半导体制造技术 西安交通大学微电子技术教研室 第十八章 封装与装配
半导体制造技术 电信学院微电子教研室 by Michael Quirk and Julian Serda 半导体制造技术 西安交通大学微电子技术教研室 第十八章 封装与装配
目标 通过本章的学习,将能够: 描述装配和封装的总趋势与设计约束条件 2.说明并讨论传统装配方法 3.描述不同的传统封装的选择: 4.讨论7种先进装配和封装技术的优势与限制。 半导体制造技术 电信学院微电子教研室 by Michael Quirk and Julian Serda
半导体制造技术 电信学院微电子教研室 by Michael Quirk and Julian Serda 目 标 通过本章的学习，将能够： 1. 描述装配和封装的总趋势与设计约束条件； 2. 说明并讨论传统装配方法； 3. 描述不同的传统封装的选择； 4. 讨论7种先进装配和封装技术的优势与限制
引言 在制造工艺完成时,通过电测试的硅片准备进行 单个芯片的装配和封装。这些在最终装配和封装 中进行,被称为集成电路制造过程的后道工序。 最终装配和封装在集成电路后道工序是两个截然 不同过程,每个都有它特殊的工艺和工具。在传 统工艺中,集成电路最终装配从硅片上分离出每 个好的芯片并将芯片粘贴在金属引线框架或管壳 上,用细线将芯片表面的金属压点和提供芯片电 通路的引线框架内端互连起来,最终装配后,集 成电路是将芯片封装在一个保护管壳内。 现在最常用的封装是塑料包封芯片,这种塑料包 封提供环境保护并形成更高级装配连接的管脚。 半导体制造技术 电信学院微电子教研室 by Michael Quirk and Julian Serda
半导体制造技术 电信学院微电子教研室 by Michael Quirk and Julian Serda 引 言 • 在制造工艺完成时，通过电测试的硅片准备进行 单个芯片的装配和封装。这些在最终装配和封装 中进行，被称为集成电路制造过程的后道工序。 • 最终装配和封装在集成电路后道工序是两个截然 不同过程，每个都有它特殊的工艺和工具。在传 统工艺中，集成电路最终装配从硅片上分离出每 个好的芯片并将芯片粘贴在金属引线框架或管壳 上，用细线将芯片表面的金属压点和提供芯片电 通路的引线框架内端互连起来，最终装配后，集 成电路是将芯片封装在一个保护管壳内。 • 现在最常用的封装是塑料包封芯片，这种塑料包 封提供环境保护并形成更高级装配连接的管脚
传统装配与封装 用A∠ □■■ a口口 ■■■ 硅片测试和拣选 分片 贴片 引线键合 塑料封装 最终封装与测试 半导体制造技术 Figure 20.1 电信学院微电子教研室 by Michael Quirk and Julian Serda
半导体制造技术 电信学院微电子教研室 by Michael Quirk and Julian Serda 传统装配与封装 硅片测试和拣选 引线键合 分片 塑料封装 最终封装与测试 贴片 Figure 20.1
集成电路封装的4个重要功能 1.保护芯片以免由环境和传递引起损坏; 2.为芯片的信号输入和输出提供互连; 3.芯片的物理支撑; 4.散热 半导体制造技术 电信学院微电子教研室 by Michael Quirk and Julian Serda
半导体制造技术 电信学院微电子教研室 by Michael Quirk and Julian Serda 集成电路封装的4个重要功能 1. 保护芯片以免由环境和传递引起损坏； 2. 为芯片的信号输入和输出提供互连； 3. 芯片的物理支撑； 4. 散热
典型C封装形式 双列直插封装 单列直插封装 薄小型封装 (DIP) (SIP) (TSOP) ⑩画u 四边形扁平封装 塑料电极芯片载体 无管脚芯片载体 (QFP) (PLCC) (LCC) 半导体制造技术 Figure 20.2 电信学院微电子教研室 by Michael Quirk and Julian Serda
半导体制造技术 电信学院微电子教研室 by Michael Quirk and Julian Serda 典型 IC 封装形式 四边形扁平封装 (QFP) 无管脚芯片载体 (LCC) 塑料电极芯片载体 (PLCC) 双列直插封装 (DIP) 薄小型封装 (TSOP) 单列直插封装 (SIP) Figure 20.2
关于集成电路封装形式 RC时间延迟 输入输出(()的个数 压焊和粘贴 性能 信号上升时间 频率响应 开关瞬态 热 芯片尺寸 管壳尺寸 尺寸/重量/外形 压点尺寸和间距 管壳引线尺寸和间距 衬底载体压点尺寸和间距 散热设计 芯片基座(塑料、陶瓷或金属) 材料 载体(有机物、陶瓷) 热膨胀失配 引线金属化 集成到现有工艺 成本 管壳材料 成品率 芯片粘贴方式 装配 封装粘贴(通过孔、表面贴装或凸点) 散热装配 包封 半导体制造技术 电信学院微电子教研室 by Michael Quirk and Julian Serda
半导体制造技术 电信学院微电子教研室 by Michael Quirk and Julian Serda 关于集成电路封装形式
集成电路封装层次 第一级封装: 为在印刷电路板上 IC封装 固定的金属管脚 电极管脚 表面贴装 管脚插入 芯片被焊 孔中然后 在PCB的 在PCB 第二级封装 铜焊点上 D‖背面焊接 印刷电路板装配 边缘连接电极插入主系统 PCB组件 最终产品装配: 电路板装到系统 中的最终装配 主电子组件板 半导体制造技术 Figure 20.3 电信学院微电子教研室 by Michael Quirk and Julian Serda
半导体制造技术 电信学院微电子教研室 by Michael Quirk and Julian Serda 集成电路封装层次 第二级封装 印刷电路板装配 第一级封装： IC 封装 最终产品装配： 电路板装到系统 中的最终装配 为在印刷电路板上 固定的金属管脚 管脚 管脚插入 孔中然后 在 PCB 背面焊接 表面贴装 芯片被焊 在 PCB的 铜焊点上. 边缘连接电极插入主系统 PCB组件 主电子组件板 电极 Figure 20.3
传统装配 最终装配由要求粘贴芯片到集成电路底座 上的操作构成。由于制造的大部分成本已经花 在芯片上。因此在最终装配过程中成品率是至 关重要的。在20世纪90年代后期,所有集成电 路装配中估计有95%采用了传统的最终装配, 并由下面4步构成 背面减薄 分片 装架 引线键合 半导体制造技术 电信学院微电子教研室 by Michael Quirk and Julian Serda
半导体制造技术 电信学院微电子教研室 by Michael Quirk and Julian Serda 传统装配 最终装配由要求粘贴芯片到集成电路底座 上的操作构成。由于制造的大部分成本已经花 在芯片上。因此在最终装配过程中成品率是至 关重要的。在20世纪90年代后期，所有集成电 路装配中估计有95％采用了传统的最终装配， 并由下面4步构成： • 背面减薄 • 分片 • 装架 • 引线键合
背面减薄 最终装配的第一步操作是背面减薄。在前端制 造过程中,为了使破损降到最小,大直径硅片 相应厚些(300mm的硅片是775um厚)。然而 硅片在装配开始前必须减薄。通常被减薄到 200~500um的厚度。较薄的硅片更容易划成小 芯片并改善散热,也有益于在装配中减少热应 力 ·使用全自动化机械进行背面减薄(见下图)。 背面减薄被精细的控制,使引入到硅片的应力 降到最低。在某些情况下,背面减薄后,在背 面在淀积金属,用于改善到底座的导电率以及 芯片共晶焊。 半导体制造技术 电信学院微电子教研室 by Michael Quirk and Julian Serda
半导体制造技术 电信学院微电子教研室 by Michael Quirk and Julian Serda 背面减薄 • 最终装配的第一步操作是背面减薄。在前端制 造过程中，为了使破损降到最小，大直径硅片 相应厚些（300mm的硅片是775µm厚）。然而 硅片在装配开始前必须减薄。通常被减薄到 200～500µm的厚度。较薄的硅片更容易划成小 芯片并改善散热，也有益于在装配中减少热应 力。 • 使用全自动化机械进行背面减薄（见下图）。 背面减薄被精细的控制，使引入到硅片的应力 降到最低。在某些情况下，背面减薄后，在背 面在淀积金属，用于改善到底座的导电率以及 芯片共晶焊