微電子器件封裝-第1章

微電子器件封裝

-封裝材料與封裝技術(shù)

朱路平城市建設(shè)與環(huán)境工程學(xué)院Email：lpzhu@

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WaferPackageSingleICAssemblyPackaging&AssemblyistheBridgeBetweenICandSystem！本課程為材料專業(yè)本科學(xué)生的一門必修課，涉及靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩方面，即電子封裝材料的種類、性質(zhì)和功能，以及電子封裝工藝的設(shè)計(jì)、控制等技術(shù)。通過本課程的學(xué)習(xí)，初步地掌握電子封裝的一些基本理論和工藝，為綠色電子材料的設(shè)計(jì)、加工及應(yīng)用打下良好的基礎(chǔ)。一、課程性質(zhì)與任務(wù)二、內(nèi)容提要《微電子器件封裝-封裝材料與封裝技術(shù)》從封裝用的材料著手，較詳細(xì)地介紹了微電子器件封裝用的各類材料，包括高分子材料、陶瓷材料、金屬焊接材料、密封材料及黏合劑等材料，闡述了半導(dǎo)體芯片、集成電路器件等的封裝制造工藝，講述了微電子器件封裝的電子學(xué)和熱力學(xué)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)理論。三、課程內(nèi)容微電子器件封裝概述封裝的電設(shè)計(jì)封裝的熱控制陶瓷封裝材料聚合物材料封裝引線框架材料金屬焊接材料高分子環(huán)氧樹脂IC芯片貼裝與引線鍵合可靠性設(shè)計(jì)

熟練掌握電子封裝用的五大材料：高分子材料、陶瓷材料、金屬焊接材料、密封材料及黏合劑的性質(zhì)和功能；掌握半導(dǎo)體芯片、集成電路器件等的封裝制造工藝；理解微電子器件封裝的電子學(xué)和熱力學(xué)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)理論。四、課程基本要求課外閱讀書籍1.(美)查爾斯A.哈珀|譯者:沈卓身//賈松良.《電子封裝材料與工藝》,化學(xué)工業(yè)出版社,2006年第1版2.(美國(guó))C.A.哈珀編//賈松良.《電子組裝制造:芯片·電路板·封裝及元器件(精裝)》,科學(xué)出版社,2005年第1版3.田民波編.《電子封裝工程》,清華大學(xué)出版社,2003年第1版4.中國(guó)電子學(xué)會(huì)生產(chǎn)技術(shù)學(xué)分會(huì)叢書編委會(huì)組編.《微電子封裝技術(shù)》,中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社,2003年第1版考核采用綜合評(píng)價(jià)的方式進(jìn)行：其中考試占70%；平時(shí)作業(yè)、提問、考勤占30%。考核方式第一章微電子器件封裝概述什么是封裝？所謂“封裝”是一種將集成電路用絕緣的塑料或陶瓷材料打包。1.1微電子封裝的意義及作用（為什么需要進(jìn)行封裝？）封裝為半導(dǎo)體提供環(huán)境的保護(hù)；封裝為半導(dǎo)體提供機(jī)械支撐；封裝為半導(dǎo)體所產(chǎn)生的熱量提供一種耗散途徑；封裝為半導(dǎo)體提供與下一級(jí)封裝的互連；1.2微電子基礎(chǔ)1.2.1微電子技術(shù)的發(fā)展史

微電子技術(shù)是以集成電路為核心的電子技術(shù)，在19世紀(jì)末無線電發(fā)明之后，在電子元器件小型化、微型化的過程中發(fā)展起來的一門重要學(xué)科。◆20世紀(jì)初：真空電子管（通訊、測(cè)量、自動(dòng)控制等）◆20世紀(jì)40年代：晶體管（1947年）--微電子工業(yè)實(shí)現(xiàn)革命化，開創(chuàng)了微電子技術(shù)新紀(jì)元。?與電子管相比：體積小、重量輕、功耗低、壽命長(zhǎng)◆20世紀(jì)60年代：集成電路

SSI---→MSI---→LSI---

→ULSI

---→GSI…….(4個(gè)晶體管)…….（超大型集成）（十億級(jí)集成）微電子技術(shù)的發(fā)展演變晶體管(1947)中/小規(guī)模集成電路(1950’s)大規(guī)模/超大規(guī)模集成電路(1970’s)電子管(1904)■真空管---------第一代微電子器件■晶體管---------第二代微電子器件■中小規(guī)模集成電路---------第三代微電子器件■大規(guī)模集成電路---------第四代微電子器件■超大規(guī)模集成電路---------第五代微電子器件……SOC（SystemOnChip）：將系統(tǒng)所有的器件集成到一個(gè)單一的芯片上，實(shí)現(xiàn)電子產(chǎn)品的極小型化和高性能。材料絕緣體導(dǎo)體半導(dǎo)體良的導(dǎo)體：銀、銅、金、鋁等單質(zhì)：硅（Si）、鍺（Ge）化合物：砷化鎵（GaAs）(a)(b)(c)空帶滿帶化合物，如塑料等1.2.2半導(dǎo)體理論圖中?代表電子，Ev稱為價(jià)帶頂，它是價(jià)帶電子的最高能量。在一定溫度下，價(jià)電子有可能依靠熱激發(fā)，獲得能量脫離共價(jià)鍵，在晶體中自由運(yùn)動(dòng)，成為準(zhǔn)自由電子。它們也就是能帶圖中導(dǎo)帶上的電子。脫離共價(jià)鍵所需的最小能量就是禁帶寬度Eg，Ec稱為導(dǎo)帶底，它是導(dǎo)帶電子的最低能量。本征激發(fā)：價(jià)帶電子激發(fā)成為導(dǎo)帶電子的過程。半導(dǎo)體分類?本征半導(dǎo)體：純硅（Si）、鍺（Ge）等；摻雜：向本征半導(dǎo)體中加入不同元素或雜質(zhì)而制造自由電子的方法；被摻雜的半導(dǎo)體稱為非本征半導(dǎo)體。?非本征半導(dǎo)體：

N型半導(dǎo)體，指硅摻雜了第VA族的元素P、As、Sb等；P型半導(dǎo)體,指硅摻雜了第III族的元素B、In等；?化合物半導(dǎo)體：

二元：砷化鎵（GaAs），銻化銦（InSb）；三元：GaAsP、AlGaAs；四元：

AlGaAsPSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSipSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiBSiSiSiSiSiSiB-+1.2.3微電子元件（1）P-N結(jié)二極管P-N結(jié)：將P型和N型的半導(dǎo)體材料連接在一起，就可以形成P-N結(jié)。源極漏極襯底柵極典型的MOSFET(MOS)結(jié)構(gòu)示意圖（2）金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)三極管（MOSFET）1.2.4微電子封裝和互連接的等級(jí)?0級(jí)封裝互連接：半導(dǎo)體芯片內(nèi)部的互連接；?1級(jí)封裝：密閉封裝，就是將芯片密封，封裝成為電子集成電路塊；?1.5級(jí)封裝：多芯片和圓晶級(jí)混合集成電路的裝配；?2級(jí)封裝：印刷電路板的封裝和裝配；?3級(jí)封裝：插件接口、主板及組件之間的互連接；?4級(jí)封裝：微電子系統(tǒng)的布線和互連接。1.2.5集成電路（IC）及其封裝的種類什么是集成電路？集成電路(IntegratedCircuit，簡(jiǎn)稱IC)：

以半導(dǎo)體單晶片作為基片,采用平面工藝，將晶體管、電阻、電容等元器件及其連線所構(gòu)成的電路制作在基片上所構(gòu)成的一個(gè)微型化的電路或系統(tǒng).優(yōu)點(diǎn)：體積小、重量輕功耗小、成本低速度快、可靠性高超大規(guī)模集成電路小規(guī)模集成電路集成電路的制造流程晶圓硅平面工藝硅平面工藝包括氧化、光刻、摻雜和互連等工序，最終在硅片上制成包含多層電路及電子元件的集成電路。通常每一硅拋光片上可制作成百上千個(gè)獨(dú)立的集成電路，這種整整齊齊排滿了集成電路的硅片稱作“晶圓”芯片檢測(cè)、分類集成電路封裝對(duì)晶圓上的每個(gè)電路進(jìn)行檢測(cè)，然后將晶圓切開成小片，把合格的電路分類，再封裝成一個(gè)個(gè)獨(dú)立的集成電路成品測(cè)試成品進(jìn)行成品測(cè)試，按其性能參數(shù)分為不同等級(jí)，貼上規(guī)格型號(hào)及出廠日期等標(biāo)簽，成品即可出廠拋光切片單晶硅錠經(jīng)切割、研磨和拋光后制成鏡面一樣光滑的圓形薄片。單晶硅錠拋光切片布圖刻蝕劃片芯片封裝、測(cè)試IC制造工藝過程晶錠的生長(zhǎng)切克勞斯基【Czochralski（CZ）】法1.2.5集成電路（IC）及其封裝的種類集成程度：集成到一個(gè)單一芯片上的元件的數(shù)量。封裝材料：金屬、陶瓷、塑料等集成電路芯片的封裝插孔型封裝表面安裝封裝雙列直插（DIP）,小雙列直插（SH-DIP）瘦雙列直插（SK-DIP

）,單列直插（SIP）鋸齒式直插（ZIP），針柵陣列（PGA）小外型（SOP）,四邊扁平（QFP）無引線芯片（LCC）,塑料有引線（PLCC）球柵陣列（BGA），載帶自動(dòng)焊（TAB）封裝的評(píng)價(jià)參數(shù)?輸入輸出終端數(shù)目；

終端數(shù)目越大，封裝引出線間距離就越小。?集成電路芯片的尺寸；

其關(guān)系到集成電路芯片與封裝連接的可靠性。?功率；

器控制集成電路芯片及系統(tǒng)包裝的散熱功率。封裝趨勢(shì)：◆封裝尺寸逐漸接近集成電路芯片的尺寸；◆封裝引線間距離不斷縮小，以適應(yīng)越來越多的終端數(shù)目；◆最大工作效率及散熱方式的調(diào)整。Electronicpackaging1.3微電子整機(jī)系統(tǒng)封裝主要有：◆計(jì)算機(jī)系統(tǒng)封裝，要求最高的信號(hào)傳輸速度和電子性能；◆通訊系統(tǒng)