芯片封装技术

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

第三章 厚膜技术

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

3.工艺步骤：先在芯片上形成凸点，将芯片上的凸点同载带上的焊点通过引线压焊机自动的键合在一起，然后对芯片进行密封保护。

4.关键材料：①基带材料：基带材料要求高温性能好、热匹配性好、收缩率小、机械强度高等，聚酰亚胺（PI）是良好的基带材料，但成本较高，此外，可采用聚酯类材料作为基带。

②基带金属材料：制作TAB引线图形的金属材料常用Cu箔，少数采用Al箔，导热性和导电性好，机械强度高，延展性好。

③凸点接触材料：芯片焊区金属通常为Al，在金属膜外部淀积制作粘附层和钝化层，防止凸点金属与Al互扩散。典型的凸点金属材料多为Au或Au合金。

5.优点：①TAB结构轻、薄、短、小，封装高度<1mm

②电极尺寸、电极与焊区间距较之WB小 ③容纳I/O引脚数更多，安装密度高

④引线电阻、电容、电感小，有更好的电性能 ⑤可对裸芯片进行筛选和测试

⑥采用Cu箔引线，导电导热好，机械强度高 ⑦键合点抗键合拉力比WB高

⑧采用标准化卷轴长带，对芯片实行多点一次焊接，自动化程度高

四、倒装芯片键合技术

1.概述：是指将裸芯片面朝下，芯片焊区与基板上的金属布线焊区直接互连的一种键合方法。由于芯片通过凸点直接连接基板和载体上，倒装芯片又称为DCA（Direct Chip Attach）。

2.芯片凸点类型： ①按材料可分为：焊料凸点、Au凸点和Cu凸点

②按凸点结构可分为：周边性和面阵型

③按凸点形状可分为：蘑菇型、直线型、球型

3.工艺步骤：①调准对位 ②落焊头压焊 ③倒装芯片下填充

4.特点：

优点：①互连线短，互连电特性好 ②占基板面积小，安装密度高

③芯片焊区面分布，适合高I/O器件 ④芯片安装和互连可同时进行，工艺简单、快速

缺点：①需要精选芯片 ②安装互连工艺有难度，芯片朝下，焊点检查困难

③凸点制作工艺复杂，成本高 ④散热能力有待提高

第五章 焊料合金

一、电子组装焊料：一种易熔金属，是通过自身吸热融化将两种或多种不熔的母材实现机械和电气连接的一种材料。

二、电子产品焊接对焊料的性能要求：

1.熔点相对较低，有利于焊料的均匀分布。

2.熔融的焊料需在被焊金属表面具有良好的流动性，有利于焊料的均匀分布。

3.凝固时间要短，有利于焊料的成型，便于操作。

4.焊接后焊点外观要好，便于检查。

5.导电性要好，并有足够的机械强度。

6.抗腐蚀性要好，能够耐受高低温、酸碱等恶劣环境。

7.原材料应当资源丰富，价格低廉。

三、焊料合金的成分：

1.锡的物理性质：符号Sn，原子序数50，原子量118.71。地壳中的含量为0.004%，几乎都以锡石(氧化锡)的形式存在。金属锡柔软，易弯曲，熔点231.9℃，沸点226℃，密度:5.77(α锡)、7.29(β锡) ，延展性好。

2.锡的化学性质：

①在大气中耐腐蚀性能好，不受水、氧气、二氧化碳的作用，不失去金属光泽。

②能抗有机酸的腐蚀，对中性物质有较高的抗腐蚀性。

③锡是一种两性金属，能与强酸和强碱起化学反应。

3.铅的物理性质：符号Pb，原子序数82，原子量207.2。地壳中质量含量为0.0016%，铅很少以游离状态存在于自然界，主要以方铅矿(PbS)、白铅矿(PbCO3)、硫酸铅矿(PbSO4)的形式存在。熔点327.502℃，沸点1740℃，密度11.3437g／cm³。质地柔软，延性弱，展性强，有润滑性。

【注】延性：材料在受到拉力作用产生断裂前的塑性形变的能力。展性：外力作用下能碾成薄片而不破裂的性质。

4.铅的化学性质：铅的化学性质稳定，有良好的抗腐蚀能力。

5.焊料的分类：①Sn-Pb共晶焊料 ②含Bi、In的低温焊料

③富Pb的高温焊料 ④含Ag、Sn的高强度焊料

第六章 元器件与电路板的接合方式

一、元器件与电路板的接合方式：1.引脚插入式接合THT 2.表面贴装式接合SMP

引脚是热和电信号的导通通道，有些引脚还支撑元器件自身重量。

二、接合方式的选用依据：1.电路板的密度 2.元器件可维修性和更换频率

3.可靠性 4.功能需求 5.制作成本

三、混合电路接合技术：

1.双面SMT接合 2.双面THT与SMT接合 3.正面THT与反面SMT接合

4.引脚插入式(THT)：

①按引线形状分：直插型，弯曲型，半弯曲型，铲型，迂回接合型。

②依据通孔内壁是否镀有铜膜分：有支撑焊接点，无支撑焊接点。

③按导孔接合方式分：弹簧固定式，针脚焊接式。

5.表面贴装式：①有引脚式 ②无引脚式

四、引脚架材料：

1.铁镍合金： 42%Fe-58%Ni合金

特点：①与Si、Al材料热膨胀系数匹配性好 ②可直接进行电镀或浸锡

③强度、韧性等机械性能好 ④导热性差，不适合高功率器件封装

2.复合金属：不锈钢覆铜复合材料，常用于塑料封装

特点：①导热性好（相比于铁镍合金） ②机械强度接近铁镍合金 ③热膨胀系数大

3.铜合金：与铁、锌、锡等合金，常用于塑料封装

特点：①导电、导热性能好 ②机械强度高 ③热膨胀系数高

五、THT引脚焊接接合流程：

插件 涂布助焊剂 预热 浸锡成型 多余焊锡吹除 检测，清洁。

第七章 陶瓷封装

一、陶瓷封装工艺简介：

指将IC芯片粘贴固定在一个载有引脚架或厚膜金属导线的陶瓷基板孔洞中，完成芯片与引脚间的互连后，再将另一片陶瓷或金属盖板采用玻璃或金属材料进行密封粘贴。

二、陶瓷封装技术特点：

1.能提供IC芯片气密性的密封保护，使其具有优良的可靠性。

2.电、热、机械特性等方面稳定，可作为封装的封盖材料，各种微电子产品的承载基板。

3.与塑料封装相比较，它的工艺温度较高，成本较高。

4.工艺自动化与薄型化封装的能力逊于塑料封装。

5.陶瓷材料具有较高的脆性，易致应力损坏。

6.在需要低介电常数与高连线密度的封装中有欠缺，其必须与薄膜封装技术竞争。

三、陶瓷封装工艺流程：

铸模成型 引脚/基板黏接 晶片黏结 芯片黏接 打线键合 基板/盖板黏接 引线镀锡 引脚切割成型

四、陶瓷封装材料：

用于制作基板或盖板的基材为浆料。

高分子黏结剂

有机材料 塑化剂

浆料 有机溶剂

无机材料：加入玻璃粉末的氧化铝材料

加入玻璃粉末的作用：①调整CTE值 ②调整ε ③降低烧结温度 ④起一定粘接作用。

陶瓷基板按烧结温度分为高温共烧型和低温共烧型。

第八章 塑料封装

一、塑料封装概述：指用环氧树脂等合成的高分子聚合物将已完成引线键合的IC裸芯片和模块化的引线框架完全包封在一起的集成电路工艺。

二、塑料封装技术特点：

1.密度小，重量轻 2.成本低，薄型化发展迅速 3. 工艺较为简单，自动化程度高

4.电子产品可靠性总体不高 5. 散热性、耐热性、密封性差

三、塑料封装工艺流程：

裸芯片制作 芯片贴装 引线键合 铸模成型 烘烤成型 引脚镀锡 引脚切割成型

四、塑料封装材料：

塑料封装的铸膜成型材料分为热硬化型高分子材料(Thermosets)与热塑型(Thermoplastics)高分子材料。酚醛树脂、硅胶等热硬化型塑胶为塑料封装最主要的材料，它们都有优异的铸膜成型特性，但也各具有某些影响封装可靠性的缺点。

塑料封装的铸膜材料一般由酚醛树脂、加速剂、硬化剂、催化剂、耦合剂、无机填充剂、阻燃剂、模具松脱剂及黑色色素等成分组成。

1.硬化剂（固化剂）：在树脂塑料、胶粘剂之间能够使高聚物分子之间发生交联反应的物质。

2.催化剂：促进和引发高分子聚合物的交联反应。

3.加速剂：加速树脂的交联反应，促进胶凝硬化。

4.耦合剂（高分子凝胶）：改善聚合物黏性。

5.模具松脱剂：防止塑料、凝胶或其它材料粘接在模具表面，起到促脱离作用的功能性助剂。

6.阻燃剂：增加易燃聚合物难燃性的助剂。

7.无机填充剂：强化材料基底，降低CET值，提高热导率。

8.黑色色素：增加外观美观性并统一标准。黑色是IC封装工艺的标准色。

五、塑料封装及铸模工艺技术：

1.转移成型技术：

①成品厚度范围广，特别是厚度较大的芯片②适用于引线键合连线的IC封装③成品受污染小，结构致密④设备控制参数（压力、流速、温控速率）要求高⑤易产生倒线现象：引脚上下流速的不同易引起弯曲⑥设备结构复杂，精度要求高⑦铸模成型工艺压力易引起芯片封装框架的破坏

2.喷射成型技术：①成品厚度较小，适用于薄型化的小型器件②无铸模成型工艺压力引起的破坏③无原料的流动性和铸孔填充过程引起的破坏④适用于TAB连线的IC芯片封装⑤成品易受水水汽侵袭和干扰⑥原料的粘滞性要求极为严格⑦只能做单面涂装，无法避免应力产生⑧工艺时间比较长

3.预成型技术

六、塑料封装可靠性试验

1.高温偏压试验 2.加速应力试验 3.温度循环试验 4.温度/湿度/偏压试验 5.G1应力试验

【G1应力试验】是将元器件置于水、氯气、硫磺、二氧化氮气氛中的试验。

第九章 气密性封装

一、气密性封装简介：指能够完全防止污染物（液体和固体）侵入和腐蚀的封装形式。

气密性封装目的：保护IC芯片避免不适当的电、热、化学、机械等因素的影响，特别是外部环境中的水汽。

二、近气密性封装：介于全气密性封装和非气密性封装之间的一种封装新理念，也称为准气密性封装。其主要是通过使用一些特定的封装材料来实现一定的密封级别。

三、近气密性封装工艺流程：外壳的设计与加工 芯片贴装 引线键合 封帽 气密性检测

近气密性封装主要是采用特殊处理的热固塑脂类环氧基聚合物（如苯并环丁烯(BCB)）和热塑性塑料系列封料（如液晶聚合物(LCP)等高分子材料）。

四、金属气密性封装的形式与过程：

金属气密性封装具有良好的水隔绝能力，应用于分立的电子元器件和高可靠性要求的军用电子封装领域。封装过程如下：

1.将针状引脚固定在镀Ni或Au的金属基座钻孔内。

2.在基座上表面焊接金属缓冲层，目的是减低金属热膨胀系数差以缓冲热应力，增加散热性。

3.将IC裸芯片固定在金属基座上完成引线键合。

4.在基座周围熔接或焊接金属封盖。

五、金属封装的分类：

1.平台插入式金属封装：由平台式管座和拱形管帽组成，采用储能焊、锡焊、激光焊连接管帽。其中储能焊最为常用。

【储能焊】属于电容焊。主要是利用储能电容器在长时间内积蓄的电能，在焊接瞬间将能量释放出来获得极大的焊接电流，在两材料接触处形成的接触电阻会把相应的电能转换成热能从而完成焊接的过程。工业上也称冶金焊接。

2.腔体插入式金属封装：由腔体式管座和盖板(平盖板或台阶盖板)组成，采用平行缝焊焊接。

【平行缝焊】属于电阻焊。主要是通过两个圆锥形的滚轮电极分别压在上盖板和焊框两侧，加上电流后电流通过上电极、盖板、焊框、下电极，使得盖板和焊框接触处形成局部熔融状态，凝固成型后形成焊接点。所加的电流为脉冲电流，每一个脉冲都会形成一个焊接点，滚轮在盖板上匀速移动，重叠的焊点在盖板和焊框间形成连续的焊缝，从而完成气密性的焊接。

3.扁平式金属封装：由扁平式管座和盖板(平盖板或台阶盖板)组成，采用平行缝焊焊接。

4.圆形插入式金属封装：由圆形管座和拱形管帽组成，采用采用储能焊、锡焊、激光焊焊接。

六、金属气密性封装的特点：

1.封装气密性良好 2.可提供良好的热传导通道和电屏蔽方式

3.材料的结合特性和机械特性优于其它材料 4.金属缓冲层和合金化工艺技术成熟

5.熔接不能移去盖板进行再修复工作，焊接可以移去盖板进行再修复工作。

七、陶瓷气密性封装：是通过玻璃与陶瓷及金属合金引脚间的紧密结合特性来实现的。

封装形式：金属引脚架采用暂时软化的玻璃固定在釉化的陶瓷基板上，完成芯片贴装及引线键合后粘贴上盖板。

八、玻璃气密性封装：

1.玻璃的作用：玻璃是一种重要的固定、粘贴材料，能提供金属等材料间的密封性。

2. 玻璃气密性封装优点：绝缘良好，抗氧化性好，结构致密，稳定性好。

玻璃气密性封装缺点：强度低，脆性大。

3.应用时注意：玻璃气密性封装中应避免长生过高的残余应力，避免产生破损现象。

九、金属与玻璃间的密封：

1.压缩密封：玻璃与金属材料间不需要金属氧化物的辅助，选择热膨胀系数低于金属的玻璃材料进行粘接。

2.匹配密封：玻璃与金属材料间需要金属氧化物的辅助才能完成密封的方法，金属材料与玻璃材料热膨胀系数相等。

3.压缩密封强度与密封性比匹配密封好。匹配密封热稳定性比压缩密封好。

十、各类封装材料的对比：

塑料封装：成本低，气密性差，吸潮，承受功率小，易老化，不易散热。

陶瓷封装：成本高，气密性好，耐高温，承受功率大。

金属封装：成本高，气密性好，耐高温，承受功率很大，屏蔽效果好。

第十章 先进封装技术

一、BGA技术简介：BGA(Ball Grid )即球栅阵列封装（或焊球阵列封装），是在基板下面按阵列方式引出球形引脚，在基板上面装配大规模集成电路（LSI）芯片。

二、BGA焊球分布形式：全阵列，部分阵列。

三、BGA技术发展历史：在20世纪90年代初期由Motorola和Citizen公司共同开发。BGA的出现源于方形扁平式封装(QFP)的性能和成本要求：引脚数不断增加，引脚间距越来越小，性价比越来越低。

四、BGA技术特点：

1.成品率高，可将窄间距QFP焊点失效率降低两个数量级。

2.芯片引脚间距小，贴装工艺精度要求高。

3.显著增加了引出端子数与本体尺寸比—互连密度高。

4.BGA引脚短—电性能好，牢固—不易变形。

5.焊球有效改善了共面性，有助于改善散热性。

6.适用于多芯片组件的封装，实现高密度和高性能的要求。

五、BGA球栅阵列分类：常用的BGA封装芯片主要包括四种类型：1.PBGA(塑封球栅阵列)2.CBGA(陶瓷球栅阵列) 3.CCGA(陶瓷焊柱阵列) 4.TBGA(载带球栅阵列)。此外还有MBGA(金属球栅阵列)、FCBGA(细间距球栅阵列或倒装球栅阵列)、和EBGA(带散热器的球栅阵列)等。

六、PBGA塑封球栅阵列：

1.概述：采用塑料材料和塑封工艺制作，是最常用的BGA封装形式。PGA采用的基板类型一般为PCB基板，芯片经过粘接和引线键合技术连接到基板顶部引脚后采用注塑成型方法实现整体塑模。

2.结构：焊球材料为低熔点共晶焊料合金，直径约1mm，间距1.27-2.54mm，焊球采用低熔点焊料合金连接在基板底部，组装时焊球熔融并与PCB表面焊盘接合在一起。

3.技术特点：①制作成本低，性价比高②焊球参与再流焊点形成，共面度要求宽松③与环氧树脂基板热匹配性好，装配至PCB时质量高、性能好④对潮气敏感，可靠性存在隐患，且封装高度较之QFP高⑤与QFP相比，很少出现机械损伤现象。

七、CBGA陶瓷球栅阵列：

1.概述：CBGA最早源于IBM公司，是将裸芯片安装在陶瓷多层基板载体顶部表面形成的，连接封装体经过气密性处理可提高其可靠性和物理保护性能。

2.结构：CBGA采用的是多层陶瓷布线基板，焊球采用的是高熔点90Pb10Sn共晶焊料，采用盖板和玻璃封接，属于气密性封装范畴。

3.技术特点：①对湿气不敏感，可靠性高，电、热性能好②与陶瓷基板热匹配性好，与环氧树脂等基板热匹配性差③连接的芯片和元件可返修性好④裸芯片采用倒装芯片键合技术，互连密度高⑤封装成本高⑥与QFP相比很少产生机械损伤现象⑦可装配有大量I/O引脚的器件，可提高装配效率。

4.CBGA的焊接特性：采用高温合金焊球，在一般标准再流焊温度(220℃)下焊球不熔化，起到刚性支撑作用，所需焊膏量多于PBGA。

八、CCGA陶瓷焊柱阵列：

1.概述：CCGA封装又称圆柱焊料载体封装。采用焊球柱代替焊球作为互连基材，是当器件面积大于32mm2时CBGA的替代产品。其焊柱直径0.508mm，高度1.8mm，间距1.27mm。

2.技术特点：①CCGA承受封装体和PCB基板材料之间的热匹配应力的能力较好②散热能力优于CBGA，并适用于大器件尺寸应用领域③清洗比较容易④焊柱相对较高，更容易出现机械损伤。

九、TBGA载带球栅阵列：

1.概述：采用多层布线基板，焊料球采用高熔点焊料合金，焊接时采用低熔点焊料合金。

2. 技术特点：①与环氧树脂的PCB基板热匹配性好②是最薄的BGA封装形式，有利于芯片薄型化③成本较CBGA低④对热和湿较为敏感⑤芯片轻、小，自校准偏差较之其它BGA类型大。

【附】陶瓷双列直插式封装 【附】IC封装成品构造图

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