微电子封装的定义和范畴在线视频

同学们好

我们现在开始讲创新材料学的

第二章

叫做电子封装及封装材料

我们这一章所涉及的内容

包括电子封装的定义和范畴

包括一级封装和二级封装

包括传递模注封装

和环氧树脂塑封料

关于三维封装

关于印制电路板

关于无源器件

和有源器件的封装等等

我们现在就开始讲

第一节的内容

就是微电子封装的

定义和范畴

就是说什么叫做微电子封装

它的定义是什么

它包括哪些内容

那么从这个图表示了

电子封装的发展过程

我们知道

在电子设备及电子器件的

发展过程当中

从图上可以看出

从左至右

有几个重要的阶段

那么重要的阶段就是垂直箭头

所指的这几个阶段

那么第一个比较划时代的意义

是什么

就是1948年发现三极管

第二个有意义的事件就是1958年

出现集成电路

那么我们可以看到

因为早期的电子器件

都是真空管

真空管完了以后

发明了三极管以后

就是半导体分立器件

发明了集成电路以后

就是集成电路

它起很大的作用

那么从这条曲线可以看的出来

就是说你第一个看看真空管

图上可以看到

好 真空管

它是从盛逐渐到衰的过程

那么在真空管

从盛到衰的过程

就是半导体元器件开始

由发展逐渐壮大起来

这里边有一个真空管

和半导体器件

半导体器件有个交叉点

你看真空管

与半导体的市场占有率

相等的交叉点

大致在1961年

那么第二个交叉点是什么

第二个交叉点是分立元件

跟集成电路大概在1975年

你看

分立元器件与集成电路的

市场占有率的交叉点

大概在1975年

也就是说在

整个的电子设备和电子元器件的

发展过程当中

有两个交差点特别值得我们注意

一个是在1958年

一个是在1975年

那么为什么说这两个交叉点

起很大的作用

你看特别是1968年

大规模集成电路的出现

1975年分立元件

与集成电路市场占有率相等

1979年表面贴装技术的开始

使电子封装

在电子信息产业舞台上崭露头角

目前电子封装

无论在技术水平关键作用产值

还是设计的领域看

都处于举足轻重的作用

因为你半导体器件出现

分立元件出现

半导体器件出现

就需要对半导体器件进行封装

那么集成电路出现

对集成电路要进行封装

那么当你交差点

过了交叉点以后

对分立元件的封装

就提到日程上来

那么过了交叉点以后

对集成电路的封装

那么就引起人们

足够的重视

因此的话电子封装

它是随着元器件

电子元器件电子设备的发展

而发展而来的

那么在真空管时代的话

基本上它没有封装概念

它基本上是组装或者装配

你看组装和装配

就把电子元器件

做一个机械部件

主要是机械的连接

机械的匹配

那么当你

半导体元器件

已经占主要的地位

特别是集成电路已经

起了很大作用的时候

封装也提到日程上来了

它是这么个过程

那么当然了这里边

无论是对真空管来讲

还是半导体器件来讲

还是集成电路来讲

它逐渐有一个电路的设计过程

有一个逻辑设计过程

系统的设计过程等等

它是我们从图可以看到

电子封装

它是随着电子设备

电子元器件

向微小型化

向集成化的发展

而逐步的出现的

那么这张图就是说

我们说整个的

大规模集成电路的工序

分前工程和后工程

我们前边讲的叫前工序后工序

有的叫做前道工序后道工序

都可以

叫法都可以

你们看看前道工程

有人又给它叫做扩散工程

扩散工程

那么扩散工程包括

比方说图形是怎么制备

pn结是怎么形成的

杂质是怎么掺杂的

那么就是再往前走

就是怎么做多晶硅

单晶硅 切片 切边完了以后

做成晶圆

做成电路 把它做成电路

做成电路以后

你看看电路

用分步相机做的

一个一个的话

排列在晶圆表面

晶圆表面 从前道工程

要到后道工程

又到后道工程

那么前道工程 后道工程

就是要把晶圆表面

给它划片 划成

划完片以后要进行裂片

就是分开一个一个

晶片

晶片我们知道

晶片本身它是个裸晶片

它是个裸晶片

那它没有穿衣服

没有长胳膊没长腿

它的电气功能你发挥不出来

另外它非常柔嫩

很容易损坏

另外的话晶片的大小

有多少个引脚你也不知道

你另外的话

那它受热受潮等等

所以的话要对它进行封装

那么封装你们看看

就是说把裸芯片

一个很小的裸芯片

大概直径是八个毫米到一厘米

很小的裸芯片

要什么

要首先要把小芯片

要固定在一个基板上

那么 固定在基板上

要黏结在基板上

最后要把引线

通过键合把引线引出来

好完成电气功能

实现你的电气功能

完了以后的话

还要拿环氧树脂给它封上

环氧树脂封上目的是什么

你起码要物理保护

你接出引线来是实现电气功能

同时还要进行物理保护

还要散热防潮

还要应力缓和

还要标准化 规格化

还要把它接在电路上

所以封装像前道工序一样

要实现集成电路的功能

是必不可少的

我们前面讲过什么叫集成电路

集成电路是具有

人们所需要功能的一个微电路

或者微结构

把结构当中

所需要的三极管 二极管

电阻 电感 电容

制作在一个和多个的晶片之上

那么你把它制作在晶片之上

那么它实际上它就形成了

一个微结构

具有所需要电气功能的微结构

那么它已经形成一个整体了

它已经形成一个整体了

它本身可以实现小型化

它具有一定的功能的

可以做的非常小

它引线又少可靠性又高

制作又方便价格又便宜

功能越来越多

但是你把它做在晶片上

经过划片裂片

你出来的是一个裸芯片

很小的

比指甲盖还小的

这么一个小的

小指甲盖还小的这么个小东西

小东西的话

引线在表面上

键合点

在表面上

你如果不把它引线引出来

你电气功能怎么实现

那么容易碎

热量也散不出来

受潮湿的

受环境的影响

它必须得进行封装

封装它有什么功能

我们先说它有什么功能

刚才我们讲的很清楚了

封装

我们再看看

封装到底有什么功能

从这个看出来

第一条 实现电气功能

你只有把引线连出来

以后才能实现电气功能

第二条是物理保护

第三条的话是应力缓和

第四条的话是散热防潮

第五条是规格化标准化

便于在电路上

接在电路上

这就是封装

那么我们再看看

再看看上面图

从半导体和电子元器件

到电子机械设备的一个过程

首先是前工程

利用光刻制版等加工制作电极

开发材料的电子功能

后工程对元器件进行了包装

连接 封入元器件盒中

引出引线端子完成封装体

确保元件可靠性

完成器件

那么封装工程是什么

封装体与基板连接固定

装配成完整的系统整机

确保整个系统的综合功能

那么电子封装的话应该讲

包括后工程和封装工程

这一个都叫做什么

电子封装工程

我们再看看电子封装的

它的工程范围

工程范围 首先这个图讲的

这是它的特征线宽

因为当时我写这个书

还比较早一些

它是0.25微米的

就是深亚微米的

当然现在尺寸

已经到了90纳米

65纳米32纳米

24纳米 14 16纳米

7纳米5纳米到这个程度了

那么第二个层次

我们看封装基板的层次

它是基板多层线路板

注意 它是50个微米

什么叫50个微米

就是在封装基板上

你要形成线条

形成引线布线

最高的最小的尺寸

是在50个微米左右

当然现在有比50个微米

再更精细的这种图形图线

那么下边的话又到实装基板上

或者叫做安装基板上

那么这个尺寸的话

大概0.1个毫米大概一百微米左右

那么整机上去

你把它插在整机上去

大概是多少

是一个毫米

你插线的时候

成差的时候它的误差

也就在一个毫米左右

那么你看 相互关系

是什么

上面是芯片

把芯片要装在

封装基板上

封装基板要装在安装基板上

有了安装基板

再连接在什么

电子整机上

那么它怎么把它连接在

它的上面去

那么通过引线连接

叫做Wire Bonding

或者是带载芯片

就是在TAB

或者是倒装芯片FCB

意思说把

它不是有键合点吗

通过键合点

一定要把它连接在

封装基板上

那么原来的截距是很小的

要把截距放大

把它连接在基板上去以后

组成一个封装体

再把封装体

连在安装基板上

安装基板做好了以后

形成一个整块的

再把它插到整机里面去

这是整个的 这个封装过程

我们看看它的工艺

工艺和技术

这里边有金属化 有电极制作

有凸点形成

超声焊 热压焊

超声热压焊

有模注树脂封装等等

那么这个的话

这一步是什么

主要是个贴装

插入 贴装

整体回流焊

什么封接 什么封装等等

那么这个主要是电镀刻蚀

丝网印刷

什么加成法 减成法

低温共烧

各种积层法 多层积板

主要是要插接要柔性连接

还有总装

那么我们一般所说的

封装技术

封装技术狭义的封装技术

指的是

前边的部分这是狭义的封装技术

这个的话叫做实装技术

或者是安装技术

底下叫做基板技术

整个的系统

我们叫做电子封装工程

叫做电子封装工程

应该讲我们这一章的内容

这些内容都要包括进去

既有狭义的封装

又有什么

又有安装又有基板技术

还有电子整个的电子封装工程

那么什么叫做狭义的封装

什么叫做狭义的封装

就是把芯片

安装固定在基板上

经过引线连接

实现电气功能

再用环氧树脂

把它进行

浇灌 封注 变成一个整体

组成一个电子元器件的

这种过程叫做电子封装

这是狭义的封装

那么看看广义的电子封装

广义的封装技术是什么

就是讲半导体电子器件

半导体封装

印制电路板

设计等各种技术有机的综合

以实现最佳整体系统功能的

综合设计制作技术

所以刚才那个狭义的封装

是什么 是着眼于芯片

把芯片固定安装固定

经过引线连接

再灌上环氧树脂

变成一个整体

做成一个元器件的这种过程

这叫做狭义的封装

那么广义的封装

是讲半导体电子部件

半导体封装 封装体

印制线路板

设计 包括设计等

各种技术有机的结合

以实现最佳整体系统的

综合设计制作技术

叫做什么

叫做广义的封装

广义的封装

你们看广义的封装

包括什么

半导体芯片

变成一个封装体以后

再给它安装在封装基板上

那么做成一个整体

你封装阶段

就是晶圆级再布线

半导体连接

这是一百微米

是十微米

那么PCB板

是一百微米到一千微米

那么框架整体

组装到一块是什么

是一千个微米

所有这些技术做到一块

实现系统整体的设计

达到所需要的电气功能

把整体的功能叫做什么

就得叫做电子封装

广义的电子封装

我们看再看看

那么按照特征尺寸的量级

电子封装的四个层次

首先是芯片的层次

芯片的层次

元器件的层次 部件的层次

储存装置的层次

这都是一个层次

第二个层次是打波浪线的这个

就组成一个封装体了

组成个封装体的话

然后再装在一个

印制电路板上

然后再把它装在

一个设备上

它这里边分别你看看

芯片是0.25的

当然现在你是多小

就是多小了

芯片你可以做的

现在几个纳米左右

50微米就是

这个器件的

那么一百微米是基板的

然后把它变到整机上

就是一个毫米的量级

总而言之它分

这么四个量级

构成了电子封装的全过程

我们再看我们刚才讲了封装

涉及到各种领域

你看按功能上是怎么讲的

按尺寸大小是怎么讲的

这里边如果细分

我想把电子封装

可以分成 按照维数上讲

可以分成点 线 面 体 块 板

我再说一遍

点 线 面 体 块 板

那是什么

就是说第一个是点

它是个零维的

线 它是个一维的

面 是个二维的

体 是个三维的

点 线 面 体 块

块是个多维的

板它更是个多维的了

怎么讲这个意思

就是在电子封装

工程里边

首先是点 哪些是点

键合点是点

凸点是点 连接点是点

注意 它是零维的

零维的意思是什么

这就是三个限度上

都没有大小

它的功能在于什么

就是说在电子封装过程当中

零维的点主要是键合

主要是键合

起键合作用

这一点接触在哪个地方

接触在哪个地方

主要是键合

第二是线

线注意是一维的

那什么线

引线 布线 走线

这些都是线

线它是一维的 注意

一维它主要的作用 起到连接作用

零维的是 键合作用

一维的是 连接作用

我再说一遍

走线 布线 引线

各种线这都有

这是一维的

面是二维的

面它起什么作用

主要是起密封作用

密封作用

二维的

比方说是那个

密封 散热 导热

都要通过面来起作用

它是个二维的

那么三维的是什么

三维的就是个体了

你看这三维的这就是体

你要把裸芯片

经过封装

你要想从裸芯片

一个片状的东西

变成个体状的东西

必须往里灌东西

要浇铸 要灌封

好 它是三维的

三维的

它起封装作用

主要的二维的面起封接作用

三维的起封装作用

要从面变到体的过程

一定往里装东西

要三维给它扩充

就变成了一个体了

点 线 面 体 什么叫块

这个东西是我发明的

块就是长出胳膊

长出腿来的体叫做块

你看封装你给它封装成

这个样子

你光是封装的样子

不长胳膊不长腿

它成不了器件

你长了胳膊长了腿以后

好跟别人连接的就变成体了

这就是多维的了

板 板就更是多维的了

这就是板了

这组成这是个板嘛

这是个板插在你设备上去

不就更是个多维的了吗

所以我也再重复一遍

封装

从工艺角度上讲

或者是认识方面

角度讲

可以按维数来表示

怎么按维数

就是点 线 面 体 块 板

点用于键合

线用于连接

面用于封接

体用于封装

它是个体了

长胳膊长腿的一个体了

它变成一个块了

块的话就可以连接到

其他上面去

那个板就可以插入了

板它就组成一个整体了

所以的话

电子封装是包括

点 线 面 体 块 板的

一个综合的整体

那么这种概念

我在国外的时候

跟台湾的同行

跟韩国的同行

跟日本的同行

都进行过交流

他们觉得按点 线 面 体 块 板

这多维各种维数的形式

来认识理解学习电子封装

是很有益处的