【文章內(nèi)容簡介】 ，故有此名。目前，元器件裝配最普遍的方法是回流焊工藝，因為它適合表面貼裝的元器件，同時也可以用于插孔式元器件與表面貼裝元器件混合電路的裝配。由于現(xiàn)在的元器件裝配大部分是混合式裝配，所以，回流焊工藝的應(yīng)用更廣泛?；亓鞴に嚳此坪唵?，其中包含了多個工藝階段：將錫膏（Solder Paste）中的溶劑蒸發(fā)掉；激活助焊劑（Flux），并使助焊劑作用得到發(fā)揮；小心地將要裝配的元器件和PCB板進(jìn)行預(yù)熱；讓焊劑融化并潤濕所有的焊接點；以可控的降溫速率將整個裝配系統(tǒng)冷卻到一定的溫度?；亓鞴に囍校骷蚉CB要經(jīng)受高達(dá)210oC和230oC的高溫，同時，助焊劑等化學(xué)物質(zhì)對元器件都有腐蝕性，所以裝配工藝條件處理不當(dāng)，也會造成一系列的可靠性問題。因此，要嚴(yán)格各個步驟的條件，剛好的完成裝配工藝。整個封裝工藝流程是認(rèn)識封裝技術(shù)的基礎(chǔ)和前提，唯有如此才可以對封裝進(jìn)行設(shè)計，制造和優(yōu)化。半導(dǎo)體封裝工藝是直接關(guān)系到器件和集成電路的穩(wěn)定性、可靠性以及成品率等的大問題。與集成電路可靠性（失效率）有關(guān)的若干問題都需要在封裝工藝過程中盡量去解決和避免。封裝質(zhì)量必須是封裝設(shè)計和制造中壓倒一切的考慮。質(zhì)量低劣的封裝可危害集成電路元器件性能的其他優(yōu)點，如速度、價格低廉、尺寸小等。封裝的質(zhì)量低劣是由于從價格上考慮比從達(dá)到高封裝質(zhì)量更多而造成的。事實上，塑料封裝的質(zhì)量與元器件的性能和可靠性有很大的關(guān)系，但封裝性能更多取決于封裝設(shè)計和材料選擇而不是封裝生產(chǎn)，可靠性問題卻與封裝生產(chǎn)密切相關(guān)。在完成封裝模塊的打碼（Marking）工序后，所有的元器件都要100%進(jìn)行測試，在完成模塊在PCB板上的裝配之后，還要進(jìn)行整塊板測試。這些測試包括一般的目檢、老化測驗（Burnin）和最終的產(chǎn)品測試（Final Testing）。最終合格的產(chǎn)品就可以出廠了。 第3章 半導(dǎo)體封裝技術(shù) 封裝實現(xiàn)的功能(1)傳遞電能，主要是指電源電壓的分配和導(dǎo)通。電子封裝首先要接通電源，使芯片與電路導(dǎo)通電流。封裝的不同部位所要電壓不同，要使電壓分配恰當(dāng)，以減少電壓的不必要損耗，這在多層布線基板上尤為重要，還要考慮接地線的問題。(2)傳遞電路信號，主要是將電信號的延遲盡可能減小，布線應(yīng)盡可能使信號與芯片的互連路徑以及通過封裝的I/O接口引出的路徑達(dá)到最短，對于高頻信號，還要考慮信號間的串?dāng)_，以進(jìn)行合理的信號分配布線和接地線分配。(3)提供散熱途徑，主要是指各種芯片封裝都要考慮元器件、部件長期工作時如何將聚集的熱量散出的問題。不同的封裝結(jié)構(gòu)和材料具有不同的散熱效果。對于功耗大的芯片或部件封裝，還應(yīng)考慮附加熱沉或使用強(qiáng)制風(fēng)冷、水冷方式，以保證系統(tǒng)在使用溫度要求的范圍內(nèi)能正常工作。(4)結(jié)構(gòu)保護(hù)與支持，主要是指芯片封裝可為芯片和其他連接部件提供牢固可靠的機(jī)械支撐，并能適應(yīng)各種工作環(huán)境和條件的變化。半導(dǎo)體元器件以及電路制造過程中的許多工藝措施是針對半導(dǎo)體表面問題的。半導(dǎo)體芯片制造出來后，在沒有將其封裝之前，始終都處于周圍環(huán)境的威脅之中。在使用中，有的環(huán)境條件極為惡劣，必須將芯片嚴(yán)加密封和包封，所以，半導(dǎo)體芯片封裝對半導(dǎo)體芯片環(huán)境保護(hù)作用顯得尤為重要。如下圖31所示： 圖 31 封裝性能示意圖(1)成本：電路在最佳性能指標(biāo)下的最低價格。(2)外形與結(jié)構(gòu)：諸如產(chǎn)品的測試、整機(jī)安裝，器件布局、空間利用與外形、維修更換以及同類產(chǎn)品的型號代替等。(3)可靠性：考慮到機(jī)械沖擊、溫度循環(huán)、加速度等都會對電路的機(jī)械強(qiáng)度，各種物理、化學(xué)性能產(chǎn)生影響，因此，必須根據(jù)產(chǎn)品的使用場所和環(huán)境要求，合理地選用集成電路的外形和封裝結(jié)構(gòu)。(4)性能：當(dāng)芯片固定在外殼上，并對其進(jìn)行內(nèi)引線的連接和封裝結(jié)構(gòu)的最后封蓋，它的加工方法和類別是很多的。因此，為了保證集成電路在整機(jī)上長期使用穩(wěn)定的可靠，必須根據(jù)整機(jī)的要求，對集成電路封裝方法提出具體的要求和規(guī)定。 封裝工程的技術(shù)層次封裝工程始于集成電路芯片制成后，包括集成電路芯片的粘貼固定、互連、封裝、密封保護(hù)、與電路板的連接、系統(tǒng)組合，直到最終產(chǎn)品之前的所有過程。第一層次：芯片層次的封裝是指把集成電路芯片與封裝基板或引腳架之間的粘貼固定、電路連線與封裝保護(hù)的工藝，使之成為易于取放輸送，并可與下一層次組裝進(jìn)行連接的模塊元件。第二層次：將數(shù)個第一層次完成的封裝與其他電子元器件組成一個電路卡的工藝。第三層次：將數(shù)個第二層次完成的封裝組成的電路卡組合成在一個主電路板上一個部件或子系統(tǒng)的工藝。第四層次：將數(shù)個子系統(tǒng)組裝成為一個完整的電子產(chǎn)品的工藝過程。 封裝材料與結(jié)構(gòu)具體的封裝結(jié)構(gòu)主要分為通孔插入封裝和表面安裝封裝兩種，如圖32所示： 圖32兩種封裝結(jié)構(gòu)我國半導(dǎo)體封裝業(yè)的發(fā)展與半導(dǎo)體材料業(yè)的發(fā)展是分不開的，一代設(shè)備、一代技術(shù)、造就一代半導(dǎo)體產(chǎn)品。同樣，一代材料，也造就一代半導(dǎo)體產(chǎn)品，從某種意義上來說，創(chuàng)新應(yīng)從基礎(chǔ)材料做起，才會從本質(zhì)上改變材料業(yè)自身的命運(yùn)，從而帶動半導(dǎo)體封裝業(yè)的發(fā)展。因此封裝材料也多種多樣，主要分為絕緣材料與導(dǎo)體材料。下面具體列舉一些常用的封裝材料（如表31無機(jī)絕緣的封裝材料，表32有機(jī)絕緣封裝材料，表33 導(dǎo)體封裝材料所示）：表31無機(jī)絕緣的封裝材料介電常數(shù)熱膨脹系數(shù)（107/ｏC）熱導(dǎo)率[W/(m*K)]加工溫度（ｏC）92%氧化鋁6018150086%氧化鋁66201600Si3N4723301600SiC42372702000AlN332301900BeO682402000BN376002000金剛石234001000玻璃—陶瓷4~830~501000包鋼殷鋼30100800覆蓋玻璃鋼6100501000表32有機(jī)絕緣封裝材料介電常數(shù)熱膨脹系數(shù)（107/ｏC）熱導(dǎo)率[W/(m*K)]加工溫度（ｏC）環(huán)氧樹脂Kevlar(XY)(60%)60200聚酰亞胺石英118200FR4(XY面)158175聚酰亞胺500350苯并環(huán)丁烯300~600240聚四氟乙烯200400 表33 導(dǎo)體封裝材料熔點（ｏC）電阻率（106Ω*cm ）熱膨脹系數(shù)（107/ｏC）熱導(dǎo)率[W/(m*K)]銅1083170393銀960197418金1063142297鎢341545200鉬262550146鉑17749071鈀155211070鎳145513392鉻1900206366殷鋼1500461511可伐合金1450505317銀—鈀114520140150金—鉑135030100130鋁660230240金—20%錫2801615957鉛—50%錫3101929063 用于封裝的設(shè)備：IC封裝工藝設(shè)備有圓片減薄機(jī)、砂輪或激光劃片機(jī)、粘片機(jī)、引線鍵合機(jī)、傳遞模塑機(jī)和模具、切筋打彎機(jī)和模具去飛邊機(jī)、引線電鍍機(jī)、打印機(jī)、測試分檢機(jī)；充氮氣貯藏柜、高溫烘箱、打包機(jī)等。對于金屬和陶瓷封裝則還需要貯能焊機(jī)或平行縫焊機(jī)或激光焊機(jī)，工藝檢測還需要檢漏儀。塑封工藝最常用的工藝檢測設(shè)備為各類光學(xué)顯微鏡、輪廓放大儀、X光透射儀、超聲掃描顯微鏡等。產(chǎn)品鑒定或工藝認(rèn)證設(shè)備則有各類環(huán)境驗試設(shè)備，高低溫循環(huán)、高低溫貯存、高溫高濕加偏置貯存、高壓蒸煮、鹽霧驗試等設(shè)備。各類機(jī)械驗試類設(shè)備有引線鍵合強(qiáng)度、芯片鍵合剪切強(qiáng)度、引線拉力或芯片拉力，沖擊、振動、引線抗彎曲度等檢測設(shè)備目前除了少數(shù)低檔工藝設(shè)備和少部分產(chǎn)品鑒定認(rèn)證設(shè)備外，絕大多數(shù)上列工藝和工藝檢測設(shè)備都依賴進(jìn)口。 封裝形式 封裝形式是指安裝半導(dǎo)體集成電路芯片用的外殼。它不僅起著安裝、固定、密封、保護(hù)芯片及增強(qiáng)電熱性能等方面的作用，而且還通過芯片上的接點用導(dǎo)線連接到封 裝外殼的引腳上，這些引腳又通過印刷電路板上的導(dǎo)線與其他器件相連接。 按外形、尺寸、結(jié)構(gòu)分類的半導(dǎo)體封裝形式(1)引腳插入式封裝此封裝形式有引腳出來，并將引腳直接插入印刷電路板中，再由浸錫法進(jìn)行波峰焊接，以實現(xiàn)電路連接和機(jī)械固定。由于引腳直徑和間距都不能太細(xì)，故印刷電路板上的通孔直徑、間距乃至布線都不能太細(xì)，而且它只用到印刷電路板的一面，從而難以實現(xiàn)高密度封裝。它又可分為引腳在一端的封裝形式(Singleended)、引腳在兩端的封裝形式(Doubleended)和引腳矩陣封裝(PinGridArray)。　　引腳在一端的封裝形式大概又可分為三極管的封裝形式和單列直插封裝形式。典型的三極管引腳插入式封裝形式有TO9TO12TO2TO25TO263等，主要作用是信號放大和電源穩(wěn)壓?！瘟兄辈迨椒庋bSIP。引腳只從封裝的一個側(cè)面引出，排列成一條直線，引腳數(shù)最多為二三十，當(dāng)裝配到印刷基板上時封裝呈側(cè)立狀。其吸引人之處在于只占據(jù)很少的電路板面積，然而在某些體系中，封閉式的電路板限制了SIP封裝的高度和應(yīng)用，加上沒有足夠的引腳，性能不能令人滿意。多數(shù)為定制產(chǎn)品，它的封裝形狀還有ZIP和SIPH。引腳在兩端的封裝形式大概又可分為雙列直插式封裝、Z形雙列直插式封裝和收縮型雙列直插式封裝等。雙列直插式封裝DIP。絕大多數(shù)中小規(guī)模集成電路均采用這種封裝形式，其引腳數(shù)一般不超過100。DIP封裝的芯片有兩排引腳，分布于兩側(cè)，且呈直線平行布置，需要插入到具有DIP結(jié)構(gòu)的芯片插座上。當(dāng)然，也可以直接插在有相同焊孔數(shù)和幾何排列的電路板上進(jìn)行焊接。此封裝的芯片在從芯片插座上插拔時應(yīng)特別小心，以免損壞管腳。它的封裝結(jié)構(gòu)形式有：多層陶瓷雙列直插式DIP、單層陶瓷雙列直插式DIP、引線框架式DIP等。此封裝具有以下特點：①適合在印刷電路板(PCB)上穿孔焊接，操作方便。②芯片面積與封裝面積之間的比值較大，故體積也較大。③除其外形尺寸及引腳數(shù)之外，并無其他特殊要求。帶散熱片的雙列直插式封裝DIPH主要是為功耗大于2W的器件增加的。Z形雙列直插式封裝ZIP。它與DIP并無實質(zhì)區(qū)別，只是引腳呈Z狀排列，其目的是為了增加引腳的數(shù)量。陶瓷Z形雙列直插式封裝CZIP與ZIP外形一樣，只是用陶瓷材料封裝。 收縮型雙列直插式封裝SKDIP。形狀與DIP相同，()，引腳數(shù)一般不超過100，材料有陶瓷和塑料兩種。 引腳矩陣封裝PGA。它是在DIP的基礎(chǔ)上，為適應(yīng)高速度、多引腳化(提高組裝密度)而出現(xiàn)的。此封裝其引腳不是單排或雙排，而是在整個平面呈矩陣排布，在芯片的內(nèi)外有多個方陣形的插針，每個方陣形插針沿芯片的四周間隔一定距離排列，與DIP相比，在不增加引腳間距的情況下，可以按近似平方的關(guān)系提高引腳數(shù)。根據(jù)引腳數(shù)目的多少，可以圍成2圈到5圈，引腳數(shù)量從幾十到幾百。(2)表面貼裝型　 表面貼片封裝是從引腳直插式封裝發(fā)展而來的，主要優(yōu)點是降低了PCB電路板設(shè)計的難度，同時它也大大降低了其本身的尺寸大小。用這種方法焊上去的芯片，如果不用專用工具是很難拆卸下來的。表面貼片封裝根據(jù)引腳所處的位置可分為：Singleended(引腳在一面)、Dual(引腳在兩邊)、Quad(引腳在四邊)、Bottom(引腳在下面)、BGA(引腳排成矩陣結(jié)構(gòu))及其他，Singleended。此封裝形式的特點是引腳全部在一邊，而且引腳的數(shù)量通常比較少。它又可分為：導(dǎo)熱型，像常用的功率三極管，只有三個引腳排成一排，其上面有一個大的散熱片；COF是將芯片直接粘貼在柔性線路板上(現(xiàn)有的用FlipChip技術(shù))，再經(jīng)過塑料包封而成，它的特點是輕而且很薄，所以當(dāng)前被廣泛用在液晶顯示器(LCD)上，以滿足LCD分辨率增加的需要。其缺點一是Film的價格很貴，二是貼片機(jī)的價格也很貴。 　　Dual。此封裝形式的特點是引腳全部在兩邊，而且引腳的數(shù)量不算多。它的封裝形式比較多，又可細(xì)分為SOT、SOP、SOJ、SSOP、HSOP及其他。