【文章內(nèi)容簡介】 IC 封裝的分類 封裝主要分為 DIP 雙列直插和 SMD 貼片封裝兩種。從結(jié)構(gòu)方面，封裝經(jīng)歷了最早期的晶體管 TO（如 TO8 TO92）封裝發(fā)展到了雙列直插封裝，隨后由 PHILIP 公司開發(fā)出 8 了 SOP小外型封裝，以后逐漸派生出 SOJ（ J型引腳小外形封裝）、 TSOP（薄小外形封裝）、VSOP（甚小外形封裝）、 SSOP（縮小型 SOP） 、 TSSOP（薄的縮小型 SOP）及 SOT（小外形晶體管）、 SOIC（小外形集成電路）等。從材料介質(zhì)方面，包括金屬、陶瓷、塑料、塑料，目前很多高強度工作條件需求的電路如軍工和宇航級別仍有大量的金屬封裝。 封裝大致經(jīng)過了如下發(fā)展進(jìn)程： 結(jié)構(gòu)方面： TO－ DIP－ PLCC－ QFP－ BGA － CSP； 材料方面：金屬、陶瓷－ 陶瓷、塑料－ 塑料； 引腳形狀：長引線直插－ 短引線或無引線貼裝－ 球狀凸點； 裝配方式：通孔插裝－ 表面組裝－ 直接安裝 。 具體封裝形式 （ 1） SOP/SOIC 封裝 SOP 是英文 Small Outline Package 的縮寫，即小外形封裝。 SOP封裝技術(shù)由 1968～ 1969 年菲利浦公司開發(fā)成功，以后逐漸派生出 SOJ（ J型引腳小外形封裝）、 TSOP（薄小外形封裝）、 VSOP（甚小外形封裝）、 SSOP（縮小型 SOP）、 TSSOP（薄的縮小型 SOP）及 SOT（小外形晶體管）、 SOIC（小外形集成電路）等。 （ 2） DIP 封裝 DIP 是英文 Double Inline Package 的縮寫，即雙列直插式封裝。插裝型封裝之一，引腳從封裝兩側(cè)引出，封裝材料有 塑料和陶瓷兩種。 DIP 是最普及的插裝型封裝，應(yīng)用范圍包括標(biāo)準(zhǔn)邏輯 IC，存貯器 LSI，微機(jī)電路等。 （ 3） PLCC 封裝 PLCC 是英文 Plastic Leaded Chip Carrier 的縮寫，即塑封 J引線芯片封裝。 PLCC 封裝方式，外形呈正方形， 32 腳封裝，四周都有管腳，外形尺寸比 DIP封裝小得多。 PLCC 封裝適合用 SMT 表面安裝技術(shù)在 PCB上安裝布線，具有外形尺寸小、可靠性高的優(yōu)點。 （ 4） TQFP 封裝 TQFP 是英文 thin quad flat package 的縮寫，即薄塑封四角扁平封裝。四邊扁平封裝 （ TQFP）工藝能有效利用空間，從而降低對印刷電路板空間大小的要求。由于縮小了高度和體積，這種封裝工藝非常適合對空間要求較高的應(yīng)用，如 PCMCIA 卡和網(wǎng)絡(luò)器件。幾乎所有 ALTERA 的 CPLD/FPGA 都有 TQFP 封裝。 （ 5） PQFP 封裝 PQFP 是英文 Plastic Quad Flat Package 的縮寫，即塑封四角扁平封裝。 PQFP 封裝的芯片引腳之間距離很小，管腳很細(xì)，一般大規(guī)模或超大規(guī)模集成電路采用這種封裝形式，其引腳數(shù)一般都在 100 以上。 （ 6） TSOP 封裝 TSOP 是英文 Thin Small Outline Package 的縮寫，即薄型小尺寸封裝。 TSOP 內(nèi)存封裝技術(shù)的一個典型特征就是在封裝芯片的周圍做出引腳， TSOP 適合用SMT 技術(shù)（表面安裝技術(shù)）在 PCB（印制電路板）上安裝布線。 TSOP 封裝外形尺寸時， 9 寄生參數(shù) (電流大幅度變化時，引起輸出電壓擾動 ) 減小，適合高頻應(yīng)用，操作比較方便，可靠性也比較高。 （ 7） BGA 封裝 BGA 是英文 Ball Grid Array Package 的縮寫，即球柵陣列封裝。 20世紀(jì) 90 年代隨著技術(shù)的進(jìn)步，芯片集成度不斷提高， I/O 引腳數(shù)急劇增加，功耗也隨之增 大，對集成電路封裝的要求也更加嚴(yán)格。為了滿足發(fā)展的需要， BGA 封裝開始被應(yīng)用于生產(chǎn)。 采用 BGA 技術(shù)封裝的內(nèi)存，可以使內(nèi)存在體積不變的情況下內(nèi)存容量提高兩到三倍， BGA 與 TSOP 相比，具有更小的體積，更好的散熱性能和電性能。 BGA 封裝技術(shù)使每平方英寸的存儲量有了很大提升，采用 BGA 封裝技術(shù)的內(nèi)存產(chǎn)品在相同容量下，體積只有 TSOP 封裝的三分之一；另外，與傳統(tǒng) TSOP 封裝方式相比， BGA 封裝方式有更加快速和有效的散熱途徑。 劃片機(jī)的工作原理 金剛石劃片機(jī)的工作原理 金剛 石劃片機(jī)的工作原理如圖 1 所示。金剛石劃片機(jī)是通過高速旋轉(zhuǎn)的金剛石刀片對基板進(jìn)行切割，而傳統(tǒng)的激光劃片采用脈沖激光在陶瓷上沿直線打一系列互相銜接的盲孔，孔的深度只需要陶瓷厚度的 1∕ 3到 1∕ 4 ，由于應(yīng)力集中，陶瓷材料沿此線即可折斷。所以金剛石劃片工藝優(yōu)勢在于劃片精度高，基板邊緣整齊，而使用激光劃片機(jī)的基板邊緣粗糙，精度難以控制。 圖 1 金剛石劃片機(jī)原理 激光劃片機(jī)的工作原理 10 激光劃片機(jī)由激光晶體、電源驅(qū)動與控制系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、光學(xué)掃描聚集系統(tǒng)、真空泵、切割控制系統(tǒng)、二維運動工作臺、 計算機(jī)等組成?？刂婆_上有電源、真空泵、冷卻水、緊急停止等的開關(guān)按鈕和電流調(diào)節(jié)旋鈕等。工作臺面上布有氣孔，氣孔與真空泵相連，打開真空泵后電池片就被吸附在控制臺上，使電池片在切割過程中保持平整并不易移動。 激光具有高亮度、高方向性、高單色性和高相干性。激光束通過聚焦后，在焦點處產(chǎn)生數(shù)千度甚至上萬度的高溫，使其能加工所有的材料。激光劃片機(jī)通過聚焦鏡把激光束聚焦在電池片的表面，形成高功率密度光斑 (約 1000000w／ mm2)，使硅片表面材料瞬間氣化并在運動過程中形成一定深度的溝槽，由于溝槽處應(yīng)力集中，所以使電池片很 容易沿溝槽整齊斷開?！凹す鈩澠睘榉墙佑|加工，劃片效應(yīng)是通過表層的物質(zhì)蒸發(fā)出深層物質(zhì)，或是通過光能作用導(dǎo)致物質(zhì)的化學(xué)鍵斷裂而劃出痕跡。因此，用激光切割太陽能電池片，能較好地防止電池片的損傷和對電池片的污染，提高電池片的利用率。 砂輪劃片機(jī)的工作原理 砂輪劃片機(jī)是精密切割專用設(shè)備。被切割的工件通常是圓形或正方形的薄、脆、硬 硅片，切割前大片的尺寸最小是直徑為小 50~的圓形片，最大是邊長為 200~的正 方形片，切割后小粒子的尺寸最小是邊長為 ~的正方形。切割后小粒子的形狀有 正方形、 長方形和正六邊形。它主要采用超薄金剛石刀片作為劃切加工刃具，主軸帶動刀具高速旋轉(zhuǎn)，通過強力磨削對集成電路基片，以及各種硬脆材料進(jìn)行高精度開槽和分割。 11 第三章 劃片機(jī)原理方案和結(jié)構(gòu)方案設(shè)計 劃片機(jī)設(shè)計方案的論證 根據(jù)設(shè)計要求劃片機(jī)的劃片速度為 0 到 300mm/s,再結(jié)合第一、二章及下表表 2 所示，本次劃片機(jī)的設(shè)計選擇為砂輪劃片機(jī)；由于對 X 軸的導(dǎo)軌精度要求較高，可選用 THK超精密直線導(dǎo)軌，通過滾珠絲杠帶動滑板沿 X 方向運動；對θ軸傳動系統(tǒng)要求要有準(zhǔn)確的分度，可以實現(xiàn)小分辨率，能進(jìn)行微調(diào)，這需要很高的傳動比，因此θ軸傳動部件確定為有較大傳動比的蝸輪蝸桿傳動。 表 2 三種劃片機(jī)的技術(shù)比較 指標(biāo) 分類 金剛石劃片 激光劃片 砂輪劃片 加工速度 46mm/s 150mm/s 300mm/s 加工深度 3～ 10μ m ～ 100μ m ～ 100μ m 加工寬度 3～ 10μ m 20～ 25μ m ≤刀片厚度 +10μ m 劃片效果 裂紋大 有熱損耗 只有微小裂紋 成品率 60～ 70% 70～ 80% 98% 12 噪音 小 大 較小 其他 硅片厚度為小片尺 寸的 1/4 以下 有黏著灰塵的問題 需要切削液、壓縮空氣 劃片機(jī)的原理方案及結(jié)構(gòu)方案設(shè)計 按照上述工作原理和基本功能要求 ,主機(jī)運動就是砂輪刀片與承載工件的承片臺兩者之間的相對運動。砂輪劃片機(jī)總體結(jié)構(gòu)方案可有許多種 ,下面列出四種典型方案進(jìn)行比較 ， 如表 3 所示 。 第一種方案中承片臺 除了作 X 一 Y 十字運動外， ,還要作 Z 向上下、 θ 向旋轉(zhuǎn)運動，四重結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，機(jī)器的自重大，運動慣性大，影響定位精度，所以不宜采用。 第二種方案中承片臺除了作 X 一 Y 十字運動外，還要作 θ 向旋轉(zhuǎn)運動，結(jié)構(gòu)比第一種稍簡單，但同樣存在運動慣性大，影響定位精度的缺點，不宜采用。 第三種方案中 ,承片臺只作 X 一 Y 十字運動，結(jié)構(gòu)相對簡單。但砂輪刀片除自轉(zhuǎn)外，還要作 Z 向上下、 θ 向旋轉(zhuǎn)運動，結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，而且冷卻液的出口與砂輪刀片的相對位置是固定的，隨著砂輪刀片的旋轉(zhuǎn)，冷卻液出口也在旋轉(zhuǎn)，這就增加了防水的難度。防止水的泄露，對劃 片機(jī)來說是非常重要的環(huán)節(jié)，因為水的泄露會導(dǎo)致精密零部件的腐蝕，最后導(dǎo)致整臺設(shè)備很快喪失精度，無法使用。因此，這種方案不宜采用。 第四種方案中 ,承片臺只作 X 向進(jìn)給運動和旋轉(zhuǎn)運動 ,結(jié)構(gòu)較簡單。砂輪刀片雖然除了要作自轉(zhuǎn)外，還要做 Y 向進(jìn)給以及上下運動，但結(jié)構(gòu)也較簡單，而且砂輪刀片的運動范圍比較小，防止水的泄露要容易的多，所以最終決定采用這種結(jié)構(gòu)方案。 表 3 砂輪劃片機(jī)總體結(jié)構(gòu)方案比較表 序號 承片臺的運動動 結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度度 砂輪刀片的運動動 防水性能能 總體布局局 1 X+Y+Z+θ 復(fù)雜 自轉(zhuǎn) 好 不好 2 X+Y+θ 較復(fù)雜 自轉(zhuǎn) +Z 好 不好 3 X+Y 較簡單 自轉(zhuǎn) +Z+θ 不好 不好 4 X+θ 較簡單 自轉(zhuǎn) +Y+Z 好 好 晶片通過吸附固定在晶片承載臺上，晶片承載臺與θ軸一起安放在 X軸運動滑臺上， 13 X 軸導(dǎo)軌帶動滑臺做往復(fù)運動，以完成單元晶片的切割，對 X 軸的導(dǎo)軌精度要求較高，可選用 THK 超精密直線導(dǎo)軌，導(dǎo)軌行走平行度為 m/300mm,絲杠導(dǎo)程為 5mm。電機(jī)選用額定轉(zhuǎn)速為 3000r/min 的交流伺服電機(jī)。θ軸系統(tǒng)的功能是帶動承片臺順、逆時針旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)范圍為177。 100176。對θ軸傳動系統(tǒng) 要求要有準(zhǔn)確的分度，可以實現(xiàn)小分辨率，能進(jìn)行微調(diào)，這需要很高的傳動比，因此θ軸傳動部件確定為有較大傳動比的蝸輪蝸桿傳動。 綜上所述，總傳動系統(tǒng)示意圖如下圖圖 2 所示。 其中， X 軸通過交流伺服電機(jī)帶動滾珠絲杠轉(zhuǎn)動，滾珠絲杠通過連接塊將晶片承載臺沿著直線導(dǎo)軌即 X 軸方向運動；θ軸傳動系統(tǒng)由步進(jìn)電機(jī)通過一對蝸輪蝸桿副帶動