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电子封装材料与工艺复习资料

发布时间:2026-06-15 07:43:31浏览次数:

  

电子封装材料与工艺复习资料(图1)

  狭义: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,引出接线端子,并通过可塑性绝缘介质灌封固定,构成整体立体结构的工艺技术。(最基本的)

  广义:将半导体和电子元器件所具有的电子的、物理的功能,转变为能适用于设备或系统的形式,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。(功能性的)

  (1)层次1(Level.1):特指半导体集成电路元件(芯片)。由半导体厂商提供,分两大类,一类是系列标准芯片,另一类是针对用户的特殊要求的专用芯片。裸芯片

  (2)层次2(Level.2):单芯片封装和多芯片组件(MultiChipModules,MCM),前者是对单个裸芯片进行封装,后者是将多个裸芯片装载在陶瓷等多层基板上进行气密性封装。

  (3)层次3(Level.3):构成板或卡的装配工序。将多数个完成层次2的单芯片封装和MCM,实装在PCB板等多层基板上,基板周边设有插接端子,用于与母板及其他板或卡的电气相连。

  (4)层次4(Level.4):称为单元组装,将多个完成3的板或卡,通过其上的插接端子,搭载在称为母板的大型PCB板上,构成单元组件。

  (5)层次5(Level.5):将多个单元构成架,单元与单元间用布线):总装。将多个架并排,架与架之间由布线或电缆相连接,由此构成大规模电子设备。

  可以说,电子封装直接影响着集成电路和器件的电、热、光和机械性能,还影响其可靠性和成本。同时,电子封装对系统的小型化常起着关键作用。因此,集成电路和器件要求电子封装具有优良的电性能、热性能、机械性能和光学性能。同时必须具有高的可靠性和低的成本。

  从根本上说,电子封装的性能、制作工艺、应用及发展等决定于构成封装的各类材料,包括半导体材料、封装基板材料、绝缘材料、导体材料、键合连接材料、封接封装材料等。它涉及这些材料的可加工成型性,包括热膨胀系数、热导率、介电常数、电阻率等性能在内的材料物性,相容性及价格等等。

  以当前迅速发展的高密度电子封装用多层基板及芯片尺寸大小的封装(CSP)为例,涉及的材料包括金属超细粉、玻璃超细粉、陶瓷粉料、表面活性剂、有机粘接剂、有机溶剂、金属浆料、导电填料、感光性树脂、热固性树脂、热塑性树脂、聚酰亚胺薄膜、感光性浆料等,这些材料是电子封装、平板显示器乃至整个电子工业基础中的基础。

  综上所述,电子封装技术无论从要素、范围、涉及的工程及材料领域,在微电子产业及整个国民经济中的地位以及发展前景看,都可以构成一大体系。传统意义上的电子封装技术已经发展成为名副其实的电子封装工程。

  高密度和高I/O数造成单边引脚间距缩短、封装难度加大:焊接时产生短路、引脚稳定性差

  芯片封装始于IC晶圆完成之后,包括IC晶圆的粘片固化、互连、成型固化、切筋成形、引线电镀、打码等主要过程。

  共晶粘贴法 金属共晶化合物:扩散 预型片和芯片背面镀膜 高温工艺、CTE失配严重,芯片易开裂

  焊接粘结法 锡铅焊料 合金反应 背面镀金或镍,焊盘淀积金属层 导热好,工艺复杂, 焊料易氧化

  导电胶粘结法 环氧树脂(填充银) 化学结合 芯片不需预处理 粘结后固化处理 或热压结合 热稳定性不好,吸潮形成空洞、开裂

  玻璃胶粘结法 绝缘玻璃胶 物理结合 上胶加热至玻璃熔融温度 成本低、去除有机成分和溶剂需完全

  引线键合技术(WB):引线键合技术是将半导体裸芯片(Die)焊区与微电子封装的I/O引线或基板上的金属布线焊区(Pad)用金属细丝连接起来的工艺技术。

  载带自动键合技术(TAB)是一种将芯片组装在金属化柔性高分子聚合物载带上的集成电路封装技术;将芯片焊区与电子封装体外壳的I/O或基板上的布线焊区用有引线图形金属箔丝连接,是芯片引脚框架的一种互连工艺。

  倒装芯片键合技术(FCB)将裸芯片面朝下,芯片焊区与基板焊区直接互连的一种键合方法:通过芯片上的凸点直接将元器件朝下互连到基板、载体或者电路板上。而WB和TAB则是将芯片面朝上进行互连的。由于芯片通过凸点直接连接基板和载体上,倒装芯片又称为DCA(DirectChipAttach)

  引线键合技术是将半导体裸芯片(Die)焊区与微电子封装的I/O引线或基板上的金属布线焊区(Pad)用金属细丝连接起来的工艺技术。

  主要方式:(1)超声波键合:超声波发生器使劈刀发生水平弹性振动,同时施加向下压j6股份有限公司力。劈刀在两种力作用下带动引线在焊区金属表面迅速摩擦,引线发生塑性变形,与键合区紧密接触完成焊接。常用于Al丝键合,键合点两端都是楔形。

  (2)热压键合:利用加压和加热,使金属丝与焊区接触面原子间达到原子引力范围,实现键合。一端是球形,一端是楔形,常用于Au丝键合。

  (3)金丝球键合:用于Au和Cu丝的键合。采用超声波能量,键合时要提供外加热源。

  TAB工艺关键部分有:芯片凸点制作、TAB载带制作和内、外引线凸点芯片的制作工艺及作用

  薄膜技术是指采用蒸镀、光刻与刻蚀等方法制备所需材料膜层的技术:薄膜的含义不只是膜的实际厚度,更多的是指在基板上的膜产生方式

  溅射淀积薄膜利用辉光放电效应产生的高能粒子(等离子体中的离子),对高纯度被溅射物质电极(靶材)进行轰击。等离子体中离子动量转移给待溅射物质粒子后淀积在基板上。

  薄膜蒸发淀积工艺中,通过加热或电子束轰击的方式,使被蒸镀物质在真空下受热或轰击后蒸发气化,高温蒸发后的原子在温度较低基板上凝集,形成淀积薄膜。

  蒸发与溅射的对比:【淀积膜的速率】【合金材料的蒸发成膜】【蒸发局限于低熔点材料】

  电镀是将基板和阳极悬挂在含有待镀物质的导电溶液里,在两极间施加电位,可用于金属材料电镀在导电表面上。特点:制备贵金属薄膜时,电镀法可有效增加膜厚度,且节约使用的靶材,经济性好。但可电镀的材料仅限于金属。

  1 常见的电路板:硬式印制电路板、软式印制电路板、金属夹层电路板、射出成型电路板。

  PCB的间距为0.2-0.25mm,0.1mm以下的线条间距,小孔等带来的技术和成本问题

  直接孔金属化技术:高锰酸钾溶液氧化处理孔壁,吸附MnO2,浸入硫酸中,形成高分子导电膜

  液体光敏抗蚀剂和电沉积光敏抗蚀剂、浮石研磨技术、电化学清洗粗化、紫外光曝光

  先进表面涂覆处理技术:可焊层涂覆处理技术、助焊剂涂覆处理技术、阻焊剂涂覆处理技术

  表面组装技术,是指把片状结构的元器件或适合于表面组装的小型化元器件,按照电路要求放置在印制板的表面上,用再流焊或波峰焊等焊接工艺装配起来,构成具有一定功能的电子部件的组装技术。

  波焊:用黏结剂把元器件固定在印制电路板上后,再用波焊涂布焊锡刀接合点上。

  选用合成活化助焊剂与水溶性助焊剂(低固体成分的松脂或树脂助焊剂),避免漏焊、抑制焊点架桥。只是增加了后续清洗的困扰。

  回流焊:通过重新熔化预先放置的焊料而形成焊点,焊接过程中不再添加任何额外焊料的一种焊接方法。

  (1)焊膏能定量分配,精度高,焊料受热次数少,不易混入杂质,并且焊料使用量相对较少;

  (2)能使用于焊接各种高精度、高要求的元器件,如0603电阻电容以及QFP、BGA、CSP等芯片封装器件;

  气相回流焊:氟碳化合物的蒸汽凝固在电路板上发出的湿热使锡膏回熔而完全接合。

  传导回流焊:分热压式、输送带式(热平台式)回流焊。热压式回流焊:利于发热棒对引脚的接点直接进行热压接合。用于L型引脚的扁平封装和小型化封装的焊接。

  激光回流焊:用二氧化碳激光能量进行焊接。是高可靠性元器件接合常用方法,它不必使用助焊剂,是无接触焊接工艺,可以防止焊接点区域热应力发生;快速完成接合,金属间化合物的产量可抑制到最小,提高接点的延展性和抗疲劳性。

  受j6股份有限公司冲击和振动的电子产品,温度波动还会导致材料疲劳断裂,降低封装的机械寿命

  封装体由不同热膨胀系数的材料构成,生产、测试、储存和运输过程中由于热膨胀不匹配造成的热应力引起的破坏

  导热:物体各部分之间不发生相对位移时,依靠分子、原子及自由电子等微观例子的热运动而产生的热量称为导热。例如,固体内部的热量传递和不同固体通过接触面的热量传递都是导热现象。芯片向壳体外部传递热量主要就是通过导热。

  热传导 :在固体和静止的液体以及静态的空气媒介当中,热的传导是通过分子间的能量交换来实现的。

  对流:含义:由固体向流动的流体的传热叫对流。包括两机制:由临近的静止分子向固体表面的热交换,与热传导一样,由于流体流通而将热量从固体表面带走

  热辐射:由于电磁波或者光子能量的辐射与吸收的结果,可通过真空或者其他对红外光线热阻表达式及其串并联计算,带有散热器的芯片塑料封装结构中芯片温度计算的实例

  积聚热量不能散发掉,高温雪崩现象增大,引起PN结处产生热应力,热应力导致晶体管结击穿失效

  键合丝弯曲、键合丝受损伤;键合丝焊盘凹陷,键合处焊盘腐蚀,键合丝断裂或脱落。

  BGA技术CSP技术 倒装芯片技术 WLP技术 MCM封装 三维封装技术