IC封装产业介绍及常用封装方式简述(图文版)讲解课件.ppt

现在的世界就是一颗一颗芯片芯片需要封装所以世界正在被一颗一颗的封装请随我走入封装世界成为封装高手1封装在IC制造产业链中之位置Wafer Manufacturing长晶切片倒角抛光Front End氧化扩散硅片检测光刻沉积刻蚀植入WaferTest探针台测试BackEnd背磨划片封装成品测试CMP2封装作业之一般流程(QFP为例)Wafer back grindingWafer mountWafer saw & cleanDie attachEpoxy curePlasma cleanWire bondMoldingMarkingPost mold cureDeflash & TrimSolder platingForming&singulationFVIPacking3封装用原材料以及所需零组件Ø塑胶材料塑胶材料: BT 树脂、树脂、Epoxy、、PTFE、、Polyimide、、compound、、 UBM、、PSV、、APPE、、Solder mask、、P.R…Ø焊焊 料料：：95 Pb/5 Sn 、、37 Pb/63 Sn (易熔易熔,183℃℃ )、、No Lead Ally（（Sn 3.9/Ag 0.6/Cu 5.5 ,235℃℃ ）、）、Low- α Ally… Ø金金 线线: Au bond、、Ally bond… ØLead Frame: 由冲压模具制成由冲压模具制成ØSubstrate: 柔性基片柔性基片(tape)、、迭层基片、复合基片、陶瓷基片、迭层基片、复合基片、陶瓷基片、 HiTCETM 陶瓷基片、带有陶瓷基片、带有BCBTM介质层的玻璃基片介质层的玻璃基片…ØTAPE: Blue Tape、、UV Tape…ØHeat Sink : 散热片散热片 4封装用机台以及所涉及模具ØPolishing machine & CMPØUV tape attach machineØDicing machineØUV irradiation machineØTape remover machineØPick & Place machineØPackage machineØ锡炉Ø冲切模具(F/T):trim & formØ塑封模具5封装趋势演进图封装类型全称盛行时期DIPDual in-line package80年代以前SOPSmall outline package80年代QFPQuad Flat Package1995~1997TABTape Automated bonding1995~1997COBChip on board1996~1998CSPChip scale package1998~2000Fc Flip-chip1999-2001MCMMulti chip model2000~nowWLCSPWafer level CSP2000~now6封装类型分类•IC封装的主要功能• 保护IC,提供chip和system之间讯息传递的界面.所以IC制程发展、系统产品的功能性都是影响IC封装技术发展的主要原因。

比如：近日电子产品的要求是轻薄短小，就要有降低chip size的技术；IC制程微细化，造成chip内包含的逻辑线路增加，就要使chip引脚数增加等等•IC封装的主要分类以及各自特点：•一、DIP双列直插式封装• DIP(DualIn－line Package)是指采用双列直插形式封装的集成电路芯片，绝大多数中小规模集成电路(IC)均采用这种封装形式，其引脚数一般不超过100个采用DIP封装的CPU芯片有两排引脚，需要插入到具有DIP结构的芯片插座上当然，也可以直接插在有相同焊孔数和几何排列的电路板上进行焊接DIP封装的芯片在从芯片插座上插拔时应特别小心，以免损坏引脚 7ØDIP封装之特点• 1.适合在PCB(印刷电路板)上穿孔焊接，操作方便 2.芯片面积与封装面积之间的比值较大，故体积也较大 ØDIP封装图示•body thickness：155milØPKG thickness: 350milØLead width: 18.1milØLead pitch: 100mil•DIP系列封装其他形式•PDIP（Plastic DIP）、CDIP（Ceramic DIP）•SPDIP（Shrink plastic DIP）8二、SOP/SOJ小尺寸封装• 1980年代，SMT（Surface Mounting Technology）技术发起后，在SMT的生产形态中，SOP（Small Out-Line Package）/SOJ（ Small Out-Line J-Lead package）随之出现，引脚在IC两侧。

ØSOP/SOJ封装形态之特点Ø 1. SOP/SOJ is a lead frame based package with "Gull wing "form lead suitable for low pin count devices. Ø 2. Body width ranges from 330 to 496 mils with pitch 50 mils available.Ø 3. Markets include consumer ( audio/ video/ entertainment ), telecom (pagers/ cordless phones), RF, CATV, telemetry, office appliances (fax/copiers/printers/PC peripherals) and automotive industries.9ØSOP (Small Out-Line Package)封装形态之图示body thickness:87~106mil PKG thickness:104~118mil Lead width: 16 milLead pitch: 50 mil SOJ ( Small Out-Line J-Lead package)封装形态之图示body thickness:100 mil PKG thickness:130~150mil Lead width: 17~20 mil Lead pitch: 50 mil10ØSOP封装系列之其他形式Ø 1.SSOP(Shrink SOP)Øbody thickness：70~90 milØPKG thickness: 80~110milØLead width: 10~15 milØLead pitch: 25 milØ 2.TSOP(Thin SOP)Øbody thickness：1.0 mmØPKG thickness: 1.2mmØLead width: 0.38~0.52 mmØLead pitch: 0.5 mm11•3.TSSOP(Thin Shrink SOP)Øbody thickness：0.90 mmØPKG thickness: 1.0mmØLead width:0.1~0.2mmØLead pitch: 0.4~0.65mmØ4.TSOP(Ⅰ) : Thin SOP ⅠØ5.TSOP(Ⅱ ) : Thin SOP ⅡØ6.QSOP : Quarter Size Outline PackageØ7.QVSOP : Quarter Size Very Small Outline Package12三、QFP方型扁平式封装和PFP扁平封装• QFP（Plastic Quad Flat Package）封装的芯片引脚之间距离很小，管脚很细，一般大规模或超大型集成电路都采用这种封装形式，其引脚数一般在100 – 256100 – 256。

用这种形式封装的芯片必须采用SMD（表面安装设备技术）将芯片与主板焊接起来采用SMD安装的芯片不必在主板上打孔，一般在主板表面上有设计好的相应管脚的焊点将芯片各脚对准相应的焊点，即可实现与主板的焊接用这种方法焊上去的芯片，如果不用专用工具是很难拆卸下来的 • PFP（Plastic Flat Package）方式封装的芯片与QFP方式基本相同唯一的区别是QFP一般为正方形，而PFP既可以是正方形，也可以是长方形ØQFP/PFP封装具有以下特点特点： 1.适用于SMD表面安装技术在PCB电路板上安装布线 2.适合高频使用 3.操作方便，可靠性高 4.芯片面积与封装面积之间的比值较小 13ØQFP方型扁平式封装和PFP扁平封装图示Øbody thickness：>2.8 mmØPKG thickness: >3.3 mmØLead width: 0.18~0.35mmØLead pitch: 0.40~1.0 mm ØQFP封装系列之其他形式Ø 1.LQFP(Low profile QFP)：Øbody thickness：1.4mmØPKG thickness: 1.6mmØLead width: 0.22~0.37mmØLead pitch: 0.40~0.80mm14•2.TQFP(Thin QFP): •body thickness：1.0 mmØPKG thickness: 1.2 mmØLead width: 0.18~0.37 mmØLead pitch: 0.40~0.80 mmØ3.DPH-QFP(Die Pad Heat Sink QFP)•body thickness：2.8 mmØPKG thickness: 3.3 mmØLead width: 0.2~0.3 mmØLead pitch: 0.5 mm15•4.DPH-LQFP(Die-pad Heat Sink Low-profile QFP)•body thickness：1.4 mmØPKG thickness: 1.6 mmØLead width: 0.22 mmØLead pitch: 0.5 mmØ5.DHS-QFP(Drop-in Heat sink QFP)•body thickness：1.4 mmØPKG thickness: 1.6 mmØLead width: 0.22 mmØLead pitch: 0.5 mm16•6.EDHS-QFP(Exposed Drop-in Heat sink QFP)•body thickness：>3.2 mmØPKG thickness: >3.6 mmØLead width: 0.18~0.3 mmØLead pitch: 0.4~0.65 mm•7.E-Pad TQFP(Exposed-Pad TQFP)•body thickness：1.0 mmØPKG thickness: 1.2 mmØLead width: 0.22 mmØLead pitch: 0.50 mm17•8.VFPQFP(Very Fine Pitch QFP)•9.S2QFP(Spacer Stacked QFP)•11.Stacked E-PAD LQFP18•10.MCM-LQFP(Multi-chip module Low-profile QFP)•12.PLCC (Plastic Leaded Chip Carrier Package )19PGA插针网格阵列封装 • PGA(Pin Grid Array Package)芯片封装形式在芯片的内外有多个方阵形的插针，每个方阵形插针沿芯片的四周间隔一定距离排列。

根据引脚数目的多少，可以围成2-5圈安装时，将芯片插入专门的PGA插座为使CPU能够更方便地安装和拆卸，从486芯片开始，出现一种名为ZIF(Zero Insertion Force Socket) 的CPU插座，专门用来满足PGA封装的CPU在安装和拆卸上的要求Ø PGA插针网格阵列封装之特点Ø 1.插拔操作更方便，可靠性高Ø 2.可适应更高的频率Intel系列CPU中，80486和Pentium、Pentium Pro均采用这种封装形式 20•PGA插针网格阵列封装之图示21BGA球栅阵列封装 • 随着集成电路技术的发展，对集成电路的封装要求更加严格这是因为封装技术关系到产品的功能性，当IC的频率超过100MHz时，传统封装方式可能会产生所谓的“Cross Talk”现象，而且当IC的管脚数大于208 Pin时，传统的封装方式有其困难度因此，除使用QFP封装方式外，现今大多数的高脚数芯片（如图形芯片与芯片组等）皆转而使用BGA(Ball Grid Array Package)封装技术 Ø BGA封装具有以下特点： 1.I/O引脚数虽然增多，但引脚之间的距离远大于QFP封装方式，提高了成品率。

Ø 2.虽然BGA的功耗增加，但由于采用的是可控塌陷芯片 法焊接，从而可以改善电热性能Ø3.信号传输延迟小，适应频率大大提高4.组装可用共面焊接，可靠性大大提高22ØBGA封装之基板:Substrate• BGA是是IC封装封装的一的一种种方式，方式，是单是单一晶片或多晶片以打一晶片或多晶片以打线线接合接合(Wire Bonding)、、卷带卷带式接合式接合(Tape Automated)或或覆覆晶晶式接合式接合(Flip Chip)的方式和基板上之的方式和基板上之导路导路相連接；而基板本身相連接；而基板本身以以Area Array陣列式分布的陣列式分布的锡锡凸凸块块作作为为IC元件向外元件向外连连接之端接之端点点，，然而要完成然而要完成BGA封装封装中晶片中晶片与与各球各球的连接的连接，須先安，須先安置连置连接接两两者者的小型薄片，的小型薄片，这个这个小型薄片就是小型薄片就是BGA基板，基板，BGA基板基板占封装占封装材材料成本料成本2/3，，BGA基板在整基板在整个个BGA的封裝中的封裝中占占有有举足轻重举足轻重的地的地位。

位• BGA基板因使用材料不同可分为四大类基板因使用材料不同可分为四大类:• 1.CBGA (Ceramic BGA)• 2.PBGA (Plastic BGA)• 3.TBGA (Tape BGA)• 4.MBGA (Metal BGA)23ØBGA依据基板使用材料不同可分为五大类:Ø 1. PBGA（Plastic基板） ：一般为2-4层有机材料构成的多层板2. CBGA（Ceramic基板） ：即陶瓷基板，芯片与基 板间的电气连接通常采用倒装芯片（FlipChip，简 称FC）的安装方式3. FCBGA（Rigid基板） ：硬质多层基板4. TBGA（Tape 基板） ：基板为带状软质的1-2层PCB电路板5. CDPBGA（Cavity Down Plastic基板） ：指封装中央有方型低陷的芯片区（又称空腔区）241. PBGA(Pastic BGA)•ball ø :0.55~0.75mm•ball count:100~1000•ball pitch: 1.0~1.7mm•substrate Thk:0.56mm•body Thk:1.56~1.73mm•PKG Thk:2.16~2.33mm•2. LBGA(Low-profile BGA)•ball ø :0.30~0.60mm•ball count:100~1000•ball pitch: 0.8~1.0mm•substrate Thk:0.36mm•body Thk:0.90mm•PKG Thk:1.30~1.60mm253. LTBGA(Low-profile Tape BGA)•ball ø :0.45mm•ball count:100~1000•ball pitch: 0.80mm•substrate Thk:0.1mm•body Thk:0.80mm•PKG Thk:1.20mm•4. TFBGA(Thin & Fine pitch BGA)•ball ø :0.30~0.60mm•ball count:100~1000•ball pitch: 0.50~1.0mm•substrate Thk:0.36mm•body Thk:0.89mm•PKG Thk:1.20~1.60mm265. TFTBGA(Thin & Fine-pitch Tape BGA)•ball ø :0.40mm•ball count:100~1000•ball pitch: 0.75mm•substrate Thk:0.10mm•body Thk:0.75mm•PKG Thk:1.10mm•6. EDHSBGA(Exposed Drop-in Heat Sink BGA)•ball ø :0.75mm•ball count:100~1000•ball pitch: 1.27mm•substrate Thk:0.56mm•body Thk:1.73mm•PKG Thk:2.33mm276. STFBGA(Stacked Thin & Fine-pitch BGA)•ball ø :0.80~1.0mm•ball count:100~1000•ball pitch: 0.40mm•substrate Thk:0.26mm•body Thk:0.96mm•PKG Thk:1.40mm•7. CDTBGA(Cavity Down Tape BGA)•ball ø :0.60~0.75mm•ball count:100~1000•ball pitch: 1.0~1.27mm•substrate Thk:1.0~1.2mm•body Thk: 1.0~1.2mm•PKG Thk:1.60mm288. L2BGA/EBGA(Laser laminate BGA/Enhanced BGA)• Laser laminate BGA/Enhanced BGA are cavity down,thermally enhanced BGA with laminated substrate .They are suitable for solutions for high power dissipation applications(>6w). L2BGA with laser drilled via enhances circuitry EBGA uses BTlaminated with multiple layers at a very competitive cost. Superior electrical performance is achieved by multiple metal layer laminate based construction.•ball ø :0.60~0.75mm•ball count:100~1000•ball pitch: 1.0~1.27mm•substrate Thk:1.0~1.2mm•body Thk:1.0~1.2mm•PKG Thk:1.60mm299. MCMBGA(Multi-chip Module BGA)•ball ø :0.60~0.75mm•ball count:100~1000•ball pitch: 1.27mm•substrate Thk:0.56mm• body Thk:1.56~1.73mm•PKG Thk:2.16~2.33mm• 10. FCBGA(Flip Chip BGA)•ball ø :0.60~0.75mm•ball count:100~2000•ball pitch: 1.0~1.27mm•substrate Thk:1.0~2.0mm•body Thk:3.0mm•PKG Thk:3.5mm30ØBGA封装的其他常见形式　•HPBGA(High Performance BGA) chip array BGA•Tape Array BGA Tape super BGA•以及其他的如:Micro BGA、Viper BGA…31ØBGA封装系列形式32以上各封装形态之主要运用产品封裝方式封裝方式主要產品主要產品DIPFlash(Bios)、、ROM、、滑鼠滑鼠ICSOP/SOJDRAM、、監視器監視器IC、、消費性電消費性電子子ICPLCCFlash、、EPROMQFP繪圖晶片、繪圖晶片、SRAM、、網路卡網路卡ICBGA晶片組、晶片組、3D繪圖晶片繪圖晶片、、MCU、、MPU、、RF、、Portable Pro.33MCM(Multi Chip Module)多晶片模組• 多晶片模組是將多個未封裝的裸晶片一起封裝於同一個封裝體內，如此可縮小系統的體積，並縮短晶片間的連接線路，因而成為改善系統效能的一大捷徑，多晶片模組的基本構想是盡量減少系統中晶元的間隙，其目的是縮短晶片間信號的延滯，縮小系統尺寸及減少外接的連線，而造就出高性能的元件。

Ø具有下列特性：•1.封装延迟时间缩小，易于实现模块高速化2.缩小整机/模块的封装尺寸和重量3.系统可靠性大大提高 • 綜合上述特性，多晶片模組將成為未來攜帶式無線通訊系統的主流，隨著多媒體的發展，多晶片模組也將大量出現於工作站及筆記型電腦中34Ø MCM多晶片模組图示:35MCM多晶片模組系列图示:36SiP ( System in Package )• Semiconductor industry demands for higher levels of integration, lower costs, and a growing awareness of complete system configuration hav econtinued to drive System in Package (SiP) solutions. ØSiP封装图示:37CSP(Chip Scale Package)芯片级封装• 随着全球电子产品个性化、轻巧化的需求蔚为风潮，封装技术已进步到CSP(Chip Size Package)它减小了芯片封装外形的尺寸，做到裸芯片尺寸有多大，封装尺寸就有多大。

即封装后的IC尺寸边长不大于芯片的1.2倍，IC面积只比晶粒（Die）大不超过1.4倍ØCSP封装具有以下特点： 1.满足了芯片I/O引脚不断增加的需要 2.芯片面积与封装面积之间的比值很小 3.极大地缩短延迟时间 Ø CSP封装又可分为四类：Ø 1.1.Lead Frame Type(Lead Frame Type(传统导线架形式传统导线架形式) ) Ø 2. 2. Rigid Interposer Type(Rigid Interposer Type(硬质内插板型硬质内插板型) ) Ø 3. 3. Flexible Interposer Type(Flexible Interposer Type(软质内插板型软质内插板型) )，， Ø 4. 4. Wafer Level Package(Wafer Level Package(晶圆尺寸封装晶圆尺寸封装) )：： 38CSP封装所涉及之精密技术:Flip Chip• Flip Chip(覆晶 ):覆晶技術起源於1960年代，當時IBM開發出所謂之C4 (Controlled Collapse Chip Connection)技術，在I/O pad上沈積錫鉛球，而後將晶片翻轉、加熱，利用熔融的錫鉛球與基板相結合，並以此技術取代傳統打線接合(wire bonding)而應用於大型電腦組裝上。

• 廣義的覆晶技術泛指將晶片翻轉後，以面朝下的方式透過金屬導體與基板進行接合一般而言，金屬導體包含有金屬凸塊(metal bump)、捲帶接合(tape-automated bonding) 等，這其中以金屬凸塊技術最為成熟，亦被廣泛應用於量產之產品上• 一般而言，由於成本與製程因素，使用覆晶接合之產品通可分為兩種形式，分別為較常使用於低I/O數 IC之覆晶式組裝(flip chip on board，FCOB)及主要使用於高I/O數IC的覆晶式構裝(flip chip in package，FCIP)，其中FCOB為直接晶片接合(direct chip attachment；DCA)技術之一39CSP封装所涉及之精密技术:bumping40CSP封装所涉及之精密技术之Area array bumping & Peripheral bumping•1、 Peripheral bumping（周边长bump）：如上页流程所示，是指在裸芯片pad原位置上长bump，形成一矩形此种长 bump法一般比较容易实现•2、 Area array bumping （阵列长bump）：如下图所示，是通过导线将原裸芯片之pad位置重新分布，形成一个阵列，此种长bump法要求工艺相对较高。

41CSP封装所涉及精密技术之Redistribution Process Result42ETCSP（ Extremely Thin CSP）43FCCSP（Chip Scale CSP）• ball ø :0.30mm• ball count:100~200• ball pitch: 0.75mm• substrate Thk:0.5mm• body Thk:1.0mm• PKG Thk:1.2mm•QFN（Quad Flat No-lead）•Lead width :0.18~0.30mm•Lead count:10~200•Lead pitch: 0.4~0.8mm •body Thk:0.65mm•PKG Thk:0.85mm44WLCSP(Wafer Level CSP)• WLCSP(晶圆级封装):指大部分封装工作在芯片处于晶圆状态时完成.流程如下:WAFERWAFER BackgrindWAFER monut/SawVisual InspectPick & Place to trayPack & Ship DieWAFER Bumping WAFER Probe Laser Mark SiP/Lead frame/laminate pack shipWAFER monut/Saw45CSP封装系列形态46后记:出货前须经历之试验•1、121℃ /100%相对湿度条件下168小时高压汽锅试验（PCT）•2、150℃ 温度条件下1000小时高温存储试验（HTSL）•3、85℃ /85%相对湿度条件下1000小时的温度湿度偏差试验（RHTHBT）•4、1000次-55℃ 到+125℃ 温度循环试验•5、130℃ /85%相对湿度条件下168小时的加速度应力试验47总结• 隨著半導體製程技術和設計技術的精進，以及低成本、低耗電量、多功能和輕薄短小等市場需求興起，於網路晶片、PC晶片組或嵌入式記憶體晶片均已經開始看到整合晶片的雛形，SOC晶片將成為未來的趨勢，為因應腳數增加及散熱的需求，預期BGA封裝方式的需求將逐漸增加。

• 雖然目前整個半導體產業成長趨緩，封裝廠的產能利用率僅有60-70%，對BGA載板的需求有一定程度上的影響，然而就長期趨勢而言，我們仍相當看好BGA或是覆晶的封裝方式。