微电子系统封装期末总结—国科大集成电路学院

国科大集成电路学院曹立强老师开设的微电子系统封装课程，是集成电路工程专业研究生的学科基础课，通过讲述微电子电路的封装设计、制造，以及与封装技术密切相关的设备和材料基本概念与知识，要求学生掌握包括电子封装设计原理、准则，基本制造原理和工艺流程，典型设备的原理和材料的性质与作用，以及封装制造过程中的相关问题及解决办法。具体包括电子封装定义、发展历史、封装分类、封装设计原理、分立器件封装、一般集成电路封装、超大规模集成电路封装、MEMS封装、光电器件封装、特种封装、晶圆级封装、三维封装、系统级封装、封装材料、制造原理与设备、可靠性等基础知识。

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目录

一、封装简介

二、引线键合封装

三、倒装封装 Flip Chip

四、芯片尺寸封装WLCSP

五、晶圆级扇出封装 Fan out

六、TSV 2.5D/3D封装

七、电学设计与分析

八、热设计与分析

九、特色封装

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一、封装简介

集成电路：英文为Integrated Circuit，缩写为IC；是把一定数量的常用电子元件，如电阻、电容、晶体管等，以及这些元件之间的连线，通过半导体工艺集成在一起的具有特定功能的电路。

KGD是什么的缩写：是英文Known good die（已知合格芯片）的缩写

KGD用于描述什么：用于描述准备用于封装（单芯片、多芯片）的集成电路

系统级封装（SiP）的定义：将多种功能芯片（包括处理器、存储器等）集成在一个封装内，从而实现一个基本完整的功能的一种封装方式

SoC(系统级单芯片)：是将多个负责不同类型计算任务的计算单元，通过光刻的形式制作到同一块晶圆上

（SiP）与系统级芯片(SoC)的不同：不同的是系统级封装是采用不同芯片进行并排或叠加的封装方式，而系统级芯片则是高度集成的芯片产品

封装的定义：封装是微电子产业链条的核心环节；微电子封装技术是将半导体（集成电路）芯片包封在某 一种标准组件中的方法、结构、工艺；通过这种包封，半导体芯片标准组件安装在PCB（系统）实现应用

封装的作用：封装是连接芯片与系统之间的桥梁；是芯片使用化的起点

封装的基本作用：电源分配、信号传输、支撑保护、散热、功能集成

封装密度越来越高指什么：单位封装体积的硅密度和单位面积/尺寸互连密度的大大提高

封装密度越来越高的具体体现：硅片的封装效率（芯片面积/封装面积=Sd/Sp）不断提高；封装的高度不断降低；互连线宽和节距不断缩小；三维封装技术成熟

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二、引线键合封装

一级封装（芯片互连）工艺流程：Wafer--Back Grinding 磨片--Wafer Mount 晶圆安装--Wafer Saw 晶圆切割--Wafer Wash 晶圆清洗--光学检验--Die Attach 芯片粘接—Wire Bonding引线焊接—Molding 保护

芯片粘接的英文和定义：芯片在载体（引线框架/导线架、基板等）上的固定方法，即采用粘结或者焊接等技术实现芯片/管芯（Die/Chip）与底座（Carrier）的连接，常称为Die Bonding / Die Attach / 贴片等。

芯片粘接工艺考虑、性能指标：机械强度、化学性能稳定、导电性和导热性、热匹配特性、低固化温度和易操作性

芯片粘接的技术类型：

• 环氧树脂粘结技术：主要应用于芯片与底座要求相互绝缘的情况；组分含固化剂、固化促进剂、稀释剂、填充剂等；易加工、高粘合力、稳定、绝缘特性好；耐高温性稍差，收缩性较差；
• 导电胶粘结技术 ：工艺简单、成本低廉；典型固化温度：125~175°C；热稳定性稍差，机械强度高；既用于导热，又用于电学连接
• DAF（die attach film）：没有溢胶；厚度可控；导电导热；适合叠层封装（DAF粘接技术特点）
• 共晶焊技术（eutectic）：两种不同的金属，在远低于各自熔点温度下按一定的比例形成共熔合金，其熔化温度称共晶温度。（共晶温度定义）共晶温度与组分比例密切相关。（共晶温度与什么密切相关）合金液体在共晶反应温度下，冷却、凝固、结晶为两种或更多致密晶体混合物，称为共晶。（共晶的定义）机械强度高、热阻小、稳定性和可靠性好。（共晶焊技术的优点）
• 纳米银（铜）烧结技术：针对大功率器件芯片粘结开发；利用纳米银颗粒的尺寸效应（10nm-100nm），在辅助一定的压力下，低温下（300°C以下）烧结而成；烧结连接层为银，导电和导热性能均较好；可以在高温下服役，使用Ag成本高；流程较长，升温到一定温度后，需要保持一段时间；对芯片背面金属化有一定要求。

引线键合（Wire Bonding）的定义：指使用金属丝，利用热压或超声能源，完成微电子器件中固态电路内部互连接线的连接，即芯片与电路或引线框架之间的连接。

引线键合的方式：楔形焊（wedge-type bonding）（压力大打载体）球焊（ball bonding）（压力小打芯片）

引线键合的优点：低成本，高可靠，高产量

引线键合的金属丝种类：Al，Au，Cu，Ag