课程论文(微电子器件封装技术)

《微电子器件封装》期末考核课程论文1of32011—2012年第一学期《微电子器件封装技术》期末考核课程论文电子封装材料的现状及发展趋势学院：物理与电子工程学院专业班级：电子信息科学与技术专业2009级姓名：陈XX学号：XXXXXXXXX2011年12月21日电子封装材料的现状及发展趋势陈XXXXXX摘要：本文介绍了微电子封装材料的现状及其优缺点，并展望了各材料的今后发展趋势。关键字：芯片封装、材料、发展趋势一、引言电子封装最初的定义是：保护电路芯片免受周围环境的影响（包括物理、化学的影响）。所以，在最初的微电子封装中，是用金属罐(metalcan)作为外壳，用与外界完全隔离的、气密的方法，来保护脆弱的电子元件。但是，随着集成电路技术的发展，尤其是芯片钝化层技术的不断改进，封装的功能也在慢慢异化。芯片封装不仅对芯片具有机械支撑和环境保护作用，使其避免大气中的水汽、杂质及各种化学气氛的污染的侵蚀，从而使IC芯片能稳定地发挥正常电气功能，而且封装对器件和电路的电、热性能乃至可靠性起着举足轻重的作用，芯片封装技术发展水平会直接影响IC的制造水平。芯片封装是一个富于挑战、引人入胜的领域。它是集成电路芯片生产完成后不可缺少的一道工序，是器件到系统的桥梁。封装这一生产环节对微电子产品的质量和竞争力都有极大的影响。按目前国际上流行的看法认为，在微电子器件的总体成本中，设计占了三分之一，芯片生产占了三分之一，而封装和测试也占了三分之一，真可谓三分天下有其一。正是由于封装在微电子期间中扮演着如此重要的角色，所以封装材料的使用也就成为了一个至关重要的问题。因此，本文对芯片封装材料的现状进行了初步的研究，并对其发展趋势进行了分析。二、封装材料电子封装技术的重要支撑是电子封装材料，对集成电路来说，电子封装材料是指集成电路的包封体。电子封转根据其气密性可分为气密性封装和非气密性封装，所谓气密性封装是指完全能够防止污染物（液体或固体）的侵入和腐蚀的封装。其中气密性封装可分为金属封装和陶瓷封装，非气密性封装有塑料封装【1】。1.金属封装金属封装是半导体器件封装的最原始的形式，它将分立器件或集成电路置于一个金属容器中，用镍作封盖并镀上金。金属圆形外壳采用由可伐合金材料冲制成的金属底座，借助封接玻璃，在氮气保护气氛下将可伐合金引线按照规定的布线方式熔装在金属底座上，经过引线端头的切平和磨光后，再镀镍、金等惰性金属给与保护。在底座中心进行芯片安装和在引《微电子器件封装》期末考核课程论文2of3线端头用铝硅丝进行键合。组装完成后，用10号钢带所冲制成的镀镍封帽进行封装，构成气密的、坚固的封装结构。优点：（1）气密性好,不受外界环境因素的影响;（2）硬度和强度高，不易变型；（3）金属封装形式多样，可以和某些部件融合为一体，可以满足小批量、高可靠性的要求。缺点：（1）价格昂贵；（2）工艺较复杂，难于加工；（3）外型灵活性小，不能满足半导体器件日益快速发展的需要；金属封装广泛用于混合电路的封装，主要是军用和定制的专用气密封装，在许多领域，尤其是在军事及航空航天领域得到了广泛的应用。2.陶瓷封装陶瓷封装是高可靠度需求的主要封装技术。当今的陶瓷技术已可将烧结的尺寸变化控制在0.1%的范围，可结合厚膜技术制成30-60层的多层连线传导结构，因此陶瓷也是作为制作多芯片组件（MCM）封装基板主要的材料之一。陶瓷封装是继金属封装后发展起来的一种封装形式，它象金属封装一样，也是气密性的，但价格低于金属封装，而且，经过几十年的不断改进，陶瓷封装的性能越来越好，尤其是陶瓷流延技术的发展，使得陶瓷封装在外型、功能方面的灵活性有了较大的发展【2】。目前，IBM的陶瓷基板技术已经达到100多层布线，可以将无源器件如电阻、电容、电感等都集成在陶瓷基板上，实现高密度封装。陶瓷封装由于它的卓越性能，在航空航天、军事及许多大型计算机方面都有广泛的应用，占据了约10％左右的封装市场（从器件数量来计）。优点：（1）在各种IC元器件的封装中，陶瓷封装能提供IC芯片气密性的密封保护，使其具有优良的可靠度；（2）散热性好，热膨胀系数与硅接近；（3）可实现多信号、地和电源层结构，并具有对复杂的器件进行一体化封装的能力；（4）其在电、热、机械特性等方面极其稳定，而且它的特性可通过改变其化学成分和工艺的控制调整来实现。缺点：（1）与塑料封装相比较，它的工艺温度较高，成本较高；（2）工艺自动化与薄型化封装的能力逊于塑料封装；（3）其具有较高的脆性，易致应力损害；（4）烧结装配时尺寸精度差、介电系数高。陶瓷封装一般主要应用于一些高端产品中，适用于航空航天的高可靠性、高频、耐高温、气密性强的产品封装。3.塑料封装在电子封装材料中以塑封料用量最大，发展最快，它是实现电子产品小型化、轻量化和低成本的一类重要封装材料。目前我国的塑封能力以保持每年30%以上的速度增长。塑封料所使用的材料为热固型塑料，主要包括酚醛类、聚脂类、环氧类和有机硅类(硅酮塑料)。《微电子器件封装》期末考核课程论文3of3电子封装技术对塑封料的性能要求随着IC线宽越来越小，集成度越来越高，对塑封料的性能硬盘是一种主要的电脑存储媒介，由一个或者多个铝制或者玻璃制的碟片组成。这些碟片外覆盖有铁磁性材料【3】。绝大多数硬盘都是固定硬盘，被永久性地密封固定在硬盘驱动器中。不过，现在可移动硬盘越来越普及，种类也越来越多。优点：（1）成本低；（2）小型化、薄型化、轻量化；（3）工艺较为简单，适合自动化生产。缺点：（1）散热性和耐热性差；（2）密封性不好，不适用于军用和定制的专用气密封装。三、发展趋势现在，金属封装所占的市场份额已越来越小，几乎已没有商品化的产品。少量产品用于特殊性能要求的军事或航空航天技术中。在国际上，电子封装作为一个独立的高技术产业来发展，它涉及了物理、化学、机械、材料和计算机等多领域的综合学科。在中国，电子封装还没有形成产业的规模，水平也落后于世界的发展，但总的电子封装材料发展趋势与世界封装材料的发展趋势大致相同，主要有以下几大特点：1.从陶瓷封装向塑料封装发展在陶瓷封装向高密度、多引线和大功耗发展的同时，越来越多的领域由塑料封装所取代，从分立器件到集成电路，从投资类集成电路到消费类集成电路无一例外。国际上一些成熟的塑料封装形式已在中国扎根，并将迅速发展。目前主要有pS0p、pQFP、pSOJ、pLCC和pDIP，也要向PBGA、PPGA来发展，这些封装形式全部用于表面安装，这也必将推进表面组装技术的进程。2.先发展后道封装再发展芯片这是一个成功的经验。与芯片制造相比，后道封装投入较小，见效较快，因此在八十年代末被美国、韩国、日本、新加坡和马来西亚采用，当时封装向东南亚和南亚转移。这两年各国纷纷来中国建立封装厂，据不完全统计，已有19家国外公司合资或独资在中国建立了工厂，包括Motoroal、Intel、Harris、NEe、松下、日立、三星、现代等公司总投入逾10亿美元，大多从后道封装开始，我国必须抓住这个机遇，发展我国的电子封装。它的应用范围极广，从一般的消费性电子产品到精密的超高速电脑中随处可见，也是目前微电子工业使用最多的封装方法【4】。3．相对而言，塑料封装自七十年代以来发展更为迅猛，已占据了90％（封装数量）以上的封装市场份额，而且，由于塑料封装在材料和工艺方面的进一步改进，这个份额还在不断上升。塑料封装最大的优点是价格便宜，其性能价格比十分优越。随着芯片钝化层技术和塑料封装技术的不断进步，尤其是在八十年代以来，半导体技术有了革命性的改进，芯片钝化层质量有了根本的提高，使得塑料封装尽管仍是非气密性的，但其抵抗潮气侵入而引起电子器件失效的能力已大大提高了，因此，一些以前使用金属或陶瓷封装的应用，也已渐渐被塑料封装所替代。参考文献：【1】李可为.集成电路芯片封装技术.电子工业出版社【2】周良知.微电子封装.北京：化学工业出版社，2005.【3】韩郑生.赵树武.芯片制造.电子工业出版社【4】