突出。 绝缘电阻可分为体积电阻和表面电阻．前者的性能好坏决定于本 身内在的物质结构．而后者则与所处环境条件及材料表面状态有关， 特别是水分、潮气对材料表面电阻影响甚大。因此在进行封装外壳设 计时，要注意结构安排的合理性，并考虑到材料加工后的表面状态， 应尽量选用一些表面抗电强度和绝缘电阻高的材料。
微电子封装技术
一、集成电路封装的设计
芯片 陶瓷盖板 低熔点玻璃
封装外壳的设计 陶瓷封装外壳 导电胶 金属化布线 封接的设计
引线和引线架的设计
二、集成电路封装的设计
芯片 陶瓷盖板 低熔点玻璃
陶瓷封装外壳
封装外壳的设计
封接的设计
引线和引线架的设计
1、封装外壳的设计
集成电路外壳是构成集成电路整体的一个主要组成部分。 它不仅仅对集成电路芯片起着一个单纯的机械保护和芯片电 极向外过渡连接的作用，而且对集成电路芯片的各种 功能参数的正确实现和电路使用场所要求的环境条件，以及 体现电路特点，都起着根本的保证作用。
封装外壳的设计要求
外壳设计的主要原则
外壳设计是一项综合性工作，需要对总体布局、结构尺寸、 材料选择以及制造工艺和成本等方面进行分折选定出一个最佳 方案。
外壳设计最主要考虑的问题
电性能、热性能和使用场所，
电设计和热设计
（1）外壳的电性能设计原则 对任一集成电路的封装外壳都要求具有一定的电性能， 以保证相互匹配而不致对整个集成电路的性能产生失误或失 队其中又以超高频外壳更为突出。
（2）外壳的热性能设计原则
随着集成电路的组装密度不断增大，将导致功率密度也 相应的提高，集成电路单位体积发热量也有所增加。在外壳 结构设计上如果不能及时地将芯片内所产生的热量散发出去， 设法抑制集成电路的温升，必然对集成电路的可靠性产生极 为严重的影响。为此，封装外壳的热设计是一个至关重要的 课题。
3、封接设计
封接材料
根据低温封接的特定要求，封接材料必须具备以下几个条件： ①封接材料的软化温度要低，应保证能在足够低的温度条件下进 行封接，以免封接温度过高而导致芯片上金属连线球化或引线框架 变形变坏；同时在封接温度下封接材料的粘度应在1—200Pa· s范 围之间，使封接材料既充分而又不过份地在封接面上流动； ②封接材料的线膨胀系数应能和被焊的陶瓷、金属相匹配，从而 保证封接件具有一定的封接强度和经受得住诸如温度、气候和机械 等一系列的环境考验。如果和被焊材料的线膨胀系数相差甚远，则 在封接后封接材料中残存应力将使封接材料遭到破坏，从而使封接 强度大大降低和无法保证封接体的气密性； ③当金属用封接材料封接时，要求封接材料对金属有良好的浸润 性，同时，为获得牢固的封接强度，要求封接材料能够扩散到金属 表面的氧化层中去； ④ 在与水、空气或其他介质相接触时，封接材料应仍具有良好 的化学稳定性和绝缘性能， ⑤ 在封接过程中，不能由封接材料中产生有害物质，使之挥发 或溅落在电路芯片或其他部位上，从而导致集成电路性能变坏或完 全失效。
①分布电容和电感 当集成电路处在超高频状态下工作时，由于外壳金属体 所形成的分布电容和分布电感常会起不必要的反馈和自激， 从而使集成电路的功率增益下降、损耗增加，所以在一般情 况下，都希望外壳的分布电容与分布电感愈小愈好。
②特性阻抗 在超高频范围内工作的集成电路，当传输线中有信号传递 时，如在中途因阻抗不匹配就会引起信号反射损耗，使传输 的信号减弱。因此，要求外壳能保证电路有恒定特性阻抗值 (国内一般使用50Ω或75Ω的传输线)。 ’ ③电磁屏蔽 在放大电路中，当使用金属外壳时，由于屏蔽作用使 金属外壳相当于一只矩形波导，在这波导中，放大电路的 各级元器件都对它起电磁场的激励作用，其中以末级元器 件的激励最强，这样因屏蔽外壳的耦合，很容易引起寄生 反馈。为了消防这些影响，应将外壳做得长一点。
在进行封装外壳的热设计时，需要估计集成电路芯片 由于电功率的热效应所产生的热量如何通过外壳散发到周 围环境中去。
散热ห้องสมุดไป่ตู้题
IC芯片
封装树脂
内引线
基板
氧化铝、氮化硅、氧化铍
改善底座和散热板的接触状态 加大散热板的面积 改变散热材料，将散热板的热阻降低。
2、引线和引线架的设计
引线和引线框架是构成集成电路封装外壳的主要组成零 件。它的作用就是通过引线能够把电路芯片的各个功能瑞与 外部连接起来。由于集成电路的封装外壳的种类甚多，结构 形成也不一样，因此其引线的图形尺寸和使用材料也都各有 特点，在集成电路使用过程中，由于引线加工和材料使用不 当而造成封装外壳的引线断裂和脱焊等事例为数不少，因而 如何提高引线质量、改进制造技术和开发一些新型引线是很 重要的。
⑥ 光电外壳
在实际应用中具有光电转换性能的集成电路已经为数不 少，数字电路中的可改写只读存储器(EPROM)则是其中最好 的一个例子。但是要使集成电路能够具备这样的功能，就必 须要有一个类似窗户一样的结构，使各种不同的光能够透射 进去，这样才能达到光电转换的目的。为此这类集成电路的 封装外壳需具有特殊的“光窗”结构形式。 这类具有光窗的集成电路封装外壳，我们称它为光电外 壳， 光窗的结构和所用的材料是设计光电外壳时应考虑的主 要问题。 首先要搞清楚需要透过什么样波长的光，如红外光、紫 外光或可见光；其次是透光的强度；最后还要考虑外壳对其 他不需要的光如何进行掩蔽，这样才能根据已知的条件来进 行设计光电外完。
引线的结构尺寸是根据封装外壳整体要求来设计的。 如金属圆形外壳，其引线是直接封接在电真空玻璃中，为 了便于与内引线键合，上端焊接点要求平整、光洁，甚至 要求打平以增加焊接面积。因此这种引线都是圆形的，是 用金属丝材或棒材加工而成的。 对于各类扁平式和双列式外壳，其引线有的是封接在 电真空玻璃中；有的是钎焊在陶瓷基体的侧面或底面l， 因此这种引线都是矩形的，是用金属带材或板材冲压而成 的。这种引线除了要保证两引线间具有一定的距离外，而 且在使用时要按一定的规格进行排列和不致松散，所以要 设计成引线框架形式。这样在集成电路组装中它既能起到 整齐排列的作用，也能达到保护引线的目的(在老化测试 前，剪去多余的连条部分，就成为我们所需要的引线)。
④引线电阻 集成电路封装外壳的引线电阻决定于所用的材料和引 线的几何形状。在陶瓷外壳中，引线电阻又与陶瓷金属化 材料和图形尺寸有关。若引线电阻过大，则会使电路增加 一个不必要的电压降，从而使整个电路的功耗增大，并且 影响了电路的性能。
⑤绝缘电阻
集成电路封装外壳的绝缘电阻，通常是两相邻的引线间或任一引 线与金属底座间的电阻值。这个数值的大小不仅与引线间的距离和外 壳结构有关，也与绝缘体的绝缘性能与环境条件有关。 外壳绝缘电阻的降低将会导致电极问的漏电流增大，使整个集成 电路的性能下降或变坏，这对MOS集成电路则更为突出。 绝缘电阻可分为体积电阻和表面电阻．前者的性能好坏决定于本 身内在的物质结构．而后者则与所处环境条件及材料表面状态有关， 特别是水分、潮气对材料表面电阻影响甚大。因此在进行封装外壳设 计时，要注意结构安排的合理性，并考虑到材料加工后的表面状态， 应尽量选用一些表面抗电强度和绝缘电阻高的材料。