芯片封装技术 教师：钟铁钢 教材：李可为.集成电路芯片封装技术(第2版).电子工业出版社.2013 第一章 绪论
一、微电子封装的概念：
狭义上是指利用薄膜技术和微细加工技术，将芯片和其他要素在框架或基板上布置、固定、粘贴及连接，引出接线端子并利用可塑性绝缘介质灌封、固定，并构成整体的立方结构的工艺。
广义上包括狭义上的封装和系统封装（又称封装工程）是指将基板、芯片封装整体及分立器件等要素，按电子整机的要求进行连接和装配，实现一定的电气、物理性能，转换成具有整机形式的整机结构或装置。
二、芯片封装涉及到的领域：化学、物理、电气自动化、材料。 三、芯片封装的功能：1.电源分配：传递电能 2.信号分配 3.提供散热途径
4.机械支撑 5.环境保护
四、确定封装要求的影响要素：1.性能 2.产品可靠性 3.外形与结构 4.成本
五、微电子封装的技术层次：
1.芯片互联级（芯片层次封装）：将集成电路芯片与基板或引脚架之间的粘连固定、电路连线与封装保护工艺。 2.多芯片封装：形成“电路卡”工艺。
3.部件及子系统的封装。 4.电子整机系统的构建。
5.第零层次：芯片上集成电路元件之间的连接工艺。
六、封装的分类：
1.按封装中组合集成电路芯片的数量分：单芯片封装（SCP）、多芯片封装（MCP）。
2.按密封材料分：金属、陶瓷、高分子聚合物。
3.按器件与电路板的互连方式分：引脚插入型（PTH）、表面贴装型（SMT）。
七、封装形式的发展：发展方向：轻、薄、短、小。
SIP 单边引脚 引脚间距2.54mm
ZIP 交叉引脚 引脚间距1.27mm
八、封装材料的性能参数：1.介电常数ε：ε>1为绝缘材料。
2.热膨胀系数CTE：在等压条件下，单位温度变化导致的体积变化。
3.介电强度：试样击穿时，单位厚度上能承受的压力（电压）。
九、微电子封装技术发展的驱动力：
1.集成电路的发展对微电子封装材料的推动。
2.电子整机的发展对微电子封装的驱动。
3.市场发展对微电子封装的驱动。
十、微电子技术发展对封装的要求：
1.封装尺寸小型化（微型化）：采用新的封装形式和材料实现。
2.适应更高的散热和电性能要求。 3.集成度提高适应大芯片要求。
4.高密度化和高引脚数。 5.适应恶劣环境。
6.适应高可靠性要求。 7.考虑环保要求。
第二章 封装工艺的流程 晶圆片 分片 贴片 引线键合 塑料封装 封装测试
一、芯片封装的分段：1.封装材料成型之前阶段——前段操作。
2.封装材料成型之后阶段——后段操作。
二、详细工艺流程：
1.芯片的减薄与切割：
减薄：①磨削、研磨②干式抛光③化学机械平坦工艺④电化学腐蚀⑤湿法腐蚀
切割：①刀片切割 ②激光半切割 ③激光全切割
2.芯片贴装：是指将集成电路芯片固定于封装基板或引脚架上的工艺过程。
①共晶粘贴法 ②焊接粘贴法 ③导电胶粘贴法 ④玻璃胶粘贴法
3.芯片互连：是指将芯片焊区与电子封装外壳的I/O引线或基板上的金属布线焊区相连接，以实现芯片功能的制造工艺。
①引线键合技术（WB） ②载带自动键合技术（TAB） ③倒装芯片键和技术（PCB）
4.材料成型技术：①转移成型技术 ②喷射成型技术 ③预成型技术
封装材料： ①热塑性材料（可反复应用，物理反应）
②热固性材料（不可反复应用，化学反应）
5.去飞边毛刺：毛刺飞边指封装过程中塑封料树脂溢出，帖带毛边，引线毛刺等现象。
介质去毛刺飞边技术：①去毛刺飞边 ②将引线擦毛（去引线外部氧化层）
6.引脚上焊锡： 目的：①增加保护性镀层，以增加抗蚀性 ②增加可焊性
方式：①电镀工艺 ②锡工艺
7.切筋成型：①切筋 ②打弯
8.打码工艺：①油墨印码 ②激光印码
9.测试、包装：测试的三个阶段：①目检 ②老化实验 ③最终测试
一、厚膜简介：厚膜技术是指采用丝网印刷技术，经干燥、烧结等工艺，将传统无源元件或导体形成于散热性能良好的陶瓷绝缘基板上，并用激光处理达到线路所需的精密度，之后采用表面帖装技术（SMT）将IC或其他元器件进行安装，形成最终电路结构，最后采用多样化的引脚和封装形式得到最终的混合电路。
二、厚膜浆料：
1.两个共性：①适用于丝网印刷的具体非牛顿流变能力的黏性液体
②有两种不同的多组份组成：
功能相：提供材料的电学和力学性能
截体相：提供合适的流变能力
【注】牛顿流体指剪切应力与剪切变形速率成线性关系的液体（低黏性液体）。
2.传统厚薄膜浆料的主要成份：
①有效物质：决定膜的功能。浆料中的有效物质决定烧结膜的电性能，如果是金属则烧结膜是导体；如果是金属氧化物则是一种电阻；如果有效物质是一种绝缘材料，则烧结后的膜是一种介电体。
②粘接成份：提供膜与基板间的粘贴力，使有效物质处于悬浮状态。
③有机粘接剂：可使有效物质和粘接成分保持悬浮态直到膜烧制完成；可为浆料提供良好的流变能力以进行丝网印刷。有机粘结剂不挥发，但在高温下趋于烧尽。
④溶剂或稀释剂：用于烧结前的有机粘结剂的稀释，烘干和烧结时挥发掉。
三、厚膜浆料的参数：粒度、固体粉末百分比含量、粘度。
1.为适应丝网印刷，浆料需具有下述特性：
①流体必须具有一定的屈服点：印刷后静止不流动，流动最小压力远大于重力。
②流体应具有一定的触变性：剪切速率影响流体流动性。
③流体应具有某种程度滞后作用：粘度随压力降低而增加。
四、厚膜导体材料：
1.实现的功能：①提供电路节点间的导电布线功能 ②提供后续元器件焊接安装区域
③提供电互连：元器件、膜布线和更高级组装互连 ④提供厚膜电阻的端接区
⑤提供多层电路导体层间的电气连接
2.基本类型：①可空气烧结的厚膜导体： Au和Ag等。
②可氮气烧结的厚膜导体： Cu、Ni和Al等。
③须还原气氛烧结的厚膜导体： W，防止烧结过程中，其他物质热分解后被氧化。
3.混合电路制造对厚膜导体材料的要求：①电导率高、且温度相关性小。
②不与玻璃态物质发生反应。 ③与介电体和电阻体相容性好，不向其扩散。
④不发生电迁移、无焊接浸蚀。 ⑤耐热循环和热冲击，高温时不发生电蚀现象。
⑥资源丰富、价格低廉。
4.厚膜电阻电性能：
①初始电阻性能：
a.电阻温度系数TCR：材料电阻随温度变化的特性称为电阻温度系数，通常是非线性关系。
金属材料的TCR是正值，非金属材料的TCR为负值。
b.电阻电压系数VCR：表征电阻对高电压的敏感性，也是非线性关系。
电压增加时电阻浆料的半导体组分VCR是负值。
c.电阻噪声：指材料中基态电子发生跃迁时出现的影响自由电子运动的现象。能级间电位差越大，噪声越大。厚膜电阻中有两种噪声源：热噪声和电流噪声。其中，热噪声多来自材料内部电子能级跃迁；而电流噪声则来自材料边界间的电子跃迁。
②时间相关性能：高温漂移、潮湿稳定性、功率承载容量。
五、厚膜介质材料：
1.厚膜介质材料是以多层结构形式用作导体层间的绝缘体，可在介质层上留有开口区或通孔以便相邻导体层之间的电互连。
2.混合电路制造对厚膜介质材料的要求：
①烧结获得的厚膜介质材料膜必须连续、致密的，以起到消除层间短路的目的。
②介质材料膜必须具有良好的热膨胀系数(CTE)匹配性，以减少基板受热弯曲引起的材料层间开裂。
③介质材料膜必须具有良好的介电性能。
3.釉面材料是可在较低温度下烧结的非晶玻璃，作用是对电路提供机械保护和抗外部环境影响保护，阻挡焊料的散布、确保厚膜电阻调阻后的稳定性。
六、丝网印刷：
1.丝网印刷是指将浆料按照基板上的图案涂布在基板上的工艺，主要通过不锈钢网的网孔印刷涂布至基板表面，不锈钢网网孔的设计制作采用的掩模技术。
2.丝网印刷步骤：①丝网固定在丝网印刷机上 ②将基板直接放在丝网下面，平行紧贴
③涂布浆料在丝网上面 ④刮板在丝网表面平行运动，将图案印在基板上 ⑤丝网脱离。
3.丝网印刷的注意事项：①浆料的触变性（非牛顿流体） ②浆料的粘度合适
③印刷线条的清晰度和精确度：基板表面张力>丝网表面张力
4.丝网印刷基本步骤：
七、厚膜浆料的干燥
1.厚膜浆料干燥工艺：①流平：常温下，挥发低温挥发有机组分，时间约为5-15min，以保证粘度下降的浆料有足够的时间挥发和恢复粘度（用以维持印刷膜的边缘清晰度）。
②强制干燥：70-150℃温度范围内强制干燥约15min，注意抽风排除溶剂，防止对烧结气氛产生影响。
2.浆料干燥工艺参数控制：①干燥气氛纯洁度：干燥过程须在洁净室内进行(<100000级），防止灰尘或纤维屑等落在烘干的膜表面，以免后续烧结产生缺陷。
②干燥升温速率：如果升温速率过快，溶剂的迅速挥发易造成膜的开裂。
3.厚膜浆料烧结的控制要点：①清洁的烧结环境
②均匀可控的温度工作曲线：预热 升温 恒温 降温
③均匀可控的烧结气氛
第四章 芯片互连技术
一、互连技术分类：引线键合技术(WB)、载带自动键合技术(TAB)、倒装芯片键合技术(FCB)
二、引线键合技术：
1.概述：是指将半导体裸芯片焊区与微电子封装的I/O引线或基板上的金属布线焊区用金属细丝连接起来的工艺技术。
2.分类和应用范围：
①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。键合点一端是球形，一端是楔形 ，常用于Au丝键合。
②超声键合：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。
③热超声波(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。
3.对金属材料特性的要求：①可塑性好，易保持一定形状，化学稳定性好。
②尽量少形成金属间化合物，键合引线和焊盘金属间形成低电阻欧姆接触。
【注】柯肯达尔效应：两种扩散速率不同的金属交互扩散形成缺陷。如Al-Au键合后，Au向Al中迅速扩散，产生接触面空洞。
三、载带自动键合技术
1.概述：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，具体指将芯片焊区与电子封装体外壳的I/O引线或基板上的布线焊区用有引线图形金属箔丝连接。
2.分类：按其结构和形状可分为①Cu箔单层带 ②Cu-PI双层带
③Cu-粘接剂-PI三层带 ④Cu-PI-Cu双金属带
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