【正文】 增加晶圓的機(jī)械強(qiáng)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。下面 ，將對各個工序作簡單的介紹。一般來講 ，隨著硅芯片越來越復(fù)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(jìn)行。在前道工序中，凈化室級別為 100到 1,000級。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。 BT 樹脂是 BGA 封裝中應(yīng)用最 廣的基板，同時，隨著 BGA 封裝在整個 IC 封裝市場地位的不斷提高，也導(dǎo)致對基板材料數(shù)量和種 類的需求不斷增長。目前用于 BGA 封裝的基板有 BT 樹脂、柔性帶、陶瓷、 FR5等等。矩柵陣列封裝是一種沒有焊 球的重要封裝形式，它可直接安裝到印制線路板 (PCB)上，比其它 BGA 封裝在與基板或襯 底的互連形式要方便得多，被廣泛應(yīng)用于微處理器和其他高端芯片封裝上。 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(jìn)封裝技 術(shù)。PQFP 最常見的引腳數(shù)是 8 100、 13 164和 196。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。 EIAJ 的 PQFP 的長方形結(jié)構(gòu)還為將來高引腳數(shù)封裝的互連密度帶來好處。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(jìn)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。在所有的引腳數(shù)和各種封裝體尺寸中，其引腳間距是相同的，都為 。 QFP 可以是塑料封裝，可以是陶瓷封裝，塑料QFP 通常稱為 PQFP。 四方扁平封裝（ QFP）其實是微細(xì)間距、薄體 LCC，在正方或長方形封裝的四周都有引腳。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。它們能達(dá)到如此的緊湊程度是由于其引腳間距非常小，框架特 殊設(shè)計，以及模塊厚度極薄。小外形封裝通常稱為 SO， SOP 或 SOI C。 PLCC 的引腳數(shù)通常在 20至 84之間（ 2 3 4 5 68和 84）。 PLCC(plastic leaded chip carrier)是最常見的四邊封裝。其它一些縮寫字可以區(qū)分是否有引腳或焊盤的互連，或是塑料 封裝還是陶瓷封裝體。之所 以稱之為芯片載體，可能是由于早期為保護(hù)多引腳封裝的四邊引腳，絕大多數(shù)模塊是封 裝在預(yù)成型載體中。 當(dāng)器件的管腳數(shù)超過 48時， DIP 結(jié)構(gòu)變得不實用并且浪費電路板空間。絕大部分的 DIP 是通孔式，但亦可是表面貼裝式。 DIP 封裝的管腳從封裝體的兩端直線式引出 。這樣，在一個給定的長度范圍內(nèi)，提高了管腳密度。通常，它們是通孔式的，管腳插入印刷電路板的金屬孔內(nèi)。隨著芯片鈍化層技術(shù)和塑料封裝技術(shù)的不斷進(jìn)步，尤其是在八十年代以來，半導(dǎo)體技術(shù)有了革命性的改進(jìn)，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。 相對而言，塑料封裝自七十年代以來發(fā)展更為迅猛，已占據(jù)了 90％（封裝數(shù)量）以上的封裝市場份額，而且，由于塑料封裝在材料和工藝方面的進(jìn)一步改進(jìn)，這個份額還在不斷上升。它的散熱 性也很好。陶瓷封裝由于它的卓越性能，在航空航天、軍事及許多大型計算機(jī)方面都有廣泛的應(yīng)用，占據(jù)了約 10％左右的封裝市場（從器件數(shù)量來計）。 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(jìn)，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?，F(xiàn)在，金屬封裝所占的市場份額已越來越小，幾乎已沒有商品化的產(chǎn)品。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。在底座中心進(jìn)行芯片安裝和在引線端頭用鋁硅絲進(jìn)行鍵合。 金屬封裝是半導(dǎo)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。電子封裝的類型也很復(fù)雜。通常認(rèn)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(hù)，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(xué)連接和物理連接。所以，在最初的微電子封裝中，是用金屬罐 (metal can) 作為外殼，用與外界完全隔離的、氣密的方法，來保護(hù)脆弱的電子元件。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(jī)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(jī)到聚 合物、從大型生產(chǎn)設(shè)備到計算力學(xué)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(qiáng)的新型高科技學(xué)科。封裝這一生產(chǎn)環(huán)節(jié)對微電子產(chǎn)品的質(zhì)量和競爭力都有極大的影響。 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。而封裝體的各種材料本身就可以帶走一部分熱量。 封裝的另一個作用便是對芯片的環(huán)境性保護(hù)，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。實現(xiàn)物理性保護(hù)的主要方法是將芯片固定于一個特定的芯片安裝區(qū)域，并用適當(dāng)?shù)姆庋b外殼將芯片、芯片連線以及相關(guān)引腳封閉起來，從而達(dá)到保護(hù)的目的。具體選用何種引腳系統(tǒng)可根據(jù)實際情況來定。但通過封裝以后，將外部引腳用金屬 銅與內(nèi)部引腳焊接起來，芯片便可以通過外部引腳間接地與電路板連接以起到數(shù)據(jù)交換的作用。 要讓芯片正常工作，就必須與外部設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，而封裝最重要的意義便體現(xiàn)在這里。為什么要對芯片進(jìn)行封裝？ 任何事物都有其存在的道理，芯片封裝的意義又體現(xiàn)在哪里呢？從業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)識來看，芯片封裝主要具備以下四個方面的作用：固定引腳系統(tǒng)、物理性保護(hù)、環(huán)境性保護(hù)和增強(qiáng)散熱。下面我們就這四方面做一個簡單描述。當(dāng)然，我們不可能將芯片內(nèi)的引腳直接與電路板等連接，因為這部分金屬線相當(dāng)細(xì)，通常情況下小于（μ m），而且多數(shù)情況下只有 。 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(qiáng)度以及高穩(wěn)定性的場合，而后者具有導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性較好的優(yōu)勢。 芯片通過封裝以后可以免受微粒等物質(zhì)的污染和外界對它的損害。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(dāng)然，消費類產(chǎn)品要求最低。 眾所周知，所有半導(dǎo)體產(chǎn)品在工作的時候都會產(chǎn)生熱量，而當(dāng)熱量達(dá)到一定限度的時候便會影響芯片正常工作。當(dāng)然，對于大多數(shù)發(fā)熱量大的芯片，除了通過封裝材料進(jìn)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(fēng)扇以達(dá)到更好的散熱效果。它是集成電路芯片生產(chǎn)完成后不可缺少的一道工序，是器件到系統(tǒng)的橋梁。按目前國際上流行的看法認(rèn)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。 什么是電子封裝 (electronic packaging)? 封裝最初的定義是：保護(hù)電路芯片免受周圍環(huán)境的影響（包括物理、化學(xué)的影響）。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(jìn)，封裝的功能也在慢慢異化。目前，集成電路芯片的 I/O 線越來越多，它們的電源供應(yīng)和信號傳送都是要通過封裝來實現(xiàn)與系統(tǒng)的連接；芯片的速度越來越快，功率也越來越大，使得芯片的散熱問題日趨嚴(yán)重；由于芯片鈍化層質(zhì)量的提高，封裝用以保護(hù)電路功能的作用其重要性正在下降。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(yù)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。金屬圓形外殼采用由可伐合金材料沖制成的金屬底座，借助封接玻璃，在氮氣保護(hù)氣氛下將可伐合金引線按照規(guī)定的布線方式熔裝在金屬底座上，經(jīng)過 引線端頭的切平和磨光后，再鍍鎳、金等惰性金屬給與保護(hù)。組裝完成后，用 10號鋼帶所沖制成的鍍鎳封帽進(jìn)行封裝，構(gòu)成氣密的、堅固的封裝結(jié)構(gòu)。它的缺點是價格昂貴，外型靈活性小，不能滿足半導(dǎo)體器件日益快速發(fā)展的需要。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。目前， IBM 的陶瓷基板技術(shù)已經(jīng)達(dá)到 100多層布線，可以將無源器件如電阻、電容、電感等都集成在陶瓷基板上，實現(xiàn)高密度封裝。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(fù)雜的器件進(jìn)行一體化封裝的能力。缺點是燒結(jié)裝配時尺寸精度差、介電系數(shù)高（不適用于高頻電路），價格昂貴，一般主要應(yīng)用于一些高端產(chǎn)品中。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。 SIP 是從封裝體的一邊引出管腳。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。 SIP 的吸引人之 處在于它們占據(jù)最少的電路板空間，但在許多體系中，封閉式的電路板限制了 SIP 的高度 和應(yīng)用。 DIP 的外形通常是長方形的，管腳從長的一邊伸出。對 DIP 來說，其管腳數(shù)通常在 8至 64（ 1 1 1 2 22 4 52和 64）之間，其中， 24至 40管腳 數(shù)的器件最常用于邏輯器件和處理器，而 14至 20管腳的多用于記憶器件，主要取決于記 憶體的尺寸和外形。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。而后成型技術(shù)的進(jìn)步及塑料封裝可靠性的提高，已使高引腳數(shù)四邊 封裝成為常規(guī)封裝技術(shù)。諸如 LLC(lead chip carrier)， LLCC(leadless chip carrier)用 于區(qū)分管腳類型。 PLCC 的管 腳間距是 ，與 DIP 相比，其優(yōu)勢是顯而易見的。 還有一種劃分封裝類型的參數(shù)是封裝體的緊湊程度。它封裝的器件相對于它的芯片尺寸和所包含的引腳數(shù)來說，在電路板上的印跡 (foot print)是出乎尋常的小。在 SO 封裝結(jié)構(gòu)中，兩邊或四邊引腳設(shè)計都有。 SOP 的引腳數(shù)一般為 14和 16。其管腳間距比 PLCC 的 ，引腳呈歐翅型與 PLCC 的 J 型不同。 PQFP 有二種主要的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，電子工業(yè)協(xié)會 (EIA)的連接電子器件委員會 (Joint Electronic Device Committee, JEDEC)注冊的 PQFP 是角上有凸緣的 封裝，以便在運(yùn)輸和處理過程中保護(hù)引腳。日本電子工業(yè)協(xié)會 (EIAJ)注冊的 PQFP 沒有凸緣，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(dá) 232個。但是， EIAJ 的 PQFP 沒有凸緣，這可能會引起麻煩，因為在運(yùn)輸過程中，必須把這些已封裝好的器件放在一個特別設(shè)計的運(yùn)輸盒中，而 JEDEC 的 PQFP 只要置于普通的管子里就可以運(yùn)輸，因為凸緣可以使它們避免互相碰撞。當(dāng)引腳數(shù)大于 256時，在 ，長方形外形可達(dá)到較高的互連密度，這是因為周邊的一些引腳可以通過模塊下的通孔轉(zhuǎn)換成平面引腳，達(dá)到 PGA 的互連密度。長方形結(jié)構(gòu)可以使短邊引腳數(shù)少于 64個、引腳間距不大于 (1mm)的所有引腳都插入模塊底下的通孔中。 當(dāng)引腳數(shù)目更高時，采用 PQFP 的封裝形式就不太合適了，這時， BGA 封裝應(yīng)該是比較好的 選擇，其中PBGA 也是近年來發(fā)展最快的封裝形式之一。廣義的 BGA 封裝還包括矩柵陣列 (LGA)和柱柵陣列 (CGA)。 BGA 技術(shù)在二 十世紀(jì)九十年代中期開始應(yīng)用，現(xiàn)在已成為高端器件的主要封裝技術(shù)，同時，它仍處于上升期，發(fā)展空間還相當(dāng)大。在 BGA 封裝中，基板成本要占總成本的 80％左右。 綜上所述，電子封裝技術(shù)所涉及的范圍相當(dāng)廣泛，本培訓(xùn)課程不可能一一詳述。 一般所說的塑料封裝，如無特別的說明，都是指轉(zhuǎn)移成型封裝 (transfer molding)，封 裝工序一般可分成二部分：在用塑封料包封起來以前的工藝步驟稱為裝配 (assembly)或 前道操作 (front end operation)，在成型之后的工藝步驟稱 為后道操作 (back end ope ration)。有些成型工序也在凈化室中進(jìn)行 ，但是，機(jī)械水壓機(jī)和預(yù)成型品中的粉塵，很難使凈化室達(dá)到 10,000級以上。轉(zhuǎn)