封裝技術介紹.doc

塑料封裝技術 摘要 塑料封裝是指對半導體器件或電路芯片采用樹脂等材料的一類封裝，塑料封裝一般被認為是非氣密性封裝。它的主要特點是工藝簡單、成本低廉、便于自動化大生產。塑料產品約占IC封裝市場的95%，并且可靠性不斷提高，在3GHz以下的工程中大量使用。標準塑料材料主要有約70%的填充料、18%環(huán)氧樹脂、外加固化劑、耦合劑、脫模劑等。各種配料成分主要取決于應用中的膨脹系數(shù)、介電常數(shù)、密封性、吸濕性、強韌性等參數(shù)的要求和提高強度、降低價格等因素。 Plastic packaging is a means of semiconductor devices or circuit chips such as resin used for a class of packaging materials, plastic packaging generally found to be non-hermetic package. Its main feature is a simple process, low-cost and easy to automate large-scale production. IC packaging plastic products account for about 95% of the market, and continuously improve the reliability, and 3GHz in the following widely used in the project. Standard plastic materials, about 70% of the principal filler, epoxy resin and 18%, plus curing agent, coupling agent, such as release agent. The main components of a variety of ingredients depending on the application of expansion coefficient, dielectric constant, tightness, moisture absorption, strength and toughness, and other parameters of the requirements and increase the intensity, lower prices and other factors.關鍵字 塑料封裝技術 發(fā)展引言電子封裝技術是微電子工藝中的重要一環(huán)，通過封裝技術不僅可以在運輸與取置過程中保護器件還可以與電容、電阻等無緣器件組合成一個系統(tǒng)發(fā)揮特定的功能。按照密封材料區(qū)分電子封裝技術可以分為塑料和陶瓷兩種主要的種類。陶瓷封裝熱傳導性質優(yōu)良，可靠度佳，塑料的熱性質與可靠度雖遜于陶瓷封裝，但它具有工藝自動化自動化、低成本、薄型化等優(yōu)點，而且隨著工藝技術與材料的進步，其可靠度已有相當大的改善，塑料封裝為目前市場的主流。封裝技術的方法與原理 塑料封裝的流程圖如圖所示，現(xiàn)將IC芯片粘接于用腳架的芯片承載座上，然后將其移入鑄模機中灌入樹脂原料將整個IC芯片密封，經烘烤硬化與引腳截斷后即可得到所需的成品。塑料封裝的化學原理可以通過了解他的主要材料的性能與結構了解。常用塑料封裝材料有環(huán)氧樹脂、硅氧型高聚物、聚酰亞胺等 環(huán)氧樹脂是在其分子結構中兩個活兩個以上環(huán)氧乙烷換的化合物。它是穩(wěn)定的線性聚合物，儲存較長時間不會固化變質，在加入固化劑后才能交聯(lián)固化成熱固性塑料。硅氧型高聚物的基本結構是硅氧交替的共價鍵和諒解在硅原子上的羥基。因此硅氧型高聚物既具有一般有機高聚物的可塑性、彈性及可溶性等性質，又具有類似于無極高聚物石英的耐熱性與絕緣性等優(yōu)點。聚酰亞胺又被稱為高溫下的“萬能”塑料。它具有耐高溫、低溫，耐高劑量的輻射，且強度高的特點。塑料封裝技術的發(fā)展 塑封料作為IC封裝業(yè)主要支撐材料，它的發(fā)展，是緊跟整機與封裝技術的發(fā)展而發(fā)展。 整機的發(fā)展趨勢：輕、?。蓴y帶性）；高速化；增加功能；提高可靠性；降低成本；對環(huán)境污染少。封裝技術的發(fā)展趨勢：封裝外形上向小、薄、輕、高密度方向發(fā)展；規(guī)模上由單芯片向多芯片發(fā)展；結構上由兩維向三維組裝發(fā)展；封裝材料由陶封向塑封發(fā)展；價格上成本呈下降趨勢。 隨著高新技術日新月異不斷發(fā)展對半導體應用技術不斷促進，所以對其環(huán)氧封裝材料提出了更加苛刻的要求，今后環(huán)氧塑封料主要向以下五個方面發(fā)展： 1 向適宜表面封裝的高性化和低價格化方向發(fā)展。為了滿足塑封料高性化和低價格，適宜這種要求的新型環(huán)氧樹脂不斷出現(xiàn)，結晶性樹脂，因分子量低，熔融粘度低，但熔點高具有優(yōu)良的操作性，適用于高流動性的封裝材料。目前已經有的結晶性環(huán)氧樹脂，為了得到適用于封裝材料的熔點范圍，多數(shù)接枝了柔軟的分子鏈段，但是成型性和耐熱性難以滿足封裝材料的要求，所以必須開發(fā)新的結晶性的環(huán)氧樹脂。 2 向適宜倒裝型的封裝材料方向發(fā)展 。最近隨著電子工業(yè)的發(fā)展，作為提高高密度安裝方法，即所謂裸管芯安裝引起人們的高度重視。在裸管芯倒裝法安裝中，為了保護芯片防止外界環(huán)境的污染，利用液體封裝材料。在液體封裝料中，要求對芯片和基板間隙的浸潤和充填，因這種浸潤和充填最終是通過毛細管原理進行的，因此要求樹脂具有非常高的流動性，同時無機填充率要降低。但液體封裝料與芯片之間的應力會增大，因此要求塑封料必須具有低的線膨脹系數(shù)，現(xiàn)在國外采用具有萘環(huán)結構的新型環(huán)氧樹脂制備塑封料。 3 BGA、CSP等新型封裝方式要求開發(fā)新型材料。裸管芯安裝方法，雖然是實現(xiàn)高密度化封裝的理想方法，但目前仍有一些問題，如安裝裝置和芯片質量保證等，出現(xiàn)了一種新的封裝方式即 BGA或CSP，這是一種格子接頭方式的封裝，不僅可以實現(xiàn)小型化、輕量化而且可達到高速傳遞化，目前這種封裝形式正處于快速增長期。但這種工藝成型后在冷卻工藝出現(xiàn)翹曲現(xiàn)象，這是因為基板與封裝材料收縮率不同引起的。克服方法是盡量使封裝料與基板線膨脹系數(shù)接近，從封裝材料和基板粘合劑兩方面均需開發(fā)新型塑封料的同時提高保護膜與材料的密著性。 4 高散熱性的塑封料。隨著電子儀器的發(fā)展，封裝材料散熱性的課題已提出，因為塑封料基體材料 環(huán)氧樹脂屬于有機高分子材料，基于分子結構的不同，熱傳導性的改善受到局限，因此從引線框架的金屬材料著手，采用42#銅合金，因為有比較高的熱傳導率，銅合金引線框架表面有一層氧化膜，因此要求塑封料與之有良好的粘接密著性。國外有些廠家正在研究開發(fā)，通過引入鏈段，提高范德瓦爾引力，以提高塑封料與銅框架的引力。 5 綠色環(huán)保型塑封料：隨著全球環(huán)保呼聲日益高漲，綠色環(huán)保封裝是市場發(fā)展的要求，上海常祥實業(yè)采用不含阻燃劑的環(huán)氧樹脂體系或更高填充量不含阻燃劑的綠色環(huán)保塑封料已經全面上市。也有一些國外公司正在試用含磷化合物,包括紅磷和瞵。 總之，隨著集成電路向高超大規(guī)模、超高速、高密度、大功率、高精度、多功能方向的迅速發(fā)展及電子封裝技術由通孔插裝（PHT）向表面貼裝技術發(fā)展，封裝形式由雙列直插（DIP）向（薄型）四邊引線扁平封裝（TQFP/QFP）和球柵陣列塑裝（PBGA）以及芯片尺寸封裝（CSP）方向發(fā)展，塑封料專家劉志認為：塑封料的發(fā)展方向正在朝著無后固化、高純度、高可靠性、高導熱、高耐焊性、高耐濕性、高粘接強度、低應力、低膨脹、低粘度、易加工、低環(huán)境污染等方向發(fā)展。二封裝技術發(fā)展八大趨勢1 IC封裝正從引線封裝向球柵陣列封裝發(fā)展。2 BGA封裝正向增強型BGA、倒裝片積層多層基板BGA、帶載BGA等方向進展，以適應多端子、大芯片、薄型封裝及高頻信號的要求。3 CSP的球柵節(jié)距正由1.0mm向0.8mm、0.5mm，封裝厚度正向0.5mm以下的方向發(fā)展，以適應超小型封裝的要求。4 晶圓級的封裝工藝(wafer level package，WLP)則采用將半導體技術與高密度封裝技術有機結合在一起，其工藝特點是：在硅圓片狀態(tài)下，在芯片表面再布線，并由樹脂作絕緣保護，構成球形凸點后再切片。由此可以獲得真正與芯片尺寸大小一致的CSP封裝，以降低單位芯片的生產成本。5 為適應市場快速增長的以手機、筆記本電腦、平板顯示等為代表的便攜式電子產品的需求，IC封裝正在向著微型化、薄型化、不對稱化、低成本化方向發(fā)展。6 為了適應綠色環(huán)保的需要，IC封裝正向無鉛化、無溴阻燃化、無毒低毒化方向快速發(fā)展。7 為了適應多功能化需要，多芯片封裝成為發(fā)展潮流，采用兩芯片重疊，三芯片重疊或多芯片疊裝構成存儲器模塊等方式，以滿足系統(tǒng)功能的需要。8 三維封裝可實現(xiàn)超大容量存儲，有利于高速信號傳播，最大限度地提高封裝密度，并有可能降低價格，因此，它將成為發(fā)展高密度封裝的一大亮點。其它封裝技術1 多芯片（MCP）封裝。多芯片封裝（MCP，Multichip Package），許多FLASH就是采用這種封裝，通常把ROM和RAM封裝在一塊兒。多芯封裝（MCP）技術是在高密度多層互連基板上，采用微焊接、封裝工藝將構成電子電路的各種微型元器件(裸芯片及片式元器件)組裝起來，形成高密度、高性能、高可靠性的微電子產品(包括組件、部件、子系統(tǒng)、系統(tǒng))。它是為適應現(xiàn)代電子系統(tǒng)短、小、輕、薄和高速、高性能、高可靠、低成本的發(fā)展方向而在PCB和SMT的基礎上發(fā)展起來的新一代微電子封裝與組裝技術，是實現(xiàn)系統(tǒng)集成的有力手段。2 PGA（Pin Grid Array）與PAC（Pad Array Carrier）。圖1-8（a）描述了LCC（Leadless Chip Carrier）與PAC的差別。顯然，隨著有源器件I/O管腳的增加，對于I/O管腳分布在四周的封裝形式，其整個尺寸也以驚人的速度龐大起來，這與封裝尺寸最小化趨勢背道而馳。從圖1-8（b）可以看出不同封裝形式的管腳數(shù)與芯片表面積的變化關系。很明顯，對于大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路，當半導體元器件的I/O管腳數(shù)超過100時，PGA和PAC封裝具有不可替代的優(yōu)勢。3球形陣列封裝BGA是封裝形式的一大進步，封裝材料有塑料或陶瓷等。PBGA的焊球一般為可回流的共晶合金Sn62Pb36Ag2或Sn63Pb37，在焊接時自對中能力很好；CBGA和TBGA的焊球為Sn10Pb60，熔點溫度很高（304度左右），在回流焊時不會融化，其自對中能力較差。隨著無鉛化的逐步實施，大部分BGA器件開始采用SnAgCu作為引腳材料。4倒裝芯片 (Flip-Chip)。倒裝芯片是一種IC芯片與下一級封裝連接的技術。IC的活化面對著基板，在封裝效率方面，倒裝芯片技術達到了減少芯片尺寸的終點。倒裝芯片的圖電技術包括鍍金屬凸點、金柱、金屬柱加聚合物、銅柱、焊料凸點和聚合物凸點等。倒裝芯片的鍵合工藝包括熱壓、各向異性導電膠（ACA）、各向同性導電膠（ICA）、非導電膠和焊接等。結論封裝技術作為信息產業(yè)的重要基礎在在