【正文】 其引腳間距用米制單位，并有三種不同的間距： ， 和 ，八種不同的封裝體尺寸，從 10mm*10mm到 40mm*40mm，不規(guī)則地分布到三種不同的引腳間距上，提供十五種不同的封裝形式，其引腳數(shù)可達 232個。其管腳間距比 PLCC 的 ，引腳呈歐翅型與 PLCC 的 J 型不同。在 SO 封裝結(jié)構(gòu)中，兩邊或四邊引腳設(shè)計都有。 還有一種劃分封裝類型的參數(shù)是封裝體的緊湊程度。諸如 LLC(lead chip carrier)， LLCC(leadless chip carrier)用 于區(qū)分管腳類型。稱為芯片載體 (ch ip carrier)或 quad的封裝，四邊都有管腳，對高引腳數(shù)器件來說，是 較好的選擇。 DIP 的外形通常是長方形的，管腳從長的一邊伸出。這種形式的一種變化是鋸齒型單列式封裝 (ZIP)，它的管腳仍是從封裝體的一邊伸出 ，但排列成鋸齒型。塑料封裝最大的優(yōu)點是價格便宜，其性能價格比十分優(yōu)越。陶瓷封裝除了有氣密性好的優(yōu)點之外，還可實現(xiàn)多信號、地和電源層結(jié)構(gòu)，并具有對復雜的器件進行一體化封裝的能力。少量產(chǎn)品用于特殊性能要求的軍事或航空航天技術(shù)中。組裝完成后，用 10號鋼帶所沖制成的鍍鎳封帽進行封裝，構(gòu)成氣密的、堅固的封裝結(jié)構(gòu)。從使用的包裝材料來分，我們可以將封裝劃分為金屬封裝、陶瓷封裝和塑料封裝；從成型工藝來分，我們又可以將封裝劃分為預成型封裝 (premold)和后成型封裝（ postmold）；至于從封裝外型來講，則有SIP(single inline package)、 DIP(dual inline package)、 PLCC(plasticleaded chip carrier)、 PQFP(plastic quad flat pack)、SOP(smalloutline package)、 TSOP(thin smalloutline package)、 PPGA(plastic pin grid array)、 PBGA(plastic ball grid array) 、 CSP (chip scale package) 等等；若按第一級連接到第二級連接的方式來分，則可以劃分為 PTH (pinthroughhole)和 SMT（ surfacemounttechnology）二大類，即通常所稱的插孔式（或通孔式）和表面貼裝式。但是，隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，尤其是芯片鈍化層技術(shù)的不斷改進，封裝的功能也在慢慢異化。按目前國際上流行的看法認為，在微電子器件的總體成本中，設(shè)計占了三分之一，芯片生產(chǎn)占了三分之一，而封裝和測試也占了三分之一，真可謂三分天下有其一。當然，對于大多數(shù)發(fā)熱量大的芯片，除了通過封裝材料進行降溫以外，還需要考慮在芯片上額外安裝一個金屬散熱片或風扇以達到更好的散熱效果。應(yīng)用領(lǐng)域的不同，對于芯 片封裝的等級要求也不盡相同，當然，消費類產(chǎn)品要求最低。 外部引腳系統(tǒng)通常使用兩種不同的合金 —— 鐵鎳合金及銅合金，前者可用于高強度以及高穩(wěn)定性的場合，而后者具有導電性和導熱性較好的優(yōu)勢。下面我們就這四方面做一個簡單描述。 要讓芯片正常工作，就必須與外部設(shè)備進行數(shù)據(jù)交換，而封裝最重要的意義便體現(xiàn)在這里。具體選用何種引腳系統(tǒng)可根據(jù)實際情況來定。 封裝的另一個作用便是對芯片的環(huán)境性保護，可以讓芯片免受濕氣等其他可能干擾芯片正常功能的氣體對它正常工作產(chǎn)生不良影響。 集 成電路封裝工藝介紹 (上 ) 電子封裝是一個富于挑戰(zhàn)、引人入勝的領(lǐng)域。封裝研究在全球范圍的發(fā)展是如此迅猛，而它所面臨的挑戰(zhàn)和機遇也是自電子產(chǎn)品問世以來所從未遇到過的；封裝所涉及的問題之多之廣，也是其它許多領(lǐng)域中少見的，它需要從材料到工藝、從無機到聚 合物、從大型生產(chǎn)設(shè)備到計算力學等等許許多多似乎毫不關(guān)連的專家的協(xié)同努力，是一門綜合性非常強的新型高科技學科。通常認為，封裝主要有四大功能，即功 率分配、信號分配、散熱及包裝保護，它的作用是從集成電路器件到系統(tǒng)之間的連接，包括電學連接和物理連接。 金屬封裝是半導體器件封裝的最原始的形式，它將分立器件或集成電路置于一個金屬容器中，用鎳作封蓋并鍍上金。金屬封裝的優(yōu)點是氣密性好，不受外界環(huán)境因素的影響。 陶瓷封裝是繼金屬封裝后發(fā)展起來的一種封裝形式，它象金屬封裝一樣，也是氣密性的 ，但價格低于金屬封裝，而且，經(jīng)過幾十年的不斷改進，陶瓷封裝的性能越來越好，尤其是陶瓷流延技術(shù)的發(fā)展，使得陶瓷封裝在外型、功能方面的靈活性有了較大的發(fā)展。它的散熱 性也很好。隨著芯片鈍化層技術(shù)和塑料封裝技術(shù)的不斷進步，尤其是在八十年代以來，半導體技術(shù)有了革命性的改進，芯片鈍化層質(zhì)量有了根本的提高，使得塑料封裝盡管仍是非氣密性的，但其抵抗潮氣侵入 而引起電子器件失效的能力已大大提高了，因此，一些以前使用金屬或陶瓷封裝的應(yīng)用，也已漸漸被塑料封裝所替代。這樣，在一個給定的長度范圍內(nèi)，提高了管腳密度。絕大部分的 DIP 是通孔式，但亦可是表面貼裝式。之所 以稱之為芯片載體，可能是由于早期為保護多引腳封裝的四邊引腳，絕大多數(shù)模塊是封 裝在預成型載體中。 PLCC(plastic leaded chip carrier)是最常見的四邊封裝。小外形封裝通常稱為 SO， SOP 或 SOI C。這些封裝的 特征是在芯片周圍的模封料及其薄，因而， SO 封裝發(fā)展和 可靠性的關(guān)鍵是模封料在防止 開裂方面的性能。 QFP 可以是塑料封裝，可以是陶瓷封裝，塑料QFP 通常稱為 PQFP。隨著引腳數(shù)的增加，還可以增加封裝的類型 ?同一模塊尺寸可以有不同的引腳數(shù)目，是封裝技術(shù)的一個重要進展，這意味著同一模具、同 一切筋打彎工具可用于一系列引腳數(shù)的封裝。在正方形結(jié)構(gòu)中，并非所有模塊 下的通孔均可以插入，必須有一些芯片的連接要轉(zhuǎn)換到模塊外形的外面，提高其有效互連面積。 BGA 封裝技術(shù)是在模塊底部或上表 面焊有許多球狀凸點，通過這些焊料凸點實現(xiàn)封裝體與基板之間互連的一種先 進封裝技 術(shù)。目前用于 BGA 封裝的基板有 BT 樹脂、柔性帶、陶瓷、 FR5等等。在本節(jié) 中，將介紹最普遍的塑料封裝技術(shù)及相關(guān)的一些材料。一般來講 ，隨著硅芯片越來越復雜和日益趨向微型化，將使更多的裝配和成型工序在粉塵得到控 制的環(huán)境下進行。由 于晶圓的尺寸越來越大（從 4英寸、 5英寸、 6英寸，發(fā)展到 8英寸、甚至 12英寸），為了 增加晶圓的機械強度，防止晶圓在加工過程中發(fā)生變形、開 裂，晶圓的厚度也一直在增 加。 晶圓減薄后，可以進行劃片 (saw ing or dicing)。硅芯片常常稱為 die，也是由于這個裝配工序（ die 的原意是骰子，即小塊的方形物，劃開后的芯片一般是很小的方形體，很象散落一地的骰子）。常用的聚合物是環(huán)氧 (epoxy)或聚酰亞胺（ polyimide），以 Ag（顆?；虮∑┗?Al2O3 作為填充料（ filler），填充量一般在 75％到 80％之間，其目的是改善粘結(jié)劑的導熱性，因為在塑料封裝中，電路運行過程中產(chǎn)生的絕大部分熱量將通過芯片粘結(jié)劑 ——框架散發(fā)出去。芯片放置不當，會產(chǎn)生一系列問題：如空洞造成高應(yīng)力；環(huán)氧粘結(jié)劑在引腳上造成搭橋現(xiàn)象，引起內(nèi)連接問題；在引線鍵合時造成框架翹曲，使得一邊引線應(yīng)力大，一邊引線應(yīng)力小，而且為了找準芯片位置，還會使引線鍵合的生產(chǎn)力降低，成品率下降。聚酰亞胺的固化溫度要更高一些，時間也更長。引線的長度常在 到 3mm (60mil 到 120mil) 之間，而弧圈的高度可比芯片所在平面到 (30mil)。熱壓焊的條件是二種金屬表面緊緊接觸，控制時間、溫度、壓力，使得二種 金屬發(fā)生連接。C，時間一般為 40毫秒（通常，加上尋找鍵合位置等程序，鍵合速度是每秒二線）。它的優(yōu)點是焊接面積與引線面積相差不大，可以用于微細間距 (fine pitch)的鍵合。所以，引線環(huán)（ loop）從一般的 8至 12密爾（ 200到 300微米）減小到 4至 5密爾（ 100到 125微米），這樣，引線的張力就很大，引線繃得很緊。所謂的熱固性聚合物是指在低溫時，聚合物是塑性的或流動的，但當將其加熱到一定溫度時，即發(fā)生所謂的交聯(lián)反應(yīng) (crosslinking)，形成剛性固體。塑封料在模具中快速固化，經(jīng)過一段時間的保壓，使得模塊達到一定的硬度，然后用頂桿頂出模塊，成型過程就完成了。 對于大多數(shù)塑封料來說，在模具中保壓幾分鐘后，模塊的硬度足可以達到允許頂出，但是，聚合物的固化（聚合）并未全部完成。若是塑封料只在模塊外的框架上形成薄薄的一層，面積也很小，通常稱為樹脂溢出（ resin bleed）。因此，在切筋打彎工序之前，要進行去飛邊毛刺工序（ deflash）。其中，介質(zhì)和水去飛邊毛刺的方 法用得最多。用水去飛邊毛刺工藝是利用高壓的水流來沖擊模塊，有時也會將研磨料和高壓水流一起使用。電鍍目前都是在流水線式的電鍍槽中進行，包括首先進行清洗，然后在不同濃度的電鍍槽中進行電鍍，最后沖淋、吹干，然后放入烘箱中烘干。也有用成分為 85Sn/15Pb、 90Sn/10Pb、 95Sn/5Pb 的，有 的日本公司甚至用 98Sn/2Pb 的焊料。鈀層的厚度僅為 76微米（ 3密爾）。所謂的切筋工藝，是指切除框架外引腳之間的堤壩（ dam bar）以及在框架帶上連在一起的地方；所謂的打彎工藝則是將引腳彎成一定的形狀，以適合裝配（ assembly）的需要。造成非共面性的原因主要有二個：一是在工藝過程中的不恰當處理，但隨著生產(chǎn)自動化程度的提高，人為因素大大減少，使得這方面的問題幾乎不復存在；另一個原因是由于成型過程中產(chǎn)生的熱收縮應(yīng)力。打碼的方法有多種，其中最常用的是印碼（ print）方法。使用油墨打碼，主要是對模塊表面要求比較高，若模塊表面有沾污現(xiàn)象，油墨 就不易印上去。粗糙表面有助于加強油墨的粘結(jié)性。激光印碼的缺點是它的字跡較淡，即，與沒有打碼的背底之間襯度差別不如油墨打碼那樣明顯。波峰焊主要用在插孔式 PTH 封裝類型器件的裝配，而表面貼裝式 SMT 及混合型器件裝配則大多使用回流焊。目前，元器件裝配最普遍的方法是回流焊工藝（ reflow soldering），因為它適合表面貼裝的元器件，同時，也可以用于插孔式器件與表面貼裝器件混合電路的裝配。 封裝質(zhì)量必須是封裝設(shè)計和制造中壓倒一切的考慮因素。 在完成封裝模塊的打碼（ marking）工序后，所有的器件都要 100％進行測試，在完成模塊在 PCB 板上的裝配之后，還要進行整塊板的功能測試。在老化試驗中，電路插在電路板上，加上偏壓，并放置在高溫爐中。加速試驗（ accelerated test）是可靠性測試中的一種，一般選擇一個或幾個可能引起器件失效的加速因子，如潮氣、溫度、溶劑、潤滑劑、沾污、一般的環(huán)境應(yīng)力和剩余應(yīng)力等，模擬器件在實際使用過程中可能遇到的使用環(huán)境。加速試驗包括以下步驟：選擇加速力；確定加速力的強度；設(shè)計測試程序，確定單重加速還是多重加速；將測試數(shù)據(jù)外推到實際操作條件。 在加速試驗進行過程中，通常會在不同的時間里對試驗樣品進行電學性能測試，測試通過的樣品繼續(xù)進行試驗，測試沒有通過的樣品，則要進行失效分析。引起器件失效的機理有多種，但常與金屬部件的銹蝕聯(lián)系在一起， 造成銹蝕的原因包括機械、熱、電學、輻射、化學（ mechanical、thermal、 electrical、 radiation、 chemical）等誘導因素。 失效機理分析對于理解和改進塑料封裝工藝方面的價值是無法估量的，對失效的器件進行徹底的、正規(guī)的分析，并采取適當?shù)母倪M措施，可以大大提高生產(chǎn)力、成品率和封裝質(zhì)量。所以，要了解器件失效的真正原因，必須有相應(yīng)的分析手段。是否要打開包封體是在進行失效分析時要作的第一個重要的決定，一些非破壞性的分析技術(shù)，如光學顯微鏡、 X射線顯微術(shù)和掃描聲顯微鏡在失效分析中已被廣泛應(yīng)用，因為它們可以觀察器件的外部形貌或可以 穿透 包封體而 看到 封裝內(nèi)部的一些失效情況。 器件失效的分析方法有許多，包括各種價格昂貴的專門設(shè)備，下面，將介紹一些常用的分析設(shè)備。 X 射線分析儀都有一個可以三維移動的平臺，并且還可以在一定范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)。檢測芯片焊盤位移更好的方法是用剖面法，這已是破壞性分析了。在該種模式中，聚集聲波脈沖穿過封裝模塊，返回的聲波（回聲）用于內(nèi)部結(jié)構(gòu)的成像，這種技術(shù)就是通常所說的 C－ SAM，因為它將七十年代在斯坦福大學發(fā)展起來的掃描聲顯微術(shù)與五十年代起就用于非破壞性測試的 C－掃描檢測深度分布結(jié)合起來，充分發(fā)揮了精確分析和顯示能力。 顯微鏡：顯微鏡在封裝失效分析中十分有用，許多電路中的特征和缺陷度是通過顯微鏡確定的。掃描電子顯微鏡（ SEM）也是十分有用的失效分 析工具，它可以用于觀察光學顯微鏡無法清楚反映的問題，并可以把缺陷放大。另外，一些表面分析儀器如 SIMS、 TOF－ SIMS、 AES、 XPS、 FTIR 等在封裝失效分析中也常常用到，由于在前面各章中已作了專門介紹，在這里就不再重復了。制備完成的樣品可以在光學顯微鏡、電子顯微鏡等下面進行進一步的觀察和分析，以獲取更多的信息。由于封裝工藝的金屬互連直接與晶圓上的金屬互連相接觸，并通過它們形成了器件與系統(tǒng)的電通路，因此，晶圓布線材料的變化，將對封裝工藝產(chǎn)生深刻的影響。所謂的倒扣芯片封裝技術(shù)，就是將集成電路芯片的有源區(qū)面向基板的互連形式。另一方面，在一些可靠性要求并不那么高，芯片的輸入 /輸出端數(shù)目也并不太多，但特別強調(diào)器件尺寸大小的情況下，在印刷電路板上的直