半导体封装的设计在线视频

我们第一章讲的是

大规模集成电路的

制作工艺所用的材料

我们第二章

是电子封装及其封装材料

现在我们可以把前边的这两章

我们回顾一下

回顾一下我们看看

电子封装

它到底在

集成电路产业当中

元器件产业当中

它占着一个什么样的地位

我们看看半导体元器件的分类

电子元器件的分类

涉及到不同样的封装模式

那么这里边

有所谓的分立元件

二极管 三极管 热敏电阻

霍尔元件 LED

激光二极管等等这些

都是分类元件

分类元件

一般引脚数比较少的

那么第二类

是集成电路

有混合集成电路

有单片型的IC

这里边

有双极型的

是n p n p n p型的这种

用模拟式的数字型

我们集成电路里边

用的最多的是MOS器件

什么是MOS器件

金属氧化物半导体型的

有pMOS nMOS CMOS

还有Bi—CMOS

还有CCD电荷耦合器件

那么除了分立元件

集成电路以外

还有复合模块

复合模块是什么

就是说SiP是一个

就是说在封装里边形成系统

还有DIMM IPM IGBT

这是一般的一些复合模块

好 我们对半导体封装的要求

是什么

我们从芯片角度

从封装角度

芯片角度是什么

它是多引脚化

散热设计

低应力的设计

低α射线材料

就是说α放射性要很低

造成余量要小

要高速数据的传输

要低K

低K材料的制作等等

那么另外

不同的芯片要封装在一块

要层间要互联

层间互联引线要尽量的短

要单体的可靠性要高

那么从封装的要求

当然我们封装

什么叫做封装

我们知道

封装

就是说通过膜技术

和其它技术

把电子元器件相互连接

那么通过引线引到外边来

然后

再拿一环氧树脂

把它灌封起来

成为一个三维的整体

变成一个元器件

那么实际上

它是由集成电路

变的一个元器件的过程

通过集成电路

经过封装以后才变成

元器件

如果光芯片

它是个裸芯片

裸芯片它是不行的

它不能在外边做事情

当然现在裸芯片

也有的直接贴在膜片上

或者贴在基板上

这是另外一回事

因此对封装的要求

要求的价格就比较低

要求轻薄短小

要求耐环境性

要求共面性

要求翘曲性要小

回流焊 耐回流焊

特别是无铅焊料以后

另外现在还提出了无铅化

无卤化

零放射性

封装的高可靠性等等

它可靠性

除了在制作过程当中

使用过程当中

可靠性要求也是非常高的

当然我们在封装过程

需要考虑的很多因素了

制作过程当中

比方说温度 气体 湿度

尘埃 气压等气象条件

还有振动冲击 封装热

压力等各种因素

还有放射性的影响

还有其它工作的

其它一些因素

我们以QFP为例

这是QFP

这是芯片 这是金丝

这个是Wire Bonding

这是什么 引脚

引脚出来以后

要做成焊锡

那么有了焊锡以后

通过回流焊

要焊接在

要键合在印制电路板上来

那么从封装过程当中

它会遇到很多问题

在制作过程当中遇到很多问题

在使用过程当中

也会遇到不少的问题

半导体封装

要承受来自外部和内部的

各种各样的应力

从构成材料的物理 化学现象

预测材料的寿命

那么半导体厂家

向用户推荐最佳的使用条件

就是说它

在焊接过程当中

在使用过程当中

特别是在使用过程当中

经常关机 开机

它会受到什么

受应力或者疲劳的作用

那么焊接过程当中

从低温到高温

再从高温到低温降下来

它会要受到各种

应力的作用

在工作过程当中

特别是环氧树脂

环氧树脂材料

我前面讲过

本身环氧树脂材料里边

可能含有一些个氯离子

环氧塑封料

它环氧树脂本身

它又容易吸潮

它一旦吸潮进去以后

里边有氯离子

里边如果有一些个裂缝

或者是沿着界面

它接合不牢形成裂纹

或者形成裂缝

那么这些吸潮以后的

这种氯离子

就会变成溶液

这种溶液

就会变成原电池

为什么会变成原电池

因为整个封装

是由各种材料所组成的

拿金属来讲

哪个金属的电极电位

都不一样的

它自然会形成原电池

就会腐蚀

那么在应力的作用之下

它会产生疲劳

为什么会产生疲劳

升温 降温

在升温 降温过程当中

如果两种材料的

热膨胀系数不一样

它肯定

升温的时候这样走

降温的时候这样走

那么实际上它就受到疲劳

疲劳的作用

那么可能工作过程当中

芯片的温度是比较高的

那么芯片比较高的时候

在整个的元器件里边

在封装里边

它会产生好多迁移现象

扩散迁移

热迁移 电迁移

化学迁移等等

那么一产生这种迁移现象

都会使元器件的老化

因此我说过

前边课程我说过

电子元器件

千万不要买一些个二手的

人家已经用过去的东西

因为它已经

本身它已经老化了

它故障率就很大了

它容易出故障

所以

要注意这些问题

这也算电子封装应该考虑的

可靠性问题

也是应该考虑的问题

因此 电子封装的设计项目

是很多的

设计项目是很多的

从它的构造形状上

从材料上 从制作工艺上

这里边需要考虑因素是很多的

这里边我列的很清楚

拿材料上来讲

因为我们讲我们搞材料的人

搞一种材料

我们常说用材料

科学与工程四面体

来分析研究材料

材料科学与工程四面体

它是怎么说的

那下边正四面体

第一个是材料的成分

组织结构

第三个 合成与加工

上边

是性能 功能 价格比

那么这是对同一种材料来讲的

我们对于一种电子封装这种

把各种材料集合到一块去

完成一个系统的功能

它材料科学

与工程四面体

我们就应该给它

给它发展一下

给它扩充一下

这个是集成性 协调性

性能互补性

上边

达到最佳的性能

所以要考虑这些

我们考虑哪些

比方说考虑到

它的电导性 热膨胀系数

它的弹性模量

它的热导率 电导率

它的热膨胀系数

还有它的

介电常数等等这些

因为各种材料

组合到一块去了

对于这些性能

我们应该心里有数

就是说哪个是高的

哪个是低的

哪个是大的

哪个是小的

那么分别会排队

那么排好队以后

当它们集合到一块去

对系统的功能

到底是有害的影响

还是有利的影响

有害的影响怎么克服

这些我们都要考虑到

对绝缘材料来讲

绝缘性怎么样

水分吸湿性怎么样

杂质 控制 和管理怎么样

材料检测怎么样

怎么样进行分析方法

等等这些都需要我们

需要认真考虑的