微电子封装与组装,电子元件封装图大全

电子微组装封装技术，是用于电子元器件、电子微组装组件（HIC、MCM、SiP等）内部电互连和外部保护性封装的重要技术。

在电子器件的生产中，电子产品体积的70%～99%由封装手段决定；封装成本占产品成本的30%～80%；超过50%的产品失效与封装有关；60%以上的热阻源于封装；50%以上的信号延迟源于封装；电子器件50%以上的电阻源于封装。

一、定义

美国乔治亚理工学院的Rao R. Tummala等在“微电子封装手册”中将微电子封装定义为：将一定功能的集成电路芯片，放置到一个与之相应的外壳容器中，为芯片提供一个稳定可靠的工作环境。

二、功能

电子微组装封装安装的微组装技术和实现局部微区电互连的微互连技术，如芯片焊料焊接或烧结、元件有机胶黏结等微组装，丝键合、基板互连通孔、硅基板TSV等电连接的微互连；组件封装技术指组件外部保护性封装技术。

电子微组装封装技术是在电子器件传统封装技术上发展起来的，也称微电子封装技术，它不仅包含传统的封装技术，更拓展了高密度组装和封装技术。在微组装组件中单片集成电路、IC芯片功能的实现，要靠连接引出信号，即靠封装组成半导体器件，因此，封装不仅是IC支撑、保护的必要条件，也是其功能实现的组成部分，没有封装的芯片无法正常工作。

采用电子微组装封装技术的电子微组装组件，其组装和封装应具备以下四种功能[3]。

电源分配。微组装组件的封装结构首先为芯片接通电源，使电流流通。其次，根据组件内部器件不同部位所需电源不同的原理，能合理地为不同部位提供合理的电源分配，包括地线的分配问题，以减少电源的不必要损耗，这在组件的多层布线基板上尤为重要。信号分配。为尽可能减小电信号的延迟，在布线时要尽可能使信号线与芯片的互连路径及通过封装的I/O引出路径达到最短。对于高频信号，还要考虑信号间的串扰，以进行合理的信号分配布线和接地线分配。散热通道。各种微电子封装都要考虑器件、部件长期工作时如何将聚集的热量散出的问题。不同的微组装封装结构和材料具有不同的散热效果，对于大功耗的微电子封装，还要考虑附加热沉或使用强迫风冷、水冷的方式，以保证系统在使用温度要求范围内正常工作。机械支撑和环境保护。微组装组件的组装封装结构为器件芯片和其他元件提供可靠的机械支撑，并且能够适应热、机械、潮湿等环境及环境应力的变化。微组装组件在试验和使用过程中，各种环境因素可能为半导体器件的稳定性、可靠性带来很大影响，所以微组装和封装结构还应为内部芯片和元件提供可靠的环境保护功能。

三、分级

根据电子行业的定义，微电子封装依照制作工艺、流程和系统结构的不同，可以分为四个不同层次的分级，典型的微电子封装分级如图1所示。

图1 典型的微电子封装分级

由图1可知，〇级封装被定义为在圆片上的制作过程，如IC制造、倒装芯片（Flip Chip）的凸点形成等；也有将〇级封装泛指未加封装的裸芯片，芯片由半导体厂商提供，分两大类，一类是标准系列化芯片，另一类是针对系统用户特殊要求的专用芯片。

一级微封装又称为芯片级封装（简称一级封装），即采用微组装微互连技术和外壳封装技术将单芯片或多芯片封装在一个包封和气密封装腔体内，是目前微电子封装的主体。一级封装着重于将单个器件或多个元器件封装起来，而所涉及的封装形式则有很多，其封装类型如图2所示。一般来说，常根据芯片数量把一级封装简单分为单芯片封装和多芯片封装两大类。

前者是对单个裸芯片进行封装；后者则是将多个裸芯片或尺寸封装芯片搭载于多层基板上进行封装。一级封装的典型产品：分立电子器件、混合集成电路、多芯片组件和SiP组件。

图2 一级微电子封装的分类

二级微电子封装又称板级封装（简称二级封装），即采用表面贴装技术（Surface Mount Techology, SMT）等技术将带封装的分立元器件组装到基板上（PCB或其他布线基板）。二级封装以SMT为主体，通过一系列构成板卡的装配工序，将多个完成一级封装的单芯片封装或多芯片组件，安装在PCB等多层基板上，也有将裸芯片直接安装在PCB上形成的组件，基板周边设有插接端子，用于与母板及其他板卡的电气连接。常见的计算机主板生产就属于二级封装的范畴。二级封装的典型产品：混合微电路或多芯片模块。

三级微电子封装又称单元组装，即采用插卡或插座技术将多个二级封装的板卡通过插接端子，搭载在称为母板的大型PCB上，构成单元组件，形成密度更高、功能更多、更复杂的三维立体封装单元产品。传统的三级封装的典型产品：柜式组件单元和印制线路组件。

由于导线和导电带与芯片间键合焊接技术的大量应用，一级、二级封装技术之间的界限已经模糊了。国内基本上把〇级和一级封装形式称为封装，一般在元器件研制和生产单位完成。把相对应国际统称的二级和三级封装形式称为电子组装。微电子封装不但直接影响着电路本身的电性能、机械性能、光性能和热性能，还在很大程度上决定着电子整机系统的小型化、多功能化、可靠性和成本。

什么是微组装，哪些工艺才是微组装？

微组装工艺是指最小组装元素的尺寸在数微米到100微米之间，以线绑定、倒装芯片为基础技术、不能采用常规SMT工艺完成组装的组装工艺技术。主要包括以线绑定（Wire
Bonding）、倒装芯片（Flip
Chip）等一级组装工艺技术（裸芯片组装）为基础的组装工艺技术，区别于以纯SMT、THT为基础的二级组装工艺技术，包括一级封装SiP，一级二级混合的组装MCM工艺技术，不包括半导体裸芯片制造工艺。

微电子组装的分类

采用集成度高的芯片，如集成电路芯片、晶体管芯片、电阻芯片、电容芯片以及其他微型元件、器件（如小型封装集成电路、晶体管），以取代常规的元件、器件等。改进芯片安装方法是缩小体积、提高组装互连密度、提高可靠性的一项重要技
①　倒装片法和线焊法：属直接安装法，安装面积小，但芯片不能预测（老化筛选），影响混合电路或微电子组装组件的合格率和可靠性。
②　芯片载体法：这是一种可预测的微小型芯片封装型式，四边和底部都引出焊区（或引线）,最多达300多个。载体有多种结构型式（图1）。带有塔状散热器的有引线密封的载体和 4芯片的载体。密封陶瓷载体的可靠性高，应用广，其面积约为双列直插式外壳的1/4～1/20（图2）。
③　载带法：一种供芯片安装、互连、预测的特殊软性印制线路，外形像电影胶卷。其特点是自动化生产程度高。现代采用的技术有载带自动焊接技术和凸点载带自动焊接技术。 包括厚膜混合电路、薄膜混合电路、微波集成电路。
①　密封载体－多层细线基板组件是采用高密度互连和组装技术的一种组件。这种组件的优点是：可使用各种基板（如陶瓷基板、被釉钢基板、印制线路板和酚醛纸板等）；敏感的芯片可封装在密封载体中，组件不需要大封装外壳,体积重量远小于混合电路;工艺性、可调试性、可维修性好；散热性好；用气相重熔焊技术可以在基板两面都安装载体，提高组装密度。
②　多层陶瓷基板是现代用得最多的一种基板，丝网印刷厚膜导体线宽一般为0.1～0.2毫米，布线网格间距 0.25～0.5毫米。其制造方法有干法和湿法两种。干法布线层数一般不超过10层，湿法布线层数可做到33层，但其制造工艺比干法复杂。在一块基板上可组装多达一百多个芯片（载体、载带），其功能相当于常规电子组装的一个分机、分系统乃至整机。这样，组装层次和外互连接点数就大为减少。数字电路或模拟电路的印制电路板部件可用芯片（载体、载带）－基板组件实现微电子组装，其体积、重量可缩小为原来的五分之一至几十分之一。
细线印制板表面安装技术也是一种新的微电子组装方法。
③　有机聚合物厚膜电路是在酚醛纸板、环氧玻璃纤维布板等基板上印刷的有机聚合物厚膜电路。它可与芯片、载体、载带组装和焊接，其特点是固化温度低、价廉。
④　有机薄膜多层薄膜电路的互连布线密度比厚膜电路的高，布线网格可达0.1毫米，甚至更小。
⑤　微波组件包括单芯片微波集成电路和微波功放组件。前者是将微波晶体管和微波集成电路做在一片很小的砷化镓基片上；后者是将微波晶体管－载体组装在氧化铝基板微波集成电路上。L波段输出功率100瓦，可使发射机固态化、小型化，已用于相控阵雷达。
IBM3081处理机热传导组件是一种新型的微电子组件。它采用湿法28～33层布线，在90×90毫米陶瓷基板上安装 118个大规模集成高速双极型逻辑电路芯片和门阵列芯片。每个芯片有120多个焊区,按0.25×0.25毫米网格矩阵排列。组件共含35万个通孔,厚膜导体最细0.08毫米，其生产、检测、调试过程全由计算机控制。输入和输出为1800个针阵列引线，通过零插拔力插座与大型20层细线印制板（600×700毫米）互连。由于功耗达300瓦,采取活塞顶住芯片导热、水冷、充氦等散热措施,使所有芯片的结温保持。后来日本和美国又研制成功微间隙导热、风冷散热组件，使组件结构更为简单、轻巧。 70年代末到80年代初，机载、弹载、舰载电子设备采用密度更高的微电子组装产品。例如，有一种机载计算机由 8块108×150毫米的密封载体-多层陶瓷基板构成，体积仅有30×160×230毫米。IBM公司的4381计算机采用22个微间隙导热风冷组件（每个组件尺寸为64×64毫米，含31～36个大规模集成芯片）装在一块600×700毫米22层细线印制板上。只用一块印制电路板完成常规电子组装的一个机柜才能完成的中央处理器功能。日本电气公司的SX-2超级计算机采用先进的高速大规模集成芯片和高速高密度微电子组装技术实现了6纳秒机器周期，每秒 13亿次浮点运算速度。
散热冷却技术
微电子组装的关键技术之一。由于体积小、电路密度高和功率密度大，新型单芯片功率最大达12瓦，组件功率密度达4瓦/厘米2。因此，必须采用高效的冷却方法。除一般加散热器风冷外，还有冷板、液冷、热管、沸腾冷却等方式
微小型连接器
它尺寸小，插脚多，接触可靠，具有零插拔力或低插拔力。
微电子组装设计
在设计中必须考虑电路划分、组装结构、布线设计、信号传输延迟、分布参数的影响、阻抗匹配、串扰抑制、电源、地系统的压降、共耦、去耦、屏蔽、散热等问题。
微电子组装工艺
主要包括精细基板制造、芯片安装、焊接、老化测试、密封、电路调试等工艺技术。
用大规模、超大规模、超高速集成电路需要结合先进的组装技术，方能做出先进的电子设备。现代电子设备，对微电子组装的要求越来越高。正在研究中的新的微电子组装技术，还有多基板高密度叠装组件、新的多层细线基板技术、散热技术、不需焊接的微互连技术以及声、光、电结合的微电子组装技术等。