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1、先进制造技术,半导体制造装备,微电子封装一般可分为 4级 ,如图 所示 ,即 : 0级封装芯片上器件本体的互连 1级封装芯片 (1个或多个 )上的输入 /输出与基板互连 2级封装将封装好的元器件或多芯片组件用多层互连布线板 ()组装成电子部件 ,插件或小整机 3级封装用插件或小整机组装成机柜整机系统,半导体制造装备概述,芯片制造（前道） 单晶硅拉制、切片、表面处理、光刻、减薄、划片 芯片封装（后道） 测试、 滴胶、Die bonding、Wire bonding、压模,半导体封装的基本形式 按其外部封装型式分： 双列直插式封装 () 表面安装技术 () 无引线陶瓷片式载体() 塑料有引线片式载
2、体 () 四边引线扁平封装 () 四边引线塑料扁平封装 () 平面阵列型 (） 球栅阵列封装 (),Chip to substrate interconnect technologies,按芯片的内部连接方式来分,外引线键合,外引线键合过程示意图,将带引线的芯片从载带上切下的示意图,技术中的载带,概括而言 ,电子封装技术已经历了四代 ,现正在进入第五代。 第一代 ： 60年代前采用的是接线板焊接的方式 ,框架为电路板 ,主要插装元件是电子管。 第二代 ：60年代采用穿孔式印刷电路板()封装 ,主要元件是晶体管和柱型元件。 第三代 ：70年代用自动插装方式将为代表的集成电路封装在板上 ,这是穿孔
3、式封装技术的全盛时期。 第四代 ：从 80年代开始 ,采用将表面安装元件 ()和表面安装器件 ()安装在表面上。这一封装技术的革命改变了元器件和电子产品的面貌。 第五代 ：这是 90年代显露头角的微封装技术 ,是上一代封装技术的发展和延伸 ,是将多层技术、高密度互连技术、微型元器件封装技术综合并发展 ,其代表性技术就是金属陶瓷封装 (),典型产品是M。最近由于系统级芯片 ()和全片规模集成 ()技术的发展 ,微电子封装技术正孕育着重大的突破,半导体后封装的发展趋势 向表面安装技术 ()发展 1988年技术约占封装市场份额的17.5% , 1 993年占 44% , 1 998年占 75%。传统
4、的双列直插封装所占份额越来越小 ,取而代之的是表面安装类型的封装 ,如有引线塑料片式载体 ,无引线陶瓷片式载体 ,四边引线塑料扁平封装 ,塑料球栅阵列封装 ()和陶瓷球栅阵列封装 ()等 ,尤其是和两种类型最具典型.,向高密度发展 目前 ,陶瓷外壳 ()已达 1089只管脚、达 625只管脚、间距达 0.5、达 376只管脚、达 1 0 0 0只管脚。 根据美国发展规划 ,到 2 0 0 7年 ,最大芯片尺寸将增大到 1 0 0 0*2 ,同时每枚芯片上的输入 /输出数最多将达到 50 0 0个 ,焊点尺寸将缩小到 0.127以下,从单芯片封装向多芯片封装发展 起步于 90年代初 ,由于的高密
5、度、高性能和高可靠性而倍受青睐。受到世界各国的极大关注 ,纷纷投入巨额资金 ,如美国政府 3年投入 5亿美元 ,在 1 0年投入 1 0亿美元来发展 ,据预测 , 1 999年全球产品销售额将达 2 0 0亿美元。目前最高水平的是的产品 ,2 0 0*2 、78层、3 0 0多万个通孔 , 1 40 0互连线 , 1 80 0只管脚 , 2 0 0功耗,由陶瓷封装向塑料封装发展 在陶瓷封装向高密度 ,多引线和低功耗展的同时 ,越来越多的领域正在由塑料封装所取代。而且 ,新的塑料封装形式层出不穷 ,目前以和为主 ,全部用于表面安装 ,这些塑料封装占领着 90 %以上的市场,高密度封装中的关键技术
6、 从技术发展观点来看 ,作为高密度封装的关键技术主要有 : , , , ,和三维封装,载带封装 它可以提供超窄的引线间距和很薄的封装外形 ,且在板上占据很小的面积 ,可用于高/数的和微处理器 ,东芝公司1 996年问世的笔记本电脑中就使用了承载 ,其引线间距 0.2 5 ,焊接精度为 3 0 ,据报道 ,最小间距可达 0.1 5,球栅阵列封装(BGA) 技术的最大特点是器件与板之间的互连由引线改为小球 ,制作小球的材料通常采用合金焊料或有机导电树脂。采用技术容易获得/数超过 60 0个的封装体。由于完全采用与相同的回流焊工艺 ,避免了中的超窄间距 ,可以提供较大的焊盘区 ,因此使焊接工艺更加简
7、单 ,强度大大提高 ,可靠性明显改善,的尺寸通常大于(芯片规模封装 ),在 2 1 40之间。可分为塑料()、陶瓷()或载带()。在中 ,通常用引线键合采用焊球或引线键合将芯片贴在陶瓷基板上 ;在中 ,用标准内引线键合工艺或焊球将芯片贴在其带状框架上,芯片规模封装与芯片尺寸封装 () 芯片规模封装与芯片尺寸封装统称为 ,它被认为是本世纪先进封装的主流技术。在芯片规模封装中 ,封装体的尺寸是芯片尺寸的 1.2倍以下 ;芯片尺寸封装中封装 体的尺寸与芯片尺寸基本相当。这是在电路板面积不变的前提下 ,希望更换大芯片的集成电路时提出的。在这种情况下 ,将框架引线伸展到芯片上方形成芯片引线 (),封装尺
8、寸不变 ,芯片面积增大 ,封装体面积与芯片面积的比值变小,多芯片组件 ( ) 将多只合格的裸芯片 ()直接封装在多层互连基板上 ,并与其它元器件一起构成具有部件或系统功能的多芯片组件 (),已成为蜚声全球的 90年代代表性技术。,MCM封装,COB-Chip On Board,Chip on Board-COB,Die Bonding,History and applications of wirebonding Wirebonding is the earliest technique of device assembly, whose first result was published
9、by Bell Laboratories in 1957. Sine then, the technique has been extremely developed,Advantage,Fully automatic machines have been developed for volume production. Bonding parameters can be precisely controlled; mechanical properties of wires can be highly reproduced. Bonding speed can reach 100-125 m
10、s per each wire interconnection (two welds and a wire loop). Most reliability problems can be eliminated with properly controlled and much improved tools (capillaries and wedges) and processes. Specific bonding tools and wires can be selected by packaging engineers to meet the requirements. Infrastr
11、ucture of the technique has been comprised by large wirebonding knowledge, manufacturing people, equipment venders and materials.,The most popular applications that use wirebonding are: Single and multitiered cofired ceramic and plastic ball grid arrays (BGAs), single chip and multichip Ceramic and
12、plastic quad flat packages (CerQuads and PQFPs) Chip scale packages (CSPs) Chip on board (COB),Wirebonding的基本形式,First and second bond comparison. (A) Ball bonding first bond. (B) Ball bonding second bond: stitch bond and tail bond. (C) Wedge bonding first bond. (D) Wedge bonding second bond.,Wedge b
13、ond the bonding process can be defined to three major processes: thermocompression bonding (T/C) ultrasonic bonding (U/S) thermosonic bonding (T/S) as shown in Table 1-1,Ball Bonding,The capillaries are typically 1.585 mm in diameter and 11.1 mm long. They have a large entry hole at the top and then
14、 the hole tapers down to a small hole diameter typically between 38-50 mm,40-m pad pitch ball and wedge first bond comparison.,Schematic of different looping. (A)Ball bonding looping. (B) Traditional wedge radial bonding looping. (C) Wedge bonding Constant Gap looping.,40 mm pitch first bond.,40 mm
15、looping. Short wires are to ground. Long wires are to the leads.,Wedge stitch bonding.,Limitation of wirebonding For the application of wirebonding method, terminals of chips have to be arranged at the periphery of the chips, otherwise short circuit is easily caused. Therefore, wirebonding technique is difficult for high I/O(500) interconnections.,Bonding parameters Bonding parameters are extremely important because they control the bonding yield and reliability directly. The key variables for wire bo
