微电子封装复习详细版

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1、1、微电子封装技术中常用封装术语英文缩写的中文名称:DIP:双列直插式封装 double in-line package QFP(J):四边引脚扁平封装 quad flat packagePGA: 针栅阵列封装 pin grid arrayPLCC: 塑料有引脚片式载体 plastic leaded chip carrierSOP(J):IC小外形封装 small outline packageSOT: 小外形晶体管封装 small outline transistor packageSMC/D:表面安装元器件 surface mount component/deviceBGA: 焊球阵列封装

2、 ball grid arrayCCGA:陶瓷焊柱阵列封装Ceramic Column Grid Array KGD: 优质芯片(已知合格芯片)Known Good DieCSP: 芯片级封装 chip size packageWB: 引线键合 wire bonding TAB: 载带自动焊 tape automated bondingFCB: 倒装焊flip chip bonding OLB: 外引线焊接Outer Lead Bonding ILB: 内引线焊接C4: 可控塌陷芯片连接Controlled Collapse Chip ConnectionUBM: 凸点下金属化Under Bu

3、mp MetalizationSMT: 表面贴装技术THT: 通孔插装技术Through Hole TechnologyCOB: 板上芯片COG: 玻璃上芯片WLP: 晶圆片级封装Wafer Level PackagingC: 陶瓷封装P: 塑料封装T: 薄型F: 窄节距B: 带保护垫2、 微电子封装的分级:零级封装:芯片的连接,即芯片互连级一级封装:用封装外壳将芯片封装成单芯片组件和多芯片组件二级封装:将一级封装和其他组件一同组装到印刷电路板(或其他基板)上三级封装:将二级封装插装到母板上3、 微电子封装的功能:1) 电源分配:保证电源分配恰当,减少不必要的电源消耗,注意接地线分配问题。2)

4、 信号分配:使信号延迟尽可能减小,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。3) 散热通道: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:为芯片和其他部件提供牢固可靠的机械支撑,能适应各种工作环境和条件的变化。5) 环境保护:保护芯片不被周围环境的影响。4、微电子封装技术中的主要工艺方法:(1)芯片粘接: (将IC芯片固定安装在基板上) 1) Au-Si合金共熔法 2) Pb-Sn合金片焊接法 3) 导电胶粘接法 4) 有机树脂基粘接法(2)互连工艺:(主要三种是引线键合(WB)、载带自动焊(TAB)和倒装焊(FCB))WB:主要的WB工艺方法;热压超声焊主要工

5、艺参数、材料:WB工艺方法:热压焊、超声焊和热压超声焊(也叫金丝球焊)热压超声焊主要工艺参数:1.热压焊的焊头形状-楔形,针形,锥形2.焊接温度150左右3. 焊接压力-0.5到1.5N/点。4.超声波频率材料:热压焊、金丝球焊主要选用金丝,超声焊主要用铝丝和Si-Al丝,还有少量Cu-Al丝和Cu-Si-Al丝等TAB:内、外引线焊接主要工艺参数、载带的分类:TAB内、外引线焊接主要工艺参数:焊接温度(T);焊接压力(P);焊接时间(t);载带的分类:单层带、双层带、三层带和双金属带FCB:工艺方法,各工艺方法的关键技术:FCB工艺方法:1、热压FCB法2、再流FCB法3、环氧树脂光固化FC

6、B法4、各向异性导电胶FCB法各工艺方法的关键技术:1.热压FCB法:高精度热压FCB机,调平芯片与基板平行度;2.再流FCB法:控制焊料量及再流焊的温度;3.环氧树脂光固化FCB法:光敏树脂的收缩力及UV光固化;4.各向异性导电胶FCB法:避免横向导电短路 UV光固化。(3)常用芯片凸点制作方法;电镀法制作芯片凸点有关计算:公式、公式中各参数的含义、单位、电镀时间的计算。常用芯片凸点制作方法:(1) 蒸发/溅射法;(2)电镀法;(3)化学镀法;(4)打球法;(5)激光凸点法;(6)置球和模板印刷法;(7)移植凸点法;(8)叠层法;(9)柔性凸点法;(10)喷射法电镀法制作芯片凸点有关计算:公

7、式、公式中各参数的含义、单位、电镀时间的计算:根据对凸点高度的要求不同,电镀时间也不同。根据电解定律,镀层厚度为: 式中:Dk: 电流密度(A/dm2); t: 电镀时间(h) : 电流效率; k: 电化当量(g/A.h);指在电镀过程中电极上通过单位电量时,电极反应形成产物之理论重量d: 电镀金属密度(g/cm3)。 若用um作单位,则的取值应去除百分号(4)芯片凸点的组成及各部分的作用。1.Al膜:作为芯片焊区2. 粘附层金属:使Al膜和芯片钝化层粘附牢固3.阻挡层金属:防止最上层的凸点金属与Al互扩散,生成金属间化合物4.凸点金属:导电作用(6)组装工艺:波峰焊工艺:波峰焊工艺步骤; 装

8、板涂覆焊剂预热焊接热风刀冷却卸板波峰焊设备的组成;传送装置、涂助焊剂装置、预热器、锡波喷嘴、锡缸、冷却风扇等波峰焊接中常见的焊接缺陷;1.拉尖,2.桥连,3.虚焊,4.锡薄,5.漏焊(局部焊开孔),6.印制板变形大,7.浸润性差,8.焊脚提升 波峰焊单班生产产量的计算。波峰焊机的几项工艺参数:带速、预热温度、焊接时间、倾斜角度之间需要互相协调、反复调节,其中带速影响到生产量。在大生产中希望有较高的生产能力,通常各种参数协调的原则是以焊接时间为基础,协调倾角与带速,焊接时间一般为23s,它可以通过波峰面的宽度与带速来计算。反复调节带速与倾角以及预热温度,就可以得到满意的波峰焊接温度曲线。设PCB

9、的长度为L(与边轨平行边的长度),PCB之间间隔为L1,传递速度为V,停留时间为t,每小时产量为N,波宽为W,则传动速度为: V = W/t N = 60V/(L+L1)例:一台波峰焊机波峰面宽度为50mm,停留时间为3s,现焊接400mm400mm,PCB间距100mm,求单班(工作时间7h)产量。先计算带速: 带速 = 0.05/(1/20) = 1m/min则:单班产量 = 7601/(0.4+0.1)= 840块再流焊工艺:再流焊工艺步骤;滴注/印制钎料膏 放置表面贴装元件 加热再流再流焊炉加热方式类别;(1) 红外再流焊(2)气相再流焊(3)激光再流焊(4)红外/热风再流焊单面采用贴

10、片式元器件的工艺流程;印刷焊膏-贴装元件(QFP片状元件)-再流焊-清洗单面混装(插装式和贴片式元器件混装)的工艺流程;涂敷粘结剂-表面安装元件-固化-翻转-插通孔元件-波峰焊-清洗双面混装(插装式和贴片式元器件混装)的工艺流程;先做A面:印刷焊膏-贴装元件(QFP片状元件)-再流焊-翻转再做B面:点贴片胶-表面贴装元件-加热固化-翻转补插通孔元件后再波峰焊-插带通孔元件(DIP等)-波峰焊-清洗双面都采用贴片式元器件的工艺流程;通常先做B面:印刷焊膏-贴装元件(QFP片状元件)-再流焊-翻转再做A面:印刷焊膏-贴装元件(QFP片状元件)-再流焊-检查-清洗表贴式元器件在安装过程中形成的焊接不

11、良和缺陷;偏移(侧立)和立碑,吸嘴干涉到其它元件锡球,立碑,吹孔,空洞,元器件移位及偏斜,焊点灰暗,浸润性差,焊后断开,焊料不足,焊料过量。 BGA在安装焊接时焊球与基板焊接过程中常见缺陷。1) 桥连2)连接不充分3)空洞4)断开5)浸润性差6)形成焊料小球7)误对准 5、典型封装的内部结构图和各组成部分名称:TO型、DIP型、SOP(J)、QFP(J)、(C)BGA、WB、TAB、FCB、MCM、PLCC等。FCB型:倒装焊flip chip bondingSolder Bump焊锡凸块QFP型:四边引脚扁平封装 quad flat packagePLCC型:塑料有引脚片式载体 plasti

12、c leaded chip carrierTO型:金丝引线粘结剂引脚DIP型:SOP型:IC小外形封装 small outline packageWB型:CBGA型: TAB型:MCM型:MCM(Multi chip Module ) 多芯片组件封装,是一种由两个或两个以上裸芯片或者芯片尺寸封装(CSP)的IC组装在一个基板上的模块,模块组成一个电子系统或子系统6、封装可靠性分析:(1)铝焊区上采用Au丝键合,对键合可靠性的影响及解决对策。1.对于Al-Au金属系统,焊接处可能生成的金属间化合物就有Au2Al、AuAl、AuAl2、Au4Al、Au5Al等脆性,导电率较低,长期使用或遇高温后,

13、可能出现压焊强度降低及接触电阻变大等情况,导致开路或电性能退化;2.Au-Al压焊还存在所谓的“柯肯德尔效应”接触面上造成空洞:在高温下,Au向Al迅速扩散而形成Au2Al(白斑)。防止方法:尽可能避免在高温下长时间压焊,器件使用温度尽可能低。(2) 塑料封装器件吸潮引起的可靠性问题。 由于塑封器件吸潮,会使器件的寿命降低。显然,吸湿量越多,水汽压就会越高,器件寿命就越短。由于塑封器件是非气密性封装,还会受到生产环境中的污染物(如Na+)、塑封料残存的离子性杂质(如Cl-等)的影响。特别是Cl-及湿气浸入器件后,将会对芯片的Al电极产生局部腐蚀,形成疏松、脆性的Al化合物。湿气和Cl-对Al的不断腐蚀作用,使Al电极不断恶化,导致电参数变得越来越差,最终会导致器件开路而失效。(3)塑料封装器件吸潮引起的开裂问题:开裂机理、防止措施。开裂机理:1. 开裂机理描述塑封开裂过程分为(1)水汽吸收聚蓄期、(2)水汽蒸发膨胀期和(3)开裂萌生扩张期三个阶段,2. 引起开裂的多种因素水汽是引起塑封器件开裂的外部因素,

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