微电子封装复习详细版

1、微电子封装技术中常用封装术语英文缩写的中文名称：

DIP ： 双列直插式封装 double in-line package QFP(J)：四边引脚扁平封装 quad flat package PGA ： 针栅阵列封装 pin grid array

PLCC ： 塑料有引脚片式载体 plastic leaded chip carrier SOP(J)：IC 小外形封装 small outline package

SOT ： 小外形晶体管封装 small outline transistor package SMC/D：表面安装元器件 surface mount component/device BGA ： 焊球阵列封装 ball grid array CCGA ：陶瓷焊柱阵列封装 C eramic Column Grid Array KGD ： 优质芯片（已知合格芯片）Known Good Die CSP ： 芯片级封装 chip size package

WB ： 引线键合 wire bonding TAB ： 载带自动焊 tape automated bonding FCB ： 倒装焊flip chip bonding OLB ： 外引线焊接Outer Lead Bonding ILB ： 内引线焊接

C4： 可控塌陷芯片连接Controlled Collapse Chip Connection

UBM ： 凸点下金属化 Under Bump Metalization SMT ： 表面贴装技术

THT ： 通孔插装技术 Through Hole Technology COB ： 板上芯片 COG ： 玻璃上芯片 WLP ： 晶圆片级封装Wafer Level Packaging C ： 陶瓷封装 P ： 塑料封装 T ： 薄型 F ： 窄节距 B ： 带保护垫

2、微电子封装的分级：

零级封装：芯片的连接，即芯片互连级

一级封装：用封装外壳将芯片封装成单芯片组件和多芯片组件

二级封装：将一级封装和其他组件一同组装到印刷电路板（或其他基板）上

三级封装：将二级封装插装到母板上

3、微电子封装的功能：

1） 电源分配：保证电源分配恰当，减少不必要的电源消耗，注意接地线分配问题。

2） 信号分配：使信号延迟尽可能减小，使信号线与芯片的互连路径及通过封装的I/O引出的路径达到最短。

3） 散热通道：保证系统在使用温度要求的范围内能正常工作。

4） 机械支撑：为芯片和其他部件提供牢固可靠的机械支撑，能适应各种工作环境和条件的变化。

5） 环境保护：保护芯片不被周围环境的影响。

4、微电子封装技术中的主要工艺方法： （1）芯片粘接: (将IC 芯片固定安装在基板上)

1) Au-Si 合金共熔法 2) Pb-Sn 合金片焊接法 3) 导电胶粘接法

4） 有机树脂基粘接法

（2）互连工艺：(主要三种是引线键合（WB ）、载带自动焊（TAB ）和倒装焊（FCB ）) WB ：主要的WB 工艺方法；热压超声焊主要工艺参数、材料：

WB 工艺方法：热压焊、超声焊和热压超声焊（也叫金丝球焊） 热压超声焊主要工艺参数：

1. 热压焊的焊头形状----楔形，针形，锥形 2. 焊接温度 150°左右

3. 焊接压力---0.5到1.5N /点。4. 超声波频率 材料：热压焊、金丝球焊主要选用金丝，

超声焊主要用铝丝和Si-Al 丝， 还有少量Cu-Al 丝和Cu-Si-Al 丝等

TAB ：内、外引线焊接主要工艺参数、载带的分类：

TAB 内、外引线焊接主要工艺参数：焊接温度（T ）；焊接压力(P)；焊接时间(t)

； 载带的分类：单层带、双层带、三层带和双金属带

FCB ：工艺方法，各工艺方法的关键技术：

FCB 工艺方法：

1、热压FCB 法 2、再流FCB 法

3、环氧树脂光固化FCB 法 4、各向异性导电胶FCB 法 各工艺方法的关键技术：

1. 热压FCB 法： 2. 再流FCB 法： 3. 环氧树脂光固化FCB 法： 4. 各向异性导电胶FCB 法：

高精度热压FCB 机, 调平芯片与基板平行度； 控制焊料量及再流焊的温度； 光敏树脂的收缩力及UV 光固化； 避免横向导电短路 UV 光固化。

（3）常用芯片凸点制作方法；电镀法制作芯片凸点有关计算：公式、公式中各参数的含义、单位、电镀时间的计算。

常用芯片凸点制作方法：

（1）蒸发/溅射法； （2）电镀法； （3）化学镀法； （4）打球法； （5）激光凸点法； （6）置球和模板印刷法； （7）移植凸点法； （8）叠层法； （9）柔性凸点法； （10）喷射法

电镀法制作芯片凸点有关计算：公式、公式中各参数的含义、单位、电镀时间的计算：根据对凸点高度的要求不同，电镀时间也不同。根据电解定律，镀层厚度δ为：

k

式中：Dk: 电流密度(A/dm2);

t: 电镀时间(h) η: 电流效率;

k: 电化当量(g/A.h)；指在电镀过程中电极上通过单位电量时，电极反应形成产物之理论重量 d: 电镀金属密度(g/cm3)。

若δ用um 作单位，则η的取值应去除百分号

δ=

D ⋅t ⋅η⋅k d

（4）芯片凸点的组成及各部分的作用。

1.Al 膜： 2. 粘附层金属： 3. 阻挡层金属： 4. 凸点金属：

作为芯片焊区

使Al 膜和芯片钝化层粘附牢固

防止最上层的凸点金属与Al 互扩散，生成金属间化合物 导电作用

（6）组装工艺： 波峰焊工艺： ①波峰焊工艺步骤；

装板→涂覆焊剂→预热→焊接→热风刀→冷却→卸板

②波峰焊设备的组成；

传送装置、涂助焊剂装置、预热器、锡波喷嘴、锡缸、冷却风扇等

③波峰焊接中常见的焊接缺陷；

1. 拉尖，2. 桥连，3. 虚焊，4. 锡薄，5. 漏焊（局部焊开孔），6. 印制板变形大， 7. 浸润性差，8. 焊脚提升

④波峰焊单班生产产量的计算。

波峰焊机的几项工艺参数:带速、预热温度、焊接时间、倾斜角度之间需要互相协调、反复调节，其中带速影响到生产量。 在大生产中希望有较高的生产能力，通常各种参数协调的原则是以焊接时间为基础，协调倾角与带速，焊接时间一般为2～3s ，它可以通过波峰面的宽度与带速来计算。反复调节带速与倾角以及预热温度，就可以得到满意的波峰焊接温度曲线。

设PCB 的长度为L(与边轨平行边的长度) ，PCB 之间间隔为L1，传递速度为V ，停留时间为t ，每小时产量为N ，波宽为W ，则传动速度为：

V = W/t N = 60V/(L+L1)

例：一台波峰焊机波峰面宽度为50mm ，停留时间为3s ，现焊接400mm ×400mm ，PCB 间距100mm ，求单班(工作时间7h) 产量。 先计算带速： 带速 = 0.05/(1/20) = 1m/min 则：单班产量 = 7×60×1/(0.4+0.1)= 840块

再流焊工艺： ①再流焊工艺步骤；

滴注/印制钎料膏 → 放置表面贴装元件 → 加热再流

②再流焊炉加热方式类别；

(1)红外再流焊

(2)气相再流焊

(3)激光再流焊

(4)红外/热风再流焊

③单面采用贴片式元器件的工艺流程；

印刷焊膏-----贴装元件（QFP 片状元件）-----再流焊------清洗

④单面混装(插装式和贴片式元器件混装) 的工艺流程；

涂敷粘结剂-----表面安装元件------固化---------翻转-------插通孔元件------波峰焊------清洗

⑤双面混装(插装式和贴片式元器件混装) 的工艺流程；

先做A 面： 印刷焊膏-----贴装元件（QFP 片状元件）-----再流焊------翻转

再做B 面： 点贴片胶-----表面贴装元件-----加热固化-------翻转

补插通孔元件后再波峰焊-------插带通孔元件（DIP 等）------波峰焊------清洗

⑥双面都采用贴片式元器件的工艺流程；

通常先做B 面： 印刷焊膏-----贴装元件（QFP 片状元件）-----再流焊------翻转

再做A 面：

印刷焊膏-----贴装元件（QFP 片状元件）-----再流焊-----检查-----清洗

⑦表贴式元器件在安装过程中形成的焊接不良和缺陷；

偏移（侧立）和立碑，吸嘴干涉到其它元件

锡球，立碑，吹孔，空洞，元器件移位及偏斜，焊点灰暗，浸润性差，焊后断开，焊料不足，焊料过量。

⑧BGA 在安装焊接时焊球与基板焊接过程中常见缺陷。1）桥连 2）连接不充分 3）空洞

5）浸润性差

6）形成焊料小球

7）误对准

4）断开

5、典型封装的内部结构图和各组成部分名称：

TO 型、DIP 型、SOP(J)、QFP(J)、(C)BGA、WB 、TAB 、FCB 、MCM 、PLCC 等。

FCB 型：倒装焊flip chip bonding

Solder Bump焊锡凸块

QFP 型：四边引脚扁平封装

quad flat package

PLCC 型：塑料有引脚片式载体 plastic leaded chip carrier

TO 型：

DIP 型：

SOP 型：IC 小外形封装

small outline package

WB 型：

CBGA

型

：

TAB 型

:

MCM 型：MCM (Multi chip Module ) 多芯片组件封装，是一种由两个或两个以上裸芯

片或者芯片尺寸封装(CSP)的IC 组装在一个基板上的模块, 模块组成一个电子系统或子系统

6、封装可靠性分析：

（1）铝焊区上采用Au 丝键合，对键合可靠性的影响及解决对策。

1. 对于Al-Au 金属系统，焊接处可能生成的金属间化合物就有Au2Al 、AuAl 、AuAl2、Au4Al 、Au5Al 等——脆性，导电率较低，长期使用或遇高温后，可能出现压焊强度降低及接触电阻变大等情况，导致开路或电性能退化；

2.Au-Al 压焊还存在所谓的“柯肯德尔效应”——接触面上造成空洞：在高温下，Au 向Al 迅速扩散而形成Au2Al （白斑）。

防止方法：尽可能避免在高温下长时间压焊，器件使用温度尽可能低。

（2）塑料封装器件吸潮引起的可靠性问题。

由于塑封器件吸潮，会使器件的寿命降低。显然, 吸湿量越多, 水汽压就会越高, 器件寿命就越短。由于塑封器件是非气密性封装，还会受到生产环境中的污染物(如Na+)、塑封料残存的离子性杂质(如Cl-等) 的影响。特别是Cl-及湿气浸入器件后, 将会对芯片的Al 电极产生局部腐蚀, 形成疏松、脆性的Al 化合物。湿气和Cl-对Al 的不断腐蚀作用，使Al 电极不断恶化，导致电参数变得越来越差，最终会导致器件开路而失效。

（3）塑料封装器件吸潮引起的开裂问题：开裂机理、防止措施。

开裂机理：

1. 开裂机理描述

塑封开裂过程分为（1）水汽吸收聚蓄期、（2）水汽蒸发膨胀期和（3）开裂萌生扩张期三个阶段，

2. 引起开裂的多种因素

水汽是引起塑封器件开裂的外部因素，而塑封器件结构所形成的热失配才是引起塑封器件开裂的根本性内在因素。

3. 封装的水汽吸收与相对湿度密切相关 封装的水汽吸收与环境相对湿度密切相关，封装贮存期吸收的水汽也与贮存环境的湿度有关

防止措施：

1. 从封装结构的改进上增强抗开裂的能力

2. 对塑封器件进行适宜的烘烤是防止焊接时开裂的有效措施 3. 合适的包装和良好的贮存条件是控制塑封器件吸潮的必要手段

（4）波峰焊焊接表面贴装式元器件产生问题及解决方法。

1. 于A 处，钎料波峰与元件端面形成封闭的空间，于是接头内形成气孔； 2. 于B 处，元件脱离时对钎料波峰面形成阴影，造成钎料不足； 3. 元件也受到与接头同样温度的加热，造成破裂或损坏。

解决方法：使用双波峰焊。即增加一个湍波，改单波峰为双波峰。