1、微電子封裝的概念
微電子封裝是指利用膜技術(shù)及微細(xì)加工技術(shù),將芯片及其他要素在框架或基板上布置、粘貼固定及連接,引出連線端子并通過可塑性絕緣介質(zhì)灌封固定,構(gòu)成整體立體結(jié)構(gòu)的工藝。在更廣的意義上講,是指將封裝體與基板連接固定,裝配成完整的系統(tǒng)或電子設(shè)備,并確定整個系統(tǒng)綜合性能的工程。
2、微電子封裝的目的
微電子封裝的目的在于保護(hù)芯片不受或少受外界環(huán)境的影響,并為之提供一個良好的工作條件,以使電路具有穩(wěn)定、正常的功能。
3、微電子封裝的技術(shù)領(lǐng)域
微電子封裝技術(shù)涵蓋的技術(shù)面積廣,屬于復(fù)雜的系統(tǒng)工程。它涉及物理、化學(xué)、化工、材料、機械、電氣與自動化等各門學(xué)科,也使用金屬、陶瓷、玻璃、高分子等各種各樣的材料,因此微電子封裝是一門跨學(xué)科知識整合的科學(xué),整合了產(chǎn)品的電氣特性、熱傳導(dǎo)特性、可靠性、材料與工藝技術(shù)的應(yīng)用以及成本價格等因素,以達(dá)到最佳化目的的工程技術(shù)。
在微電子產(chǎn)品功能與層次提升的追求中,開發(fā)新型封裝技術(shù)的重要性不亞于電路的設(shè)計與工藝技術(shù),世界各國的電子工業(yè)都在全力研究開發(fā),以期得到在該領(lǐng)域的技術(shù)領(lǐng)先地位。
4、微電子封裝的功能
微電子封裝所實現(xiàn)的功能主要有四點:
① 傳遞電能,主要是指電源電壓的分配和導(dǎo)通。
② 傳遞的電路信號,主要是將電信號的延遲盡可能減小,在布線時應(yīng)盡可能使信號與芯片的互連路徑以及通過封裝的i/o接口引出的路徑達(dá)到最短。
③ 提供散熱途徑,主要是指各種封裝都要考慮元器件、部件長期工作時如何將聚集的熱量散出的問題。
④ 結(jié)構(gòu)保護(hù)與支持,主要是指封裝可為連接部件提供牢固可靠的機械支撐,并能適應(yīng)各種工作環(huán)境和條件的變化。
5、微電子封裝的技術(shù)層次
微電子封裝通常有四個層次:
第一層次:是指把電路芯片與封裝基板或引腳架之間的粘貼固定、電路連線與封裝保護(hù)的工藝,使之成為易于取放輸送,并可與下一層次組裝進(jìn)行連接的模塊元件。
第二層次:將數(shù)個第一層次完成的封裝與其他電子元器件組成一個電路卡的工藝。
第三層次:將數(shù)個第二層次完成的封裝組裝成的電路卡組合在一個主電路板上使之成為一個部件或子系統(tǒng)的工藝。
第四層次:將數(shù)個子系統(tǒng)組裝成為一個完成電子產(chǎn)品的工藝過程。
在芯片上的電路元器件間的連線工藝也稱為零級層次的封裝,因此封裝工程也可以用五個層次區(qū)分。
6、微電子封裝的分類
①按照封裝中組合電路芯片的數(shù)目,微電子封裝可分為單芯片封裝(scp)與多芯片封裝(mcp)兩大類,mcp指層次較低的多芯片封裝,而mcm指層次較高的多芯片封裝。
②按照密封的材料區(qū)分,可分為以高分子材料(即塑料)和陶瓷為主的種類。陶瓷封裝的熱性質(zhì)穩(wěn)定,熱傳導(dǎo)性能優(yōu)良,對水分子滲透有良好的阻隔能力,因此是主要的高可靠性封裝方法;塑料封裝具有工藝自動化、低成本、薄型化封裝等優(yōu)點,因此塑料封裝是目前市場最常采用的技術(shù)。
③按照器件與電路板互連方式,封裝可分為引腳插入型(pth)和表面貼裝型(smt)兩大類。pth器件的引腳為細(xì)針狀或薄板狀金屬,以供插入底座或電路板的導(dǎo)孔中進(jìn)行焊接固定;smt器件則先粘貼于電路板上再以焊接固定,它具有海鷗翅型、鉤型、直柄型的金屬引腳,或電極凸塊引腳(也稱為無引腳化器件)。
④依據(jù)引腳分布形態(tài)區(qū)分,封裝元器件有單邊引腳、雙邊引腳、四邊引腳與底部引腳等4種。常見的單邊引腳有單列式封裝(sip)與交叉引腳式封裝(zip);雙邊引腳元器件有雙列式封裝(dip)、小型化封裝(sop)等;四邊引腳有四邊扁平封裝(qfp)、底部引腳有金屬罐式(mcp)與點陣列式封裝(pga)。
由于產(chǎn)品小型化以及功能提升的需求和工藝技術(shù)的進(jìn)步,封裝的形式和內(nèi)部結(jié)構(gòu)也有許多不同的變化。
7、微電子封裝的材料
微電子封裝所使用的材料包括金屬、陶瓷、玻璃、高分子等,金屬主要為電熱傳導(dǎo)材料,陶瓷與玻璃為陶瓷封裝基板的主要成分,玻璃同時為重要的密封材料,塑料封裝利用高分子樹脂進(jìn)行元器件與外殼的密封,高分子材料也是許多封裝工藝的重要添加物。材料的使用與選擇是由封裝的電熱性質(zhì)、可靠性、技術(shù)與工藝、成本價格的需求有關(guān)。