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　　单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,二级,三级,四级,五级,*,0,引言,电子封装材料,电子封装的定义,分为狭义封装和广义封装,:,狭义的封装（,packaging,，,PKG,）利用膜技术及微细连接技术，将,半导体元器件及其他构成要素,在,框架,或,基板,上布置、,固定,及,连接,，引出,连接端子,，并通过可,塑性绝缘介质灌封,固定，构成整体主体结构的工艺,广义的电子封装应该是狭义的封装与实装工程及基板技术的总和将半导体、电子器件所具有的电子的、物理的功能转变为适用于机器或系统的形式，并使之为人类社会服务的科学与技术，统称为电子封装工程,封装技术发展,直插式,DIP,三次重大变革,表面贴装式,SMT,芯片尺寸封装,CSP,SOP,小型平面引线式封装,SOJ,小型平面,J,形引线式封装,QFP,四周平面引线式封装,BGA,球状栅阵电极封装,导电丝焊接组装,FCP,倒扣芯片组装,MCM,多芯片组装,三维组装,芯片,芯片,芯片,封装外壳,各种封装类型,示意图,历史的发展过程,：最早是金属封装，然后是陶瓷封装，,最后是塑料封装。

　　,性能分：金属和陶瓷封装是气密封装，,塑料封装是非气密或准气密封装；,金属或陶瓷封装可用于“严酷的环境条件”，如军用、宇航等，而塑封只能用于“不太严酷”的环境；,金属、陶瓷封装是j6国际“空封”，封装不与芯片表面接触，塑封是“实封”；,金属封装目前主要用于大功率的混合集成电路（,HIC,），部分军品及需空封器件,封装及材料,塑料封装,金属封装,陶瓷封装,玻璃封装,集成电路基片材料,裸芯片,金属封装,陶瓷封装,1 2%,塑料封装,92%,（,6 7,）,%,不同的封装使用的封装工艺是不同的,：,金属封装,陶瓷封装,塑料封装：引线框架式封装,PCB,基板,PBGA,：,WB,（引线键合）,FC,（倒装芯片）,载带：,TAB,（载带自动焊）,圆片级封装,WLP,DIP,、,SOP,、,QFP,、,PLCC,等主要都是塑料封装,20,世纪,70,年代前后，按封装材料、封装器件和封装结构分类,半导体元件的封装方法及封装材料,金属盖板,键合金属丝,金属底座（金属基板）,引线端子,陶瓷盖板,玻璃封接,陶瓷底座（陶瓷基板）,玻璃,包封树脂,元件底座（树脂基板）,(a),（可控坍塌芯片连接技术）,盖板材料，导热脂，芯片材料，陶瓷基板，焊球,各类,BGA,的横截面结构示意图,(b),包封树脂，芯片，金属引线，芯片粘接材料，树脂基板材料，焊球,各类,BGA,的横截面结构示意图,IC,芯片,引线架,导线丝,内引线,封装树脂,焊料微球凸点,BGA,基板,各类,BGA,的横截面结构示意图,(c),（载带球栅阵列）,各类,BGA,的横截面结构示意图,(d),各类,BGA,的横截面结构示意图,MBGA,是指微型球栅阵列封装，英文全称为,Micro Ball Grid Array Package,(e)SBGA,的横截面结构示意图（局部,）,各类,BGA,的横截面结构示意图,结构形式：在封装的顶部是一倒扣的铜质腔体，以增强向周围环境的散热。

　　一薄而软的基片焊在铜片的底面，作为沿周边几行焊球附着之焊盘（即中央无焊球分布，参照,JEDEC,）内导线将基板与芯片相连接，芯片从底部塑封,模塑压力机,基板制备,点胶,粘片,固化,引线键合,模塑,引线键合机,管芯粘片机银浆固化炉,引线键合,BGA,封装,花时太长！,目前,3,5,达,90%,固化,下填料固化,涂布下填料,倒装芯片,安装及回流,吸起及反转,上载,打标记,及分离,图,16,倒装芯片,BGA,封装工艺,三种类型封装之一：,塑料封装,塑料封装主要有三种类型：,(1),保角包封或,浸封,装配好的电路基片浸入塑料中，干燥，固化,(2),灌封,将基片插入薄壁塑料壳,(,或使用可剥下的铸模,),，倒入塑料流体，最后固化,(3),模铸,将装配好的电路基片牢牢固定在金属模内，在压力下注入,熔融的热塑料，接着固化,金属封装,先把微电路基片安装在可伐管座上，然后用金属丝把基片焊点与可伐管座的引出线连接起来，可伐金属的热胀系数接近玻璃，热胀冷缩时，玻璃封接不会发生破坏最后利用冷焊、电阻焊或铜焊把镍壳焊在管座四周形成全密封结构，金属封装的成本高于塑料封装，但它有良好的密封性，还能起电磁屏蔽的作用,全密闭金属封装,陶瓷封装,陶瓷封装由氧化铝瓷座、瓷壁和瓷盖所组成，外引线穿过两个瓷体间的玻璃封接层。

　　与金属封装相反，绝缘陶瓷可进行电绝缘，非常坚固，且成本较低,玻璃封装,玻璃封装类似于陶瓷封装，玻璃比陶瓷更脆，一般不用于大型,电路，多用于小型电路的扁平封装，其封装的微电路往往是单片集,成电路混合电路中，玻璃的使用也很普遍，通常在膜、电,阻、电容或半导体芯片表面涂覆一层玻璃这层全密封玻璃保护有,时单独使用，有时与外部塑料封装配合使用,封装中的材料,封装中涉及到的材料,芯片粘结材料；,引线材料；,引线框架材料；,封装基板与外壳材料；,模塑料；,焊接材料；,封装中的材料,封装中的材料,电子封装材料的性能,电特性,绝缘性质、击穿、表面电阻，,热特性,玻璃化转化温度、热导率、热膨胀系数，,机械特性,扬氏模量、泊松比、刚度、强度，,化学特性,j6国际吸潮、抗腐蚀，,其它,密度、可焊性、毒性，,引线键合材料,引线键合常用于芯片与载体（或基板）或引线框架,之间的互连,.,常用的引线材料,Au,、,Al,、,Cu,（包括用于,TAB,）、,AlSi(1%),丝,.,（需要退火处理）,键合的模式,球焊（金丝）和楔形焊（铝丝）,金丝用于塑料封装，铝丝用于陶瓷和金属封装,引线键合材料,引线键合材料,金丝键合系统,消费类电子产品中最常用的键合方式,金丝：软,掺杂的金丝,Be,，,5-10ppm,；,Cu,，,30-100ppm,金丝,-,铝键合区,引线键合材料,Au-Al,金属间化合物,300C,以上的使用环境，容易发现,“,紫斑,”,；,125C,，可能产生一系列的金属间化合物。

　　,引线键合材料,Kirkendall,效应,异种金属之间的互扩散,不同的扩散速度,温度、结构、,引线键合材料,引线键合材料,金丝与其他介面的键合,Au-Cu,Cu3Au,，,AuCu,，,Au3Cu,：,200-350C,Au-Ag,无金属间化合物产生,Au-Au,最好的键合,高温应用,引线键合材料,铝（硅铝）丝键合系统,Pure aluminum is too soft.So alloyed with 1%Si or 1%Mg,to provide a solid-solution strengthening mechanism.,Al-OFHC Cu,Al-Ag plated LF,Al-Ni,75um Al can be used for power devices.,引线键合材料,“,白毛”,Al(OH)3+Cl-Al(OH)2+OH-,Al+4Cl-Al(Cl)4-,2AlCl4-+6H2O 2Al(OH)3+6H+8Cl-,引线键合材料,提高键合可靠性,无论何种键合，键合表面特性是至关重要的,洁净度（等离子体清洗）,表面粗糙度,表面镀层的厚度,阻挡层的应用,TiW,高质量的键合丝,可靠的键合工艺,等离子体清洗,引线框架材料,引线框架的功能,电连接,对内依靠键合实现芯片与外界的信号连接；,依靠焊点与电路板连接；,机械支撑和保护,对芯片起到支持,与外壳或模塑料实现保护,散热,散热通道,引线框架材料,引线框架材料的要求,热匹配,良好的机械性能,导电、导热性能好,使用过程无相变,材料中杂质少,低价,加工特性和二次性能好,引线框架材料,引线框架材料,引线框架材料,铜合金,导电特性好,引入第二相弥散强化，提高强度,常用有,Cu-Fe-P,，,Cu-Cr,，,Cu-Zn,，,Cu-Zr,等等,机械加工性能好,热膨胀系数与塑料封装匹配,引线框架材料,引线框架材料,引线框架的质量标准,引线键合区,几何尺寸、表面涂敷、引线扭曲、平整度、共面性,芯片粘接区,几何尺寸、表面涂敷、粗糙度,芯片粘结材料,芯片粘接的基本概念,Chip Attachment/Bonding,，通常采用粘接技术实现管芯,（,IC Chip,）与底座（,Chip Carrier,）的连接,.,机械强度、化学性能稳定、导电、导热、热匹配、,低固化温度、可操作性,芯片粘结材料,几种基本的芯片键合类型,银浆粘接技术,低熔点玻璃粘接技术,导电胶粘接技术,环氧树脂粘接技术,共晶焊技术,芯片粘结材料,环氧树脂粘接技术,工艺简单、成本低廉,适合于大规模生产，质量上已经接近,Au-Si,共晶焊水平,分类：,导电、导热胶,“,导电胶,”,导热、电绝缘胶,芯片粘结材料,固化条件,一般固化温度在,150C,左右，固化时间约,1hr,固化前：,“,导电胶,”,不导电,固化后：溶剂挥发、银粉相互紧密接触形成导电链,模塑料,模塑的基本工艺,热固性：,在加热固化后,不会再次受热软化,;,热塑性：,在加热塑化后,如果再次受热还会再次,软化,.,模塑料通常为热固性塑,料,.,模塑料,模塑料,模塑料的基本构成,基体（,10-30%,）（高分子化合物树脂）,环氧树脂,硅酮树脂,1,2-,聚丁二烯酯树脂,添加剂（,60-90%,）,固化剂,催化剂,填充剂（,SiO2,）,阻燃剂,脱模剂,染色剂,主要生产厂家,日本：,住友；日东；日立化成；,美国：,Plaskon Hysol(Cookson),中国：,中科院化学所,模塑料,模塑料的类型,普通型,快速固化型,无后固化型,高热导型,低应力型,低辐射型,低膨胀型,低翘曲型,普通型模塑料,结晶二氧化硅型填料,热导率高、线膨胀系数大、成本低,分立器件、,LSI,熔融二氧化硅型填料,线膨胀系数小、热导率低、成本较高,VLSI,、大尺寸分立器件,模塑料,低应力型模塑料,固化过程产生的收缩应力,温度变化时的热应力,热应力导致失效,:,开裂,温度变化时的热应力,弹性模量,线膨胀系数,玻璃化转变温度,封装基板与外壳材料,基板材料的性能,电,介电常数、功耗、电阻、,热,热导率、热膨胀系数、热稳定性、,物理,表面平整度、表面光洁度,化学,化学稳定、低孔隙率、高纯度,封装基板与外壳材料,氧化铝（,Al2O3,）陶瓷,良好的介电性能、高的机械强度、高热稳定性、高,化学稳定性,应用最广,90-99%Al2O3,性能与,Al2O3,含量相关,添加剂,（黑色、紫色、棕色）瓷,封装基板与外壳材料,其它陶瓷基板材料,氧化铍（,BeO,）,热导率,8,倍于氧化铝，用于功率器件,;,贵,毒,氮化铝（,AlN,）,高热导率，用于替代氧化铍,;,与,Si,相近的热膨胀系数,;,低价（与氧化铍比较）,;,封装基板与外壳材料,其它陶瓷基板材料,滑石和镁橄榄石,用于厚膜电路,低介电常数,低强度,低价,玻璃、石英、蓝宝石,封装基板与外壳材料,封装基板与外壳材料,多层陶瓷基板材料,HTCC,High Temperature Co-fired Ceramic,1500C,Mo-Mn or W as the metallization,LTCC,Low Temperature Co-fired Ceramic,850-900C,Ag-Pd,Au,Ag or Cu,Higher wiring density,封装基板与外壳材料,封装基板与外壳材料,金属底座与外壳材料,金属封装的特点是：散热好、气密性好、机械强度,高。

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