微电子器件封装-第1章

微电子器件封装-封装材料与封装技术朱路平城市建设与环境工程学院Email：[e-mail]：422048712WaferPackageSingleICAssemblyPackaging&AssemblyistheBridgeBetweenICandSystem！本课程为材料专业本科学生的一门必修课，涉及静态和动态两方面，即电子封装材料的种类、性质和功能，以及电子封装工艺的设计、控制等技术。通过本课程的学习，初步地掌握电子封装的一些基本理论和工艺，为绿色电子材料的设计、加工及应用打下良好的基础。一、课程性质与任务二、内容提要《微电子器件封装-封装材料与封装技术》从封装用的材料着手，较详细地介绍了微电子器件封装用的各类材料，包括高分子材料、陶瓷材料、金属焊接材料、密封材料及黏合剂等材料，阐述了半导体芯片、集成电路器件等的封装制造工艺，讲述了微电子器件封装的电子学和热力学设计的基础理论。三、课程内容微电子器件封装概述封装的电设计封装的热控制陶瓷封装材料聚合物材料封装引线框架材料金属焊接材料高分子环氧树脂IC芯片贴装与引线键合可靠性设计熟练掌握电子封装用的五大材料：高分子材料、陶瓷材料、金属焊接材料、密封材料及黏合剂的性质和功能；掌握半导体芯片、集成电路器件等的封装制造工艺；理解微电子器件封装的电子学和热力学设计的基础理论。四、课程基本要求课外阅读书籍1.(美)查尔斯A.哈珀|译者:沈卓身//贾松良.《电子封装材料与工艺》,化学工业出版社,2006年第1版2.(美国)C.A.哈珀编//贾松良.《电子组装制造:芯片·电路板·封装及元器件(精装)》,科学出版社,2005年第1版3.田民波编.《电子封装工程》,清华大学出版社,2003年第1版4.中国电子学会生产技术学分会丛书编委会组编.《微电子封装技术》,中国科学技术大学出版社,2003年第1版考核采用综合评价的方式进行：其中考试占70%；平时作业、提问、考勤占30%。考核方式第一章微电子器件封装概述什么是封装？所谓“封装”是一种将集成电路用绝缘的塑料或陶瓷材料打包。1.1微电子封装的意义及作用（为什么需要进行封装？）封装为半导体提供环境的保护；封装为半导体提供机械支撑；封装为半导体所产生的热量提供一种耗散途径；封装为半导体提供与下一级封装的互连；1.2微电子基础1.2.1微电子技术的发展史微电子技术是以集成电路为核心的电子技术，在19世纪末无线电发明之后，在电子元器件小型化、微型化的过程中发展起来的一门重要学科。◆20世纪初：真空电子管（通讯、测量、自动控制等）◆20世纪40年代：晶体管（1947年）--微电子工业实现革命化，开创了微电子技术新纪元。☻与电子管相比：体积小、重量轻、功耗低、寿命长◆20世纪60年代：集成电路SSI---→MSI---→LSI---→ULSI---→GSI…….(4个晶体管)…….（超大型集成）（十亿级集成）微电子技术的发展演变晶体管(1947)中/小规模集成电路(1950’s)大规模/超大规模集成电路(1970’s)电子管(1904)■真空管---------第一代微电子器件■晶体管---------第二代微电子器件■中小规模集成电路---------第三代微电子器件■大规模集成电路---------第四代微电子器件■超大规模集成电路---------第五代微电子器件……SOC（SystemOnChip）：将系统所有的器件集成到一个单一的芯片上，实现电子产品的极小型化和高性能。材料绝缘体导体半导体良的导体：银、铜、金、铝等单质：硅（Si）、锗（Ge）化合物：砷化镓（GaAs）(a)(b)(c)空带满带化合物，如塑料等1.2.2半导体理论图中•代表电子，Ev称为价带顶，它是价带电子的最高能量。在一定温度下，价电子有可能依靠热激发，获得能量脱离共价键，在晶体中自由运动，成为准自由电子。它们也就是能带图中导带上的电子。脱离共价键所需的最小能量就是禁带宽度Eg，Ec称为导带底，它是导带电子的最低能量。本征激发：价带电子激发成为导带电子的过程。半导体分类♣本征半导体：纯硅（Si）、锗（Ge）等；掺杂：向本征半导体中加入不同元素或杂质而制造自由电子的方法；被掺杂的半导体称为非本征半导体。♣非本征半导体：N型半导体，指硅掺杂了第VA族的元素P、As、Sb等；P型半导体,指硅掺杂了第III族的元素B、In等；♣化合物半导体：二元：砷化镓（GaAs），锑化铟（InSb）；三元：GaAsP、AlGaAs；四元：AlGaAsPSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSipSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiBSiSiSiSiSiSiB-+1.2.3微电子元件（1）P-N结二极管P-N结：将P型和N型的半导体材料连接在一起，就可以形成P-N结。源极漏极衬底栅极典型的MOSFET(MOS)结构示意图（2）金属氧化物半导体场效应三极管（MOSFET）1.2.4微电子封装和互连接的等级☻0级封装互连接：半导体芯片内部的互连接；☻1级封装：密闭封装，就是将芯片密封，封装成为电子集成电路块；☻1.5级封装：多芯片和圆晶级混合集成电路的装配；☻2级封装：印刷电路板的封装和装配；☻3级封装：插件接口、主板及组件之间的互连接；☻4级封装：微电子系统的布线和互连接。1.2.5集成电路（IC）及其封装的种类什么是集成电路？集成电路(IntegratedCircuit，简称IC)：以半导体单晶片作为基片,采用平面工艺，将晶体管、电阻、电容等元器件及其连线所构成的电路制作在基片上所构成的一个微型化的电路或系统.优点：体积小、重量轻功耗小、成本低速度快、可靠性高超大规模集成电路小规模集成电路集成电路的制造流程晶圆硅平面工艺硅平面工艺包括氧化、光刻、掺杂和互连等工序，最终在硅片上制成包含多层电路及电子元件的集成电路。通常每一硅抛光片上可制作成百上千个独立的集成电路，这种整整齐齐排满了集成电路的硅片称作“晶圆”芯片检测、分类集成电路封装对晶圆上的每个电路进行检测，然后将晶圆切开成小片，把合格的电路分类，再封装成一个个独立的集成电路成品测试成品进行成品测试，按其性能参数分为不同等级，贴上规格型号及出厂日期等标签，成品即可出厂抛光切片单晶硅锭经切割、研磨和抛光后制成镜面一样光滑的圆形薄片。单晶硅锭抛光切片布图刻蚀划片芯片封装、测试IC制造工艺过程晶锭的生长切克劳斯基【Czochralski（CZ）】法1.2.5集成电路（IC）及其封装的种类集成程度：集成到一个单一芯片上的元件的数量。封装材料：金属、陶瓷、塑料等集成电路芯片的封装插孔型封装表面安装封装双列直插（DIP）,小双列直插（SH-DIP）瘦双列直插（SK-DIP）,单列直插（SIP）锯齿式直插（ZIP），针栅阵列（PGA）小外型（SOP）,四边扁平（QFP）无引线芯片（LCC）,塑料有引线（PLCC）球栅阵列（BGA），载带自动焊（TAB）封装的评价参数♣输入输出终端数目；终端数目越大，封装引出线间距离就越小。♣集成电路芯片的尺寸；其关系到集成电路芯片与封装连接的可靠性。♣功率；器控制集成电路芯片及系统包装的散热功率。封装趋势：◆封装尺寸逐渐接近集成电路芯片的尺寸；◆封装引线间距离不断缩小，以适应越来越多的终端数目；◆最大工作效率及散热方式的调整。Electronicpackaging1.3微电子整机系统封装主要有：◆计算机系统封装，要求最高的信号传输速度和电子性能；◆通讯系统封装，要求最高的带宽；带宽：输出的平行比特（bit）数与输送频率的乘积。单位：bit/s◆汽车微电子系统封装，要求能适应恶劣环境；◆医用及消费者电子产品封装，要求封装小型化。1.电的方面要求；2.机械方面的要求；3.环境方面的要求；4.可靠性方面的要求；5.成本核算方面的要求；……1.4微电子封装设计应综合考虑的以下方面：