第14章微電子概論封裝

微電子概論

第15章封裝1第十一章封裝packaging制造封裝壓焊方法

封裝中的問題尺寸估計芯片最終尺寸的計算填補(bǔ)壓焊塊之間的空隙2集成電路制造過程3集成電路制造工藝過程4封裝5封裝DIP：dualin-linepackage，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。6封裝PGA：pingridarray，陣列引腳封裝。插裝型封裝之一，其底面的垂直引腳呈陣列狀排列。封裝基材基本上都采用多層陶瓷基板。在未說明情況下，多數(shù)為陶瓷PGA，用于高速LSI電路。成本較高。7封裝QFP:quadflatpackage，四側(cè)引腳扁平封裝。表面貼裝型封裝之一，引腳從四個側(cè)面引出呈海鷗翼(L)型?；挠刑沾?、金屬和塑料三種。從數(shù)量上看，塑料封裝占絕大部分。當(dāng)沒有說明時，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信號處理、音響信號處理等模擬LSI電路。8封裝PLCC：plasticleadedchipcarrier，帶引線的塑料芯片載體。表面貼裝型封裝之一。引腳從封裝的四個側(cè)面引出，呈丁字形，是塑料制品。LeadlessCarrier：無引腳芯片載體。指陶瓷基板的四個側(cè)面只有電極接觸而無引腳的表面貼裝型封裝。是高速和高頻IC用封裝。9封裝BGA技術(shù)（BallGridArrayPackage）即球柵陣列封裝技術(shù)。該技術(shù)的出現(xiàn)便成為CPU、主板南、北橋芯片等高密度、高性能、多引腳封裝的最佳選擇。但BGA封裝占用基板的面積比較大。雖然該技術(shù)的I/O引腳數(shù)增多，但引腳之間的距離遠(yuǎn)大于QFP，從而提高了組裝成品率。而且該技術(shù)采用了可控塌陷芯片法焊接，從而可以改善它的電熱性能。另外該技術(shù)的組裝可用共面焊接，從而能大大提高封裝的可靠性；并且由該技術(shù)實現(xiàn)的封裝CPU信號傳輸延遲小，適應(yīng)頻率可以提高很大。DM6437BGA封裝

10IntelEmbeddedPentiumMMX11封裝各種封裝類型示意圖12封裝問題應(yīng)當(dāng)是在你甚至還沒有開始芯片版圖設(shè)計之前就要考慮的問題。封裝實際上是平面布局過程的一部分，對芯片封裝的選擇決定了平面布局方案。芯片選擇的封裝對I/O壓焊塊布置有很大的影響?，F(xiàn)在已有數(shù)百種不同類型的封裝。封裝13封裝好的芯片，是一個塑料或陶瓷的黑盒子，邊上伸出一排排金屬引線，用這些金屬引線連到電路板上。壓焊方法orientationslotpin1plasticorceramicpackagepins14內(nèi)部是chip，chip外圍布滿pads，利用壓焊線bondingwires將pads連接到pins。bondingwires通常是很細(xì)的鋁線或金線。導(dǎo)線的粗細(xì)由負(fù)責(zé)封裝的人決定，可以各不相同。壓焊方法引線框15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ultrasonicwedgebonding超聲球形壓焊ultrasonicballbonding倒裝芯片技術(shù)flipchiptechnology多層封裝multi-tierpackaging壓焊方法161.超聲楔形壓焊：利用強(qiáng)力和超聲波。將導(dǎo)線放在壓焊塊（焊盤）的上面，非常小心地保持在原位。使一個以超聲波速度（340M/S）振蕩的楔形小金屬沖壓頭向下沖壓到導(dǎo)線和壓焊塊上。楔形金屬頭的強(qiáng)大壓力和振蕩產(chǎn)生了熱把導(dǎo)線熔化在壓焊塊上。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。壓焊方法172.超聲球形壓焊：給導(dǎo)線加上一個高電壓脈沖使金屬線頭在沒有碰到壓焊塊之前就已經(jīng)熔化。線頭一熔化就用一個以超聲速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小套管的振蕩進(jìn)一步提供了能量來加熱導(dǎo)線。由于不用楔形物來捶擊，不會出現(xiàn)諸多機(jī)械方面的問題。導(dǎo)線也不會像楔形壓焊時那樣留下一個伸出來的小尾巴。壓焊方法183.倒裝芯片技術(shù)：在每一個芯片的壓焊塊上放一個焊錫。然后把芯片反轉(zhuǎn)過來。接著把它們整個加熱使那些小焊錫熔化。金屬引線已經(jīng)在封裝底部預(yù)先確定好的位置上，并已經(jīng)準(zhǔn)備好等著焊錫點倒置在它們上面。壓焊方法19壓焊方法3.倒裝芯片技術(shù)：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上。作為封裝通路的金屬條不會彎曲、下垂或像用其他方法時那樣相互之間或和芯片其他導(dǎo)線之間相互影響。204.多層封裝：有一排以上的金屬連接引線層。下層較短的導(dǎo)線會繃得很緊而不會和離得較遠(yuǎn)的上層導(dǎo)線相互影響。各層之間的間隔足以保證不會有導(dǎo)線短路。這種技術(shù)稱為“錯位壓焊（offsetbonding）”，這兩排壓焊塊稱為“錯位壓焊塊”。壓焊方法211.總體外貌：

makeitlooknice!封裝中的問題222.45度規(guī)則：位于拐角處的壓焊線和旁邊的壓焊塊靠得很近，這樣很容易引起短路。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”。封裝中的問題45o45oshortcircuit233.使si的重疊最?。鹤钸吷系膲汉笁K沒有放在芯片的角上，所以壓焊塊和硅片重疊的部分太多。這樣壓焊線可能會下垂或掉下來，造成電路短路。所以必須盡可能縮短未使用硅片部分之上的壓焊線。封裝中的問題siliconoverlap244.導(dǎo)線長度：導(dǎo)線很長的話，壓焊線會垂下來。封裝中的問題toolong45度壓焊線角度、導(dǎo)線長度、與硅片部分的重疊

255.壓焊塊的分布：不要將所有的壓焊塊都擠在一起并放在芯片的一邊。應(yīng)把它們分散開。盡可能使壓焊線相互離得開一些。這樣可以減少它們相互干擾的風(fēng)險。封裝中的問題261.壓焊塊限制設(shè)計：

pad-limiteddesign對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：根據(jù)信號數(shù)量所需要的壓焊塊數(shù)目來確定芯片的最小尺寸。弄清楚壓焊塊之間所要求的最小間距，把這些壓焊塊盡可能靠緊排列在一個矩形中。尺寸估計271.壓焊塊限制設(shè)計：

pad-limiteddesign為什么沒有利用各個角落的空間？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，角落兩邊的壓焊塊會和角上的壓焊塊靠得太近，沒有地方再在角落兩邊的壓焊塊之間走一條線通向這個角上的壓焊塊。尺寸估計282.內(nèi)核限制設(shè)計：core-limiteddesign如果需要的I/O壓焊塊的數(shù)量很大，可以認(rèn)為壓焊塊限制設(shè)計是一個很好的粗略估計尺寸的方法（引線驅(qū)動的布局）。如果與所需要的電路大小相比，需要的壓焊塊并不多的話，這時使用“內(nèi)核限制設(shè)計”或“電路限制設(shè)計”來粗略估計尺寸（模塊驅(qū)動的布局）。尺寸估計pad-limiteddesigncore-limiteddesign29分割芯片時，把已經(jīng)加工好了的圓片放在一個真空卡盤上或粘在某些墊襯材料上，使用切割機(jī)在芯片間上下切割。常見的切割機(jī)是一個“圓盤鋸”。鋸片把芯片切割時會削去一窄條材料，可能是50、60或100um寬。芯片最終尺寸的計算chipchip30chip周圍是“襯底接觸”，或稱“防破損保護(hù)環(huán)（crackguardring）”，防止芯片邊緣發(fā)生破損殃及內(nèi)部的電路。芯片最終尺寸的計算chipchipguardrings31A：有效芯片尺寸activediesizeB：劃片余量scribemarginC:劃片步長stepandrepeatdistance芯片最終尺寸的計算chipchipACBdicingchannelsawblade32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)下列信息計算芯片要求的最終尺寸。有效面積=2100umX2100um劃片余量=15um切割通道寬=120um鋸片厚度=50um

最終尺寸=210