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微电子封装技术

2018/06/1984 作者:佚名
导读: 微电子封装通常有五种功能,即电源分配、信号分配、散热通道、机械支撑和环境保护。1.电源分配微电子封装首先要能接通电源,使芯片与电路流通电流。其次,微电子封装的不同部位所需的电源有所不同,要能将不同部位的电源分配恰当,以减少电源的不必要损耗,这在多层布线基板上尤为重要。同时,还要考虑接地线的分配问题。2.信号分配为使电信号延迟尽可能减小,在布线时应尽可能使信号线与芯片的互连路径及通过封装的I/

微电子封装通常有五种功能,即电源分配、信号分配、散热通道、机械支撑和环境保护。

1.电源分配

微电子封装首先要能接通电源,使芯片与电路流通电流。其次,微电子封装的不同部位所

需的电源有所不同,要能将不同部位的电源分配恰当,以减少电源的不必要损耗,这在多层布

线基板上尤为重要。同时,还要考虑接地线的分配问题。

2.信号分配

为使电信号延迟尽可能减小,在布线时应尽可能使信号线与芯片的互连路径及通过封装的I/O引出的路径达到最短。对于高频信号,还应考虑信号间的串扰,以进行合理的信号分配布线和接地线分配。

3.散热通道

各种微电子封装都要考虑器件、部件长期工作时如何将聚集的热量散出的问题。不同的封装结构和材料具有不同的散热效果,对于功耗大的微电子封装,还应考虑附加热沉或使用强制风冷、水冷方式,以保证系统在使用温度要求的范围内能正常工作。

4.机械支撑

微电子封装可为芯片和其他部件提供牢固可靠的机械支撑,并能适应各种工作环境和条件的变化。

5.环境保护

半导体器件和电路的许多参数,如击穿电压、反向电流、电流放大系数、噪声等,以及器件的稳定性、可靠性都直接与半导体表面的状态密切相关。半导体器件和电路制造过程中的许

多工艺措施也是针对半导体表面问题的。半导体芯片制造出来后,在没有将其封装之前,始终

都处于周围环境的威胁之中。在使用中,有的环境条件极为恶劣,必须将芯片严加密封和包封。所以,微电子封装对芯片的环境保护作用显得尤为重要。

IC发展对微电子封装的推动

反映IC的发展水平,通常都是以IC的集成度及相应的特征尺寸为依据的。集成度决定着IC的规模,而特征尺寸则标志着工艺水平的高低。自20世纪70年代以来,IC的特征尺寸几乎每4年缩小一半。RAM、DRAM和MPU的集成度每年分别递增50%和35%,每3年就推出新一代DRAM。但集成度增长的速度快,特征尺寸缩小得慢,这样,又使IC在集成度提高的同时,单个芯片的面积也不断增大,大约每年增大13%。同时,随着IC集成度的提高和功能的不断增加,IC的I/O数也随之提高,相应的微电子封装的I/0引脚数也随之增加。例如,一个集成50万个门阵列的IC芯片,就需要一个700个.I/O引脚的微电子封装。这样高的I/0引脚数,要把IC芯片封装并引出来,若沿用大引脚节距且双边引出的微电子封装(如2.54 mmDIP),显然壳体大而重,安装面积不允许。从事微电子封装的专家必然要改进封装结构,如将双边引出改为四边引出,这就是后来的I,CCC、PL,CC和OFP,其I/O引脚节距也缩小到0.4 mm,甚至0.3mm,,随着IC的集成度和I/O数进一步增加,再继续缩小节距,这种QFP在工艺上已难以实施,或者组装焊接的成品率很低(如0.3mm的QFP组装焊接失效率竟高达6%e)。于是,封装的引脚由四边引出发展成为面阵引出,这样,与OFP同样的尺寸,节距即使为1mm,也能满足封装具有更多I/O数的IC的要求,这就是正在高速发展着的先进的BGA封装。

裸芯片技术有两种主要形式:一种是COB技术,另一种是倒装片技术(Flip chip)。

COB技术

用COB技术封装的裸芯片是芯片主体和I/O端子在晶体上方,在焊接时将此裸芯片用导电/导热胶粘接在PCB上,凝固后,用 Bonder 机将金属丝(Al或Au)在超声、热压的作用下,分别连接在芯片的I/O端子焊区和PCB相对应的焊盘上,测试合格后,再封上树脂胶。 与其它封装技术相比,COB技术有以下优点:价格低廉;节约空间;工艺成熟。COB技术也存在不足,即需要另配焊接机及封装机,有时速度跟不上;PCB贴片对环境要求更为严格;无法维修等。

Flipchip技术

Flip chip,又称为倒装片,与COB相比,芯片结构和I/O端(锡球)方向朝下,由于I/O引出端分布于整个芯片表面,故在封装密度和处理速度上Flip chip已达到顶峰,特别是它可以采用类似SMT技术的手段来加工,故是芯片封装技术及高密度安装的最终方向。90年代,该技术已在多种行业的电子产品中加以推广,特别是用于便携式的通信设备中。裸芯片技术是当今最先进的微电子封装技术。随着电子产品体积的进一步缩小,裸芯片的应用将会越来越广泛。

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