文档介绍：第1章前言
半导体芯片封装的目的
半导体芯片封装主要基于以下四个目的[10, 13]:
防护
支撑
连接
可靠性
引脚
金线
芯片
塑封体(上模)
环氧树脂粘合剂
载片台
塑封体(下模)
图1-1 TSOP封装的剖面结构图
Figure 1-1 TSOP Package Cross-section Structure
第一,保护:半导体芯片的生产车间都有非常严格的生产条件控制,恒定的温度(230±3℃)、恒定的湿度(50±10%)、严格的空气尘埃颗粒度控制(一般介于1K到10K)及严格的静电保护措施,裸露的装芯片只有在这种严格的环境控制下才不会失效。但是,我们所生活的周围环境完全不可能具备这种条件,低温可能会有-40℃、高温可能会有60℃、湿度可能达到100%,如果是汽车产品,其工作温度可能高达120℃以上,为了要保护芯片,所以我们需要封装。
第二,支撑:支撑有两个作用,一是支撑芯片,将芯片固定好便于电路的连接,二是封装完成以后,形成一定的外形以支撑整个器件、使得整个器件不易损坏。
第三,连接:连接的作用是将芯片的电极和外界的电路连通。
引脚用于和外界电路连通,金线则将引脚和芯片的电路连接起来。载片台用于承载芯片,环氧树脂粘合剂用于将芯片粘贴在载片台上,引脚用于支撑整个器件,而塑封体则起到固定及保护作用。
第四,可靠性:任何封装都需要形成一定的可靠性,这是整个封装工艺中最重要的衡量指标。原始的芯片离开特定的生存环境后就会损毁,需要封装。芯片的工作寿命,主要决于对封装材料和封装工艺的选择。
半导体芯片封装技术的发展趋势
封装尺寸变得越来越小、越来越薄
引脚数变得越来越多
芯片制造与封装工艺逐渐溶合
焊盘大小、节距变得越来越小
成本越来越低
绿色、环保
以下半导体封装技术的发展趋势图[2,3,4,11,12,13]:
DIP
SOP
LCC
PGA
xSOP
PBGA
BGA
MCM/SIP
FBGA/FLGA
QFN
高效能
1970s
1980s
1990s
2000s
QFP
小型化
图1-2 半导体封装技术发展趋势
Figure 1-2 Assembly Technology Development Trend
时间
引脚数
1970s
1980s
1990s
2000s
10
100
1000
2005s
图1-2(续) 半导体封装技术发展趋势
Figure 1-2(Continue) Assembly Technology Development Trend
注:
1. xSOP是指SOP系列封装类型,包括SSOP/TSOP/TSSOP/MSOP/VSOP等。
2. 3D是目前用于简称叠层芯片封装的最常见缩写。
TSOP封装技术出现于上个世纪80年代,一出现就得到了业界的广泛认可,至今仍旧是主流封装技术之一。TSOP是“Thin Small Outline Package”的缩写,意思是薄型小尺寸封装。、。TSOP封装具有成品率高、价格便宜等优点,曾经在DRAM存存储器的封装方面得到了广泛的应用[14]。
从本世纪初开始,国外主要的半导体封装厂商都开始了叠层芯片(3D)封装工艺的研究,几乎涉及到所有流行的封装类型,如SIP、TSOP、BGA、CSP、QFP,等等。
2005年以后,叠层芯片(3D)封装技术开始普及。2007年,我们将看到两种全新的封装类型,PiP(Package in Package)及PoP(Package on Package),它们就是叠层芯片(3D)封装技术广泛应用的结果。
叠层芯片封装技术概述
叠层芯片封装技术,简称3D,是指在不改变封装体的尺寸的前提下,在同一个封装体内于垂直方向叠放两个或两个以上的芯片的封装技术,它起源于快闪存储器(NOR/NAND)及SDRAM的叠层封装。叠层芯片封装技术对于无线通讯器件、便携器件及存储卡来讲是最理想的系统解决方案。近年来,手机、PDA、电脑、通讯、数码等消费产品的技术发展非常快,这此行业的迅猛发展需要大容量、多功能、小尺寸、低成本的存储器、DSP、ASIC、RF、MEMS等半导体器件,于是叠层芯片技术于近几年得到了蓬勃发展[1]。
3D封装技术的有以下几个优点:
多供能、高效能
大容量高密度,单位体积上的功能及应用成倍提升
低成本
例如,DRAM/NAND,为了增大单个器件的存储容量,一个通常的做法就是减小芯片的线宽、采用集成度更高的工艺,使得单芯片的容量增长。不过,减小线宽,一是带来晶圆带来生产成本的上升,二是技术难度也会