集成電路版圖設(shè)計(jì)基礎(chǔ)第11章：封裝

1、school of phyebasics of ic layout design1 第十一章第十一章 封裝封裝 packaging 制造封裝制造封裝 壓焊方法壓焊方法 封裝中的問(wèn)題封裝中的問(wèn)題 尺寸估計(jì)尺寸估計(jì) 芯片最終尺寸的計(jì)算芯片最終尺寸的計(jì)算 填補(bǔ)壓焊塊之間的空隙填補(bǔ)壓焊塊之間的空隙 school of phyebasics of ic layout design2 集成電路制造過(guò)程集成電路制造過(guò)程 school of phyebasics of ic layout design3 集成電路制造工藝過(guò)程集成電路制造工藝過(guò)程 school of phyebasics of ic layou

2、t design4 封裝封裝 school of phyebasics of ic layout design5 封裝封裝 DIP：dual in-line package，雙列直插式封裝。插 裝型封裝之一，引腳從封裝兩側(cè)引出，封裝材料有塑 料和陶瓷兩種。DIP 是最普及的插裝型封裝，應(yīng)用范 圍包括標(biāo)準(zhǔn)邏輯IC，存貯器LSI，微機(jī)電路等。 PGA：pin grid array，陣列引腳封裝。插裝型封裝 之一，其底面的垂直引腳呈陳列狀排列。封裝基材基 本上都采用多層陶瓷基板。在未說(shuō)明情況下，多數(shù)為 陶瓷PGA，用于高速LSI 電路。成本較高。 school of phyebasics of ic

3、 layout design6 封裝封裝 QFP: quad flat package，四側(cè)引腳扁平封裝。表面 貼裝型封裝之一，引腳從四個(gè)側(cè)面引出呈海鷗翼(L)型。 基材有陶瓷、金屬和塑料三種。從數(shù)量上看，塑料封 裝占絕大部分。當(dāng)沒(méi)有說(shuō)明時(shí)，多數(shù)情況為塑料QFP。 塑料QFP是最普及的多引腳LSI封裝。不僅用于微處理 器，門陳列等數(shù)字邏輯LSI電路，而且也用于VTR 信 號(hào)處理、音響信號(hào)處理等模擬LSI電路。 PLCC：plastic leaded chip carrier，帶引線的塑料 芯片載體。表面貼裝型封裝之一。引腳從封裝的四個(gè) 側(cè)面引出，呈丁字形，是塑料制品。 Leadless Car

4、rier：無(wú)引腳芯片載體。指陶瓷基板的 四個(gè)側(cè)面只有電極接觸而無(wú)引腳的表面貼裝型封裝。 是高速和高頻IC用封裝。 school of phyebasics of ic layout design7 封裝封裝 各 種 封 裝 類 型 示 意 圖 school of phyebasics of ic layout design8 封裝問(wèn)題應(yīng)當(dāng)是在你甚至還沒(méi)有開(kāi)始芯片版圖設(shè)計(jì)之還沒(méi)有開(kāi)始芯片版圖設(shè)計(jì)之 前前就要考慮的問(wèn)題。 封裝實(shí)際上是平面布局過(guò)程平面布局過(guò)程的一部分一部分，對(duì)芯片封裝封裝的 選擇決定決定了平面布局方案平面布局方案。 芯片選擇的封裝對(duì)對(duì)I/O壓焊塊布置壓焊塊布置有很大的影響。 現(xiàn)在已

5、有數(shù)百種數(shù)百種不同類型的封裝。 封裝封裝 school of phyebasics of ic layout design9 封裝好的芯片，是一個(gè)塑料或陶瓷的黑盒子黑盒子，邊上伸 出一排排金屬引線金屬引線，用這些金屬引線連到電路板電路板上。 壓焊方法壓焊方法 orientation slot pin1 plastic or ceramic package pins school of phyebasics of ic layout design10 內(nèi)部是chip，chip外圍布滿pads，利用壓焊線 bonding wires將pads連接到pins。 bonding wires通常是很細(xì)的

6、鋁鋁線或金金線。導(dǎo)線的粗 細(xì)由負(fù)責(zé)封裝的人決定，可以各不相同。 壓焊方法壓焊方法 school of phyebasics of ic layout design11 壓焊塊和封裝引線的連接可以采用以下幾種方法： 超聲楔形壓焊 ultrasonic wedge bonding 超聲球形壓焊 ultrasonic ball bonding 倒裝芯片技術(shù) flip chip technology 多層封裝 multi-tier packaging 壓焊方法壓焊方法 school of phyebasics of ic layout design12 1. 超聲楔形壓焊：超聲楔形壓焊： 利用強(qiáng)力強(qiáng)力

7、和超聲波超聲波。 將導(dǎo)線放在壓焊塊的上面，非常小心地保持在原位。 使一個(gè)以超聲波速度振蕩超聲波速度振蕩的楔形小金屬楔形小金屬?zèng)_壓頭向下沖 壓到導(dǎo)線和壓焊塊上。 楔形金屬頭的強(qiáng)大壓力強(qiáng)大壓力和振蕩振蕩產(chǎn)生了熱把導(dǎo)線熔化熔化在 壓焊塊上。 壓焊線的另一端則伸向封裝引線，在那里楔形金屬又 把導(dǎo)線壓焊上。 然后把剩余的導(dǎo)線剪斷剩余的導(dǎo)線剪斷。 （圖參見(jiàn)P185”圖9-4”） 壓焊方法壓焊方法 school of phyebasics of ic layout design13 2. 超聲球形壓焊：超聲球形壓焊： 給導(dǎo)線加上一個(gè)高電壓脈沖高電壓脈沖使金屬線頭在沒(méi)有碰到壓沒(méi)有碰到壓 焊塊之前焊塊之前就已經(jīng)

8、熔化熔化。線頭一熔化就用一個(gè)以超聲速超聲速 度振蕩度振蕩的小套管把它定位在壓焊塊上。當(dāng)把導(dǎo)線壓焊 在壓焊塊上時(shí)小套管的振蕩振蕩進(jìn)一步提供了能量來(lái)加熱加熱 導(dǎo)線。 由于不用楔形物來(lái)捶擊，不會(huì)出現(xiàn)不會(huì)出現(xiàn)諸多機(jī)械機(jī)械方面的問(wèn)問(wèn) 題題。導(dǎo)線也不會(huì)也不會(huì)像楔形壓焊時(shí)那樣留下留下一個(gè)伸出來(lái)的 小尾巴小尾巴。 （圖參見(jiàn)P186”圖9-5”） 壓焊方法壓焊方法 school of phyebasics of ic layout design14 3. 倒裝芯片技術(shù)：倒裝芯片技術(shù)： 作為芯片完成時(shí)的最后一個(gè)步驟，在每一個(gè)芯片的壓壓 焊塊焊塊上放一個(gè)焊錫焊錫。 然后把芯片反轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)。接著把它們整個(gè)加熱整個(gè)加熱

9、使那些小 焊錫熔化熔化。 金屬引線已經(jīng)在封裝底部預(yù)先確定好的位置預(yù)先確定好的位置上，并已 經(jīng)準(zhǔn)備好等著焊錫點(diǎn)倒置在它們上面。 倒裝芯片技術(shù)不需要任何導(dǎo)線，所以可以把這些倒裝 芯片的壓焊塊放在芯片上所希望的任何位置所希望的任何位置上。 作為封裝通路的金屬條不會(huì)彎曲不會(huì)彎曲、下垂下垂或像用其他方 法時(shí)那樣相互之間或和芯片其他導(dǎo)線之間相互影響相互影響。 （圖參見(jiàn)P187”圖9-6、圖9-7、圖9-8”） 壓焊方法壓焊方法 school of phyebasics of ic layout design15 4. 多層封裝：多層封裝： 這種封裝有一排以上一排以上的金屬連接引線層金屬連接引線層。 下層較

10、短下層較短的導(dǎo)線會(huì)繃得很緊繃得很緊而不會(huì)不會(huì)和離得較遠(yuǎn)的上層 導(dǎo)線相互影響相互影響。各層之間的間隔足以保證不會(huì)有導(dǎo)線 短路。 這種技術(shù)稱為“錯(cuò)位壓焊錯(cuò)位壓焊（offset bonding）”，這 兩排壓焊塊稱為“錯(cuò)位壓焊塊錯(cuò)位壓焊塊”。 （圖參見(jiàn)P188”圖9-9、圖9-10”） 壓焊方法壓焊方法 school of phyebasics of ic layout design16 1. 總體外貌：總體外貌： make it look nice ! 封裝中的問(wèn)題封裝中的問(wèn)題 school of phyebasics of ic layout design17 2. 45度規(guī)則：度規(guī)則： 位于拐

11、角處的壓焊線和旁邊的壓焊塊靠得很近靠得很近，這樣 很容易引起短路短路。 壓焊線與芯片邊緣所形成的夾角應(yīng)保持在45度角之內(nèi)。 稱之為“45度規(guī)則度規(guī)則”。 封裝中的問(wèn)題封裝中的問(wèn)題 short circuit 45o45o school of phyebasics of ic layout design18 3. 使使si的重疊最?。旱闹丿B最?。?最邊上的壓焊塊沒(méi)有放在芯片的角上，所以壓焊塊和 硅片重疊的部分重疊的部分太多。 這樣壓焊線可能會(huì)下垂下垂或掉下來(lái)掉下來(lái)，造成電路短路短路。所 以必須盡可能縮短縮短未使用硅片部分之上的壓焊線。 封裝中的問(wèn)題封裝中的問(wèn)題 silicon overlap s

12、chool of phyebasics of ic layout design19 4. 導(dǎo)線長(zhǎng)度：導(dǎo)線長(zhǎng)度： 導(dǎo)線很長(zhǎng)長(zhǎng)的話，壓焊線會(huì)垂垂下來(lái)。 封裝中的問(wèn)題封裝中的問(wèn)題 too long school of phyebasics of ic layout design20 5. 壓焊塊的分布：壓焊塊的分布： 不要將所有的壓焊塊都擠在一起擠在一起并放在芯片的一邊。 應(yīng)把它們分散開(kāi)分散開(kāi)。盡可能使壓焊線相互離得開(kāi)一些。 這樣可以減少它們相互干擾相互干擾的風(fēng)險(xiǎn)。 封裝中的問(wèn)題封裝中的問(wèn)題 school of phyebasics of ic layout design21 1. 壓焊塊限制設(shè)計(jì)：

13、壓焊塊限制設(shè)計(jì)： pad-limited design 對(duì)封裝的選擇在很大程度上取決于芯片的尺寸。 壓焊塊限制設(shè)計(jì)：根據(jù)信號(hào)數(shù)量所需要的壓焊塊數(shù)目壓焊塊數(shù)目 來(lái)確定確定芯片的最小尺寸最小尺寸。 弄清楚壓焊塊之間壓焊塊之間所要求的最小間距最小間距，把這些壓焊塊 盡可能靠緊盡可能靠緊排列在一個(gè)矩形中。 為什么沒(méi)有利用各個(gè)角落的空間？ 如果在壓焊塊之間采用比正常大的間隙，那么利用角 落空間是可能的。但因采用的是最小間距最小間距，角落兩邊 的壓焊塊會(huì)和角上的壓焊塊靠得太近靠得太近，沒(méi)有地方?jīng)]有地方再在 角落兩邊的壓焊塊之間走一條線走一條線通向這個(gè)角上的壓焊 塊。 尺寸估計(jì)尺寸估計(jì) school of

14、phyebasics of ic layout design22 2. 內(nèi)核限制設(shè)計(jì)：內(nèi)核限制設(shè)計(jì)： core-limited design 如果需要的I/O壓焊塊的數(shù)量很大壓焊塊的數(shù)量很大，可以認(rèn)為壓焊塊壓焊塊 限制設(shè)計(jì)限制設(shè)計(jì)是一個(gè)很好的粗略估計(jì)尺寸的方法。 如果與所需要的電路大小相比，需要的壓焊塊并不多壓焊塊并不多 的話，這時(shí)使用“內(nèi)核限制設(shè)計(jì)內(nèi)核限制設(shè)計(jì)”或“電路限制設(shè)計(jì)電路限制設(shè)計(jì)” 來(lái)粗略估計(jì)尺寸。 尺寸估計(jì)尺寸估計(jì) school of phyebasics of ic layout design23 分割芯片時(shí)，把已經(jīng)加工好了的圓片放在一個(gè)真空卡真空卡 盤盤上或粘在某些墊襯材料墊

15、襯材料上，使用切割機(jī)切割機(jī)在芯片間上 下切割。 常見(jiàn)的切割機(jī)是一個(gè)“圓盤鋸圓盤鋸”。鋸片把芯片切割時(shí) 會(huì)削去一窄條材料，可能是50、60或100um寬。 芯片最終尺寸的計(jì)算芯片最終尺寸的計(jì)算 chipchip school of phyebasics of ic layout design24 chip周圍是“襯底接觸襯底接觸”，或稱“防破損保護(hù)環(huán)防破損保護(hù)環(huán) （crack guard ring）”，防止防止芯片邊緣邊緣發(fā)生破損破損 殃及內(nèi)部殃及內(nèi)部的電路。 芯片最終尺寸的計(jì)算芯片最終尺寸的計(jì)算 chip chip guard rings school of phyebasics of ic

16、layout design25 A：有效芯片尺寸 active die size B：劃片余量 scribe margin C: 劃片步長(zhǎng) step and repeat distance 芯片最終尺寸的計(jì)算芯片最終尺寸的計(jì)算 chipchip A C B dicing channel saw blade school of phyebasics of ic layout design26 最終芯片尺寸 = 有效尺寸+ 2（劃片余量）+ 切割通道寬 - 鋸片厚度 例：根據(jù)下列信息計(jì)算芯片要求的最終尺寸。 有效面積 = 2100um X 2100um 劃片余量 = 15um 切割通道寬 = 120um 鋸片厚度 =